門式高墩大跨徑預應力蓋梁支架設計與施工

姚曉峰

(山西路橋建設集團有限公司，山西太原 030006)

0 引言

公路橋墩蓋梁多為單幅橋普通蓋梁，寬度在12 m左右，施工中一般采用“工字鋼—鋼棒”的無支架法進行施工。在我省臨離高速公路建設中，有兩座蓋梁因跨越省道，設計為門式高墩大跨徑預應力蓋梁。該蓋梁長26.5 m，凈跨徑21.5 m，高3.5 m～3m漸變，寬2.7 m，混凝土數量226 m3，蓋梁總重588 t，施工難度較大;墩柱高32 m～41 m，原地面地勢起伏較大。

1 支架方案選用

該預應力蓋梁自重大、高度高、跨徑大，支架方案直接關系到施工安全和施工質量。在對滿堂式支架、鋼管柱貝雷架組合支架、鋼管柱雙排工字鋼組合支架等三種方案強度、剛度、穩定性比選后，確定采用鋼管柱雙排工字鋼組合支架方案。鋼管柱雙排工字鋼組合支架使用的鋼管抗壓強度高，慣性半徑可通過調整鋼管的壁厚和直徑得到提高，穩定性易于控制;雙排工字鋼抗剪性能好，抗彎強度和剛度可通過選用更高牌號的工字鋼來得到提高。若采用滿堂式支架，支架搭設的高寬比越大其穩定性越差，承載能力也隨之大幅降低，同時也不適合在起伏較大的地形上施工;鋼管柱貝雷架組合支架方案，因貝雷架結構特點，抗剪能力較差，即使抗彎強度滿足要求，抗剪強度遠不能滿足要求。

2 支架設計思路

鋼管柱雙排工字鋼組合支架設計思路和受力薄弱點主要考慮以下幾個方面的因素:

1)從力學模型看，工字鋼為受彎構件。蓋梁跨徑26.5 m，需在L/3和2L/3處設置兩組鋼管柱支撐，每組鋼管柱2根，分別位于路線大小樁號側;在混凝土墩柱上預留穿心孔，埋設重軌。工字鋼梁受到4個支座反力支撐，形成二次超靜定結構，與簡支梁受力相比，彎矩和剪力得到重新分配，工字鋼在支點處產生負彎矩，彎矩和剪力值明顯減小。工字鋼規格選用可按受力情況先進行反算，而后通過查表進行選擇。

2)受力計算安全系數的選用，按結構安全系數0.90，材料安全系數1.25計算，安全系數為:1.25/0.90=1.39。在對工字鋼進行剪力計算時，由于工字鋼所受大部分剪力由腹板承受，且腹板中的剪力較均勻，因此剪力可近似按τ=V/(I/S)·d計算，其中，(I/S)為慣性矩與半截面的靜力矩的比值;d為腹板厚度，可直接按規范查得。

3)混凝土墩柱預留孔洞中穿設重軌，其受力模型為懸臂結構。無支架施工中常采用的普通碳素鋼鋼棒強度低、剛度小，遠不能滿足大跨徑蓋梁抗彎和抗剪強度要求。而重軌則具有強度等級高(強度等級達800 MPa)，剛度大，墩柱預留孔洞小等特點，經計算，采用43號重軌，其抗彎、抗剪強度和剛度滿足受力要求。

4)鋼管柱為受壓構件，受力計算時通過調整鋼管柱規格來滿足受力要求。因支架高度較大，鋼管柱強度計算通過時，往往穩定性(壓桿穩定)計算難以滿足。因此在計算鋼管柱穩定性時，應通過調整慣性半徑的大小，盡可能地將鋼管柱調整為中柔度桿，以滿足鋼管柱穩定性要求。

5)基底處理。支架搭設地面起伏較大，施工時將較高一側的承臺底面標高設為控制標高(應根據地形情況確定)，用石渣將較低一側地面分層填筑至控制標高，使兩組鋼管柱長度相同，支架整體穩定性得到提高，同時又方便施工，減少鋼管的投入。

分層填筑的石渣基底具有強度高、內摩擦角大、變形量小等優點，經計算可滿足地基承載力要求。

6)為了增強支架整體穩定性，在4根鋼管柱間沿橋梁縱橫向，利用槽鋼、鋼管柱焊接耳板對鋼管柱進行螺栓連接;同時，鋼管柱與混凝土墩柱間利用槽鋼將耳板與混凝土墩柱上預埋鋼板螺栓連接。每個連接單元在高度方向呈三角形結構，連接層高可根據墩高情況每4 m～5 m設置。

