鋼管立柱固定支架在現(xiàn)澆箱梁施工中的應用

孫朝賓 林建山

【摘 要】在路橋工程高墩和大跨度的現(xiàn)澆預應力連續(xù)箱梁施工過程中，采用鋼管立柱固定支架，具有工藝簡單、承載力高等優(yōu)勢，同時可有效加快施工進度。論文結合東風大道改造二期工程實例，介紹鋼管立柱固定支架系統(tǒng)的結構形式，施工控制技術、要點及難點，探索鋼管立柱固定支架在現(xiàn)澆箱梁施工中的應用。

【Abstract】 In the construction of cast-in-place prestressed continuous box girder of high pier and large-span in road and bridge project， adopting the steel pipe column fixed bracket has the advantages of simple process and high bearing capacity， and can it effectively speed up the construction progress. According to the project of the second phase of Dongfeng road renovation， this paper introduces the structure form， construction control technology， key points and difficulties of the steel pipe column fixed support system， and explores the application of steel pipe column fixed support in cast-in-place box girder construction.

【關鍵詞】現(xiàn)澆箱梁；鋼管立柱固定支架；設計；計算；搭設；拆除

【Keywords】cast-in-place box girder； steel pipe column fixed bracket； design； calculation； erection； demolition

【中圖分類號】U445.4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0160-04

1 引言

近年來，隨著高架橋的迅速發(fā)展，高架橋現(xiàn)澆箱梁支架施工質量的好壞對結構的安全性能影響很大，對工程的整體進展制約很大。現(xiàn)以武漢東風大道快速化改造二期高架橋高墩現(xiàn)澆箱梁施工為例，結合現(xiàn)場實際施工情況，詳述鋼管立柱固定支架整體現(xiàn)澆箱梁的施工工藝。采用鋼管立柱固定支架施工不僅施工簡便、速度快，而且具有施工安全、操作簡單等特點，能取得良好的效益，可為類似工程的施工提供借鑒。

2 工程概況

東風大道快速化改造二期工程北起武漢民營科技工業(yè)園附近，路線全長7.45公里，主線高架橋全長約7.124公里，全橋共50聯(lián)，190孔梁。其中鋼箱梁5聯(lián)，17孔；砼梁45聯(lián)，全橋砼箱梁采用固定支架方案實施。標準聯(lián)跨徑4×35m，凈高2.2m，凈寬33m，每跨砼1014.6m3。

3 方案的選定

結合本橋大規(guī)模現(xiàn)澆預應力箱梁結構工程的施工需求，考慮第三、四、五聯(lián)平均墩高近25m，不宜采用滿堂式腳手架。同時，因本橋橋面寬度33m，移動模架及掛籃施工等方法在本橋中缺乏通用性。經多方面比對，最終確定本橋采用鋼管立柱固定支架系統(tǒng)。鋼管立柱固定支架優(yōu)點明顯：適用于高墩、大跨度現(xiàn)澆箱梁施工；承載力高、穩(wěn)定性好；結構剛柔結合，抗沖擊性強；構件數(shù)量少，施工簡單，安全風險小；施工速度快，工期短；地基處理費用低，支架總成本較低。

4 支架設計方案

4.1 設計方案

因本橋最大墩高處于第三、四、五聯(lián)，方案設計及施工驗算均以第五聯(lián)為例，第五聯(lián)第一段連續(xù)梁鋼管立柱固定支架模板主要由條形基礎、鋼管立柱、聯(lián)結系、鋼楔塊、2工45c型鋼橫梁、工28a型鋼橫梁、底模、側模等組成。支架傳力途徑：模板→工28a型鋼縱梁→2工45a型鋼橫梁→鋼楔塊→鋼管立柱及連接系→條形基礎，具體見圖1、圖2。

4.2 計算荷載及工況

4.2.1 計算荷載

常規(guī)荷載：①支架結構自重；②現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱梁荷載。考慮模板及振搗荷載，將箱梁混凝土重量乘以1.1系數(shù)。偶然荷載：③工作狀態(tài)風荷載，工作風荷載6級，風速V=13.8m/s；④非工作狀態(tài)風荷載，非工作風取50年一遇的基本風速V=23.9m/s。

4.2.2 計算工況

根據(jù)砼箱梁施工步驟，對結構進行以下兩個工況的受力分析：工況一，連續(xù)梁現(xiàn)澆工況荷載組合為：①+②+③；工況二，支架拼好未現(xiàn)澆，遭遇非工作風工況荷載組合為：①+④。工況一主要計算結構構件的受力以及整體穩(wěn)定性的計算；工況二計算支架在非工作風荷載作用下基礎反力及連接系的應力。

