淺談現澆蓋梁支架體系的選擇及應用

李犇

摘 要：近年來，隨著我國建設事業飛速發展，建筑施工技術水平不斷躍升，橋梁工程中現澆蓋梁的支架體系也不斷推陳出新。本文結合肇慶新區起步區長利涌上游段水系綜合整治工程站前大道橋蓋梁施工中現澆蓋梁支架體系的選擇及應用做淺要探討，并著重對銷棒法無落地支架體系進行相關介紹。

關鍵詞：現澆蓋梁;支架體系選擇;銷棒法無落地支架體系

一、工程背景

肇慶新區起步區長利涌上游段水系綜合整治工程站前大道橋全長669米，其中主橋長248.4米，引橋長420.6米。位于廣東省肇慶新區起步區長利大道西側，為跨河市政橋梁，跨河長度200m。

主橋最大寬度35.5m，橋梁為整幅設計。上部結構為預應力混凝土簡支箱梁，下部結構采用矩形雙柱式橋墩、預應力混凝土倒T蓋梁及沖孔灌注樁基礎。

主橋有6跨位于水中，本河道常水位7.5米，高峰水位8.32米，水深約2～4米，其余橋跨均位于河岸上。

二、蓋梁設計參數

蓋梁采用倒T型預應力鋼筋混凝土結構，引橋蓋梁長25.5米，倒T型蓋梁頭寬1.2m，全寬3m，根部截面高3.65m，挑臂尺寸為7.75m，立柱間距為8.72m;主橋蓋梁長35.5米，倒T型蓋梁頭寬1.2m，全寬3m，根部截面高4.1m，挑臂尺寸為7.75m，立柱間距為18.7m。蓋梁均按照A類預應力混凝土結構設計。

三、蓋梁支架方案的選擇

（一）工程重點難點分析

1、本蓋梁施工梁體體積大、重量大，大部分為280.25m3～295.04m3，梁體重量從729.8t～767.6t;

2、下部立柱高度較高且在60%蓋梁需要水中作業;

3、本工程蓋梁施工工期緊，本橋梁為廣東省第十五屆運動會重要通行節點。根據整體施工計劃倒排，本橋梁蓋梁施工必須在90日內完成。

4、綜上，本橋梁選擇蓋梁支架方案時，必須同時考慮安全性、經濟性、節約工期等各方面因素。

（二）各類現澆蓋梁支架體系安全技術經濟分析

結合本工程所處環境及實際情況從安全、進度、適用性、成本等多方面對碗扣式支架、鋼抱箍式無落地支架、落地式鋼管支架、插入銷棒式無落地支架等四種支架體系施工技術的優缺點進行分析對比。

1、插入銷棒式無落地支架：

安全：本支架體系主要依靠高強合金銷棒的抗剪強度來承受來自上部的豎向荷載，可靠性高，支架體系變形小，重點在于對吊裝過程的控制，主要為機械施工，易于控制施工安全。

進度：可以采用地面拼裝后吊裝，支架整體變形小，安裝速度快，有利于工程進度，通過有效的流水施工作業安排，每座蓋梁周轉施工周期可以控制在25天左右。

適用性：因其無落地的特點，可同時適用于陸上蓋梁及水中蓋梁施工;因支架體系安拆需要一定的空間，因此不適合低矮蓋梁的施工，但在高大蓋梁施工中具有其獨特優勢，對于本項目水中高立柱蓋梁較為適用。

成本：支架體系需進行定型加工，投入較大，一般只能在本工程內進行周轉使用，成本較高，單個蓋梁支架成本估算約為25萬元。

其他：支架體系安拆過程中可能對立柱產生碰擦，立柱須預留孔道，影響墩柱外觀，施工后宜對碰擦部位進行立柱表面修復并使用微膨脹混凝土填塞孔洞。

2、碗扣式支架：

安全：支架承載力受搭設質量和桿件質量影響較大，整體剛度小，承受荷載后非彈性變形大，對地基承載力要求高，由于蓋梁長寬比約1：10，其穩定性不及其他支架體系，施工主要為人工搭設，施工安全隱患較大。