3 支架施工重難點控制

1)施工單位應編寫全面系統的專項施工方案和支架計算書;繪制構件總體布置圖和各構件細部圖、組裝圖;計算材料總用量和各構件材料規格、數量;專項施工方案經專家評審后報請總監理工程師批準。因支架構件規格、品種較多，支架施工隊伍應具有鋼結構施工資質，支架焊接、安裝和拼接人員均需持證操作，提前進行技術交底，以保證支架的施工安全和施工質量。支架構件可先在工廠內加工制作，運至現場進行拼裝、焊接。

2)受力計算時所采用的構件的幾何特性、強度等級均是按現行規范和標準來選取的，施工時應嚴把材料質量關，所用材料規格和強度等級均應符合現行國家標準要求。因鋼管柱為受壓構件，鋼管用螺旋焊管即可，不必采用無縫鋼管，可大幅降低工程成本。

3)鋼構件的焊接嚴格按規范要求的方法進行，焊工持證上崗。施工時重點控制受彎構件(即工字鋼)焊接質量。工字鋼連接焊口應按斜45°的方式進行，并在腹板加焊鋼板。焊縫應盡量遠離受力最大處。鋼管柱間、鋼管柱與混凝土墩柱間用三角形連接，采用預先在耳板和槽鋼上打孔，而后用高螺栓連接的方法，以提高工作效率。

4)鋼管柱按支架總高度劃分成易于施工的若干段。如在本橋中鋼管柱高度在32 m左右，鋼管材料的標準長度為12 m，施工時將鋼管柱分為4段，每段高8 m，便于加工和連接。

鋼管柱施工垂直度是質量控制的重點。鋼管柱施工時，采用兩臺全站儀分別從接近90°夾角方向對垂直度進行檢測和糾偏，兩個方向的垂直度觀測值經計算后為鋼管柱的垂直度。經過施工中對支架垂直度檢測，垂直度控制在0.5%以內，施工中能夠達到且施工安全和質量可滿足要求。工字鋼安裝時嚴格控制中心軸線與鋼管樁一致，保證垂直受壓。鋼管柱法蘭間連接采用高強螺栓，法蘭間、法蘭盤與工字鋼間接觸面有空隙時，采用下墊鋼板的方法將空隙塞實塞緊，支墊穩固。

5)蓋梁混凝土澆筑應分層對稱進行，在規范允許的范圍內適當延長澆筑時間，以利底層混凝土形成強度，減小支架受力。做好預壓和混凝土澆筑過程中支架沉降觀測，觀測周期應根據加載速率確定。本蓋梁混凝土澆筑共用時約35 h，經沉降觀測，最大沉降量為14 mm，可滿足規范要求。

4 支架施工安全控制

支架屬高空作業，施工中應加強安全管理，全面執行“安全第一、預防為主”的安全生產方針。首先要成立安全管理組織機構，明確各級安全人員責任;制定安全生產管理辦法，落實安全交底制度，編制安全應急預案。針對支架施工特點，重點應對以下幾個方面進行嚴格控制:

1)嚴格按規范要求搭設“Z”字梯，方便人員上下，嚴禁采用吊車上下人。“Z”字梯應緊貼混凝土墩柱，并與墩柱連接牢固。施工時可利用碗扣支架和竹架板搭設，并圍護安全網。

2)施工人員要分工明確，統一指揮，利用對講機、哨聲上下呼應，操作過程中要精力集中，不得東張西望和聊天。如遇大風、大雨、大霧等特殊天氣，禁止進行構件吊裝、搭設、拆除工作，夜間確需實施作業時，應具備良好的照明設備。

3)底模板和支架拆除應在鋼絞線張拉壓漿后水泥漿強度達到規范和圖紙要求后進行。拆除時在作業區周圍設警示標志，禁止行人和作業人員入內。拆除順序由兩邊對稱拆除，由上而下，后搭者先拆，先搭者后拆。

5 結語

高墩鋼管柱雙排工字鋼組合支架具有結構受力好、穩定性高、鋼構件用量少、施工成本較低等優點。但該支架結構尺寸受混凝土構件影響較大，支架周轉次數少，不利于工廠化生產和標準化施工，現場施工影響因素和質量控制重難點較多。施工時應組織專業施工隊伍進行施工，且應明確現場施工質量控制責任人，項目總工和力學計算人員重點指導，確保將支架設計理念和施工控制重點落實在現場各施工工序中。

［1］ JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范［S］.