4.3 模型的建立

模型采用midas2013建立，支架結構均采用梁單元（圖3）。荷載：結構自重模型自動加載；現(xiàn)澆混凝土箱梁荷載按梁單元荷載加載在縱梁上，風荷載對立柱及連接系以梁單元荷載加載在立柱及連接系上，對模板及縱梁的作用作為集中荷載加載至各橫梁的迎風面端部。邊界條件：在支架立柱底部約束X、Y、Z方向位移。

4.3.1 縱梁計算

縱梁采用工28型鋼，經計算，縱梁的最大軸力Nmax=0.7kN、最大剪力Qmax=105.9kN、最大彎矩Mmax=50.1kN.m。

縱梁強度滿足要求。縱梁最大豎向位移f=7.2mm<3000/400=7.5mm，故縱梁強度及剛度均滿足要求。

4.3.2 橫梁計算

橫梁為2工45c型鋼，左右幅各一根。通過模型計算橫梁的最大內力：剪力Qmax=403.7kN；彎矩Mmax=327.2kN.m。

橫梁兩端懸臂最大豎向位移f=6.1mm<1600/200=8.0mm；兩立柱中間最大豎向位移f=7.87mm<5000/400=12.5mm。故橫梁強度及剛度均滿足要求。

4.3.3 支架立柱

支架立柱Φ630×12mm鋼管，不同高度的標準節(jié)段組拼而成。

立柱的最大軸力Nmax=706.1kN；彎矩Mmax=30.0kN.m。

支架立柱為彎矩作用在對稱軸平面內實腹式壓彎構件。需要滿足以下條件：

4.3.5 支架穩(wěn)定性計算

支架穩(wěn)定性計算主要是工況一的屈曲穩(wěn)定和工況二的基礎的反力。對工況一的模型進行屈曲分析，屈曲系數(shù)為9.48>4，滿足施工要求。工況二下支架各支點反力大小均為正，未出現(xiàn)負反力。表示在非工作風荷載作用下支架安全。由此得出對構件以上兩種工況的分析和計算，結構各構件均滿足要求；穩(wěn)定性也滿足要求[1]。

5 支架搭設

5.1 工序流程

支架搭設主要工序流程：地基處理→基礎施工→鋼管立柱安裝→鋼楔塊安裝→橫縱梁安裝→底模及側模安裝→預壓→沉降觀測。

5.2 地基處理

本工程主線高架橋位于武漢市東風大道上，面層為厚度7cm瀝青混凝土路面，基層以水泥穩(wěn)定碎石為主，其承載力按公-I標準進行評估取值，可滿足支架搭設及受力要求。原路面縱橫向坡度保持良好，滿足排水要求。

5.3 基礎施工

基礎采用C30混凝土條形基礎，等高寬段基礎尺寸2.0m×1.0m×0.8m。施工基礎時在混凝土面預埋鋼板及螺栓，混凝土澆筑前控制好預埋鋼板的標高。

5.4 鋼管立柱安裝

鋼管立柱截面為Φ630×8mm，高度有七種類型，分別為4.0m、2.0m、1.0m、0.5m、0.4m、0.3m和0.2m。鋼管柱豎向采用法蘭連接。鋼管立柱上設置法蘭，通過法蘭與連接系相連。選擇25T汽車吊對鋼管立柱進行吊裝，就位后，復核鋼管柱軸線，不斷調整到準確位置，鋼柱垂直度采用鋼絲繩不斷收放調整，采用相互垂直方向進行校正（一方使用全站儀，一方使用鉛垂線）；鋼管立柱安裝到位后，復核頂面高程，并用鋼管與連接系進行連接加固直到鋼管立柱穩(wěn)定為止。

5.5 楔塊安裝

鋼管柱頂標高調整完成后安裝鋼楔塊，鋼楔塊頂標高根據(jù)梁底標高反算，安裝標高誤差控制在±5mm以內，局部標高調整不到位的用鋼板抄墊。

5.6 橫縱梁安裝

橫縱梁的加工制作必須保證順直，平整，不得有翹曲，扭轉。縱梁短邊兩個面必須保證平整，橫梁短邊至少保證一個面平整；橫梁鋪設前，在鋼管柱頂經測量放線做出標記，橫梁按標記位置擺設。橫梁鋪設完成，經驗收合格后，進行縱梁底模系統(tǒng)的吊裝。吊裝前在橫梁上精確標出縱梁位置，用吊機依次從中間向兩邊吊裝縱梁底模系統(tǒng)；柱頂橫向分配梁安裝完成，標高調整到位后即安裝底模。底模采用勁性鋼模板，直接置于縱向分配梁上，并與分段縱梁焊接成整體，形成的各分塊大小4m×6m。底模面板為采用d=6mm鋼板，加勁肋采用[10槽鋼。每塊之間用銷軸連接[2]。

5.7 預壓

模板安裝完后應進行預壓。考慮施工安全及設計要求，預壓重量為箱梁自重的120%，并按預壓重量的60%、80%、100%分3級進行加載。支架預壓主要采用堆集砂袋法預壓。結合梁體形式、梁寬及橋位周邊實際情況，布置好砂袋的分布位置，砂袋可采用普通編織袋，采用吊車吊裝就位。堆載步驟與混凝土澆筑順序一致，先中間后兩邊，對稱布荷、逐跨推進的原則。

5.8 沉降觀測

通過支架預壓消除支架的非彈性變形，觀測并收集其彈性變形數(shù)據(jù)，作為預拱度設置的參考值。預壓時，荷載按梁段各分區(qū)自重加施工荷載的60%、80%、100%逐級加載，測量人員應做好每級加載觀測記錄，經過分析后繪制出荷載與變形的關系曲線。采用鋼管柱支架時，加載后應檢查各分配梁的變形，各連節(jié)點有無松動、開裂，各構件是否密貼，鋼管柱基礎有無損壞、變形沉降等現(xiàn)象。

加載應分級進行，并分別對各監(jiān)測點的沉降進行觀察記錄，在滿足安全的情況下，然后每間隔12小時由測量人員對支架沉降量進行一次監(jiān)測，沉降量平均值小于2mm時，可進行下一級加載。當全部預壓荷載施加完畢后，應及時對各監(jiān)測點標高進行檢測并記錄好數(shù)據(jù)，然后每間隔24小時以后再觀測一次，作好支架持荷時的各觀測點的標高記錄，計算沉降量，若24小時觀測結果不滿足要求，即再通過連續(xù)三天觀測沉降量。

卸載后，須及時觀測支架模板體系的回彈量，并繪出支架模板與荷載變化的關系曲線，按照箱梁底板的設計標高、支架的變形量及預拱度調整底模的高度。卸載是采用一次性卸載方式，卸載過程中，要統(tǒng)一指揮，應從梁跨兩邊向中間分級、對稱卸落，逐跨推進。根據(jù)試壓觀測成果統(tǒng)一數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)的分析，計算出支架的非彈性變形量、彈性變形量，當變形量滿足規(guī)范要求后，即判定支架預壓達到合格要求。然后將預壓觀測數(shù)據(jù)報設計、監(jiān)理、業(yè)主審批，經各方同意后，再根據(jù)彈性變形值及非彈性變形值設置預拱度，進行下一步工序的施工工作。

5.9 施工注意事項

①必須設置施工預拱度，以消除應結構自重和預應力筋張拉等引起的下沉。

②構件中所適用的螺栓均為8.8級精制螺栓，不得采用低于此等級螺栓。

③施工過程中需對結構變形等嚴密觀察，有過大變形時須暫停作業(yè)，及時通知以便做出相應應對措施。

④施工中需做好相關安全防護措施，并嚴格按照相關規(guī)定及預案執(zhí)行。

⑤鋼楔塊的下楔塊、抄墊與鋼管柱頂必須焊接牢固。

⑥砼澆筑或支架預壓前，必須保證精軋螺紋鋼筋螺母擰緊。

⑦支架安裝過程中，嚴格測量各立柱頂標高，通過抄墊使立柱頂標高達到設計要求，防止模板底縱梁和橫梁脫空。

⑧落架時，保證楔塊精軋螺紋鋼筋螺母不脫離精軋螺紋鋼筋[3]。

6 支架拆除

拆架程序應遵守由上而下、先搭后拆、后搭先拆的原則，嚴禁在上下兩步同時進行拆架。對于支架整體而言，拆除順序為：先拆除側模→底模→橫梁→鋼楔塊及抄墊→各分段支架→移除條形基礎。

7 結語

采用鋼管立柱固定支架整體現(xiàn)澆箱梁施工，具有以下優(yōu)點：

①機械設備配置簡單，適用性較強，機械利用率高，提高了施工工效；

②施工進度能夠得到保障，每月每個工作面能達到1.5跨箱梁的施工進度；

③鋼管立柱固定支架可多次周轉使用，損耗小，經濟適用，具有應用簡便、安全質量可控；

④箱梁模板采用定型鋼模，就位準確，箱梁混凝土外觀平整、光潔，箱梁線形控制美觀，滿足設計要求。取得較好的經濟和社會效益。

綜上所述，鋼管立柱固定支架在東風大道快速化改造二期工程的實際施工運用中，體現(xiàn)了其工藝簡便、承載力高、總造價成本低廉的優(yōu)點。

【參考文獻】

【1】GB50017-2003鋼結構設計規(guī)范[S].

【2】JTJ025-86公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范[S].

【3】周水興.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.