進度：主要依靠人工搭設，同時碗扣式支架須進行地基加固處理及支架預壓，每座蓋梁周轉施工周期約為40天。

適用性：原則上只適用于陸上較為平坦區域的蓋梁施工，用于水中蓋梁施工時須另外搭設平臺，于水中高立柱蓋梁不適宜，適宜較低陸上蓋梁。

成本：材料可周轉使用，成本較低，但如需用于水中蓋梁施工時要另行搭設鋼平臺，成本會大大增加，只考慮陸上施工使用時單個蓋梁支架成本估算約為10萬元。

其他：該支架體系靈活多變，可在不同蓋梁間與其他支架形式組合使用。

3、落地式鋼管支架：

安全：可承受較大荷載，變形小，主要為機械吊裝作業，易于控制施工安全。

進度：支架體系安拆方便，水中作業需提前安裝水下支墩，每座蓋梁周轉施工周期約為30天。

適用性：如承臺較大，鋼管支墩可支撐在承臺上，但承臺較小或水中作業時，施工較為困難，本項目水中蓋梁施工不適宜。

成本：需進行定型加工，支架上部構造與插入銷棒式無落地支架基本相同。下部鋼管支墩用于高大蓋梁施工時加工成本較高，單個蓋梁支架成本估算約為30萬元。

其他：蓋梁高度大于4m時，支墩作為壓桿穩定性較差，需大量布置剪刀撐等構造。

4、鋼抱箍式無落地支架

安全：依靠高強螺栓緊固產生的摩擦力承受豎向荷載，可靠性較高，重點著力于高強螺栓材料及施工質量，易于控制安全生產。

進度：可以采用地面拼裝后吊裝，支架整體變形小，安裝速度快，有利于工程進度，通過有效的流水施工作業安排，每座蓋梁周轉施工周期可以控制在25天左右。

適用性：因其無落地的特點，可同時適用于陸上蓋梁及水中蓋梁施工;因支架體系安拆需要一定的空間，因此不適合低矮蓋梁的施工。抱箍通常為圓形箍，因此多數應用于圓形墩柱構件。抱箍法在蓋梁自重在200t以內的中小型蓋梁中廣泛運用，大型蓋梁則對抱箍的材質、尺寸及高強螺栓的規格數量提出很高要求。本項目由于立柱為矩形立柱，抱箍鋼板在矩形立柱四個角位置容易產生應力集中，鋼板變形不均勻，所以不適宜本項目施工。

成本：支架體系需進行定型加工，投入較大，一般只能在本工程內進行周轉使用，成本較高，單個蓋梁支架成本估算約為25萬元。

其他：抱箍制作完成后，需對鋼抱箍進行承載力試驗，確定螺栓施擰時的最小扭矩，防止施工過程中因螺栓緊固不足造成支架滑落。

（三）比選結論

根據現狀站前大道橋梁項目進度和質量要求，有四種支架體系可以選擇，各有優缺點，從適宜性、進度、成本、安全方面分析不同支架體系對比如下：

在綜合工期要求和成本控制后，站前大道橋蓋梁支架體系做出以下部署：

1、插入銷棒式無落地支架用于：PM5、PM7-PM16、PM18共計12個蓋梁，計劃制作7套以便流水搭接施工;

2、鋼管支墩貝雷梁組合式支架用于：PM2、PM3、PM4、PM6、PM17、PM19，計劃制作2套進行流水施工;

3、滿堂鋼管支架用于：PM1、PM20距離地面高度不滿足前兩種施工條件，因此計劃制作2套。

四、支架體系設計

（一）插入銷棒式無落地支架設計

站前大道橋均為雙柱式橋墩，每根立柱上預埋2個孔道，穿入高強銷棒，銷棒兩端使用高強螺栓與牛腿支撐連接，成為主要受力構件。牛腿上搭設工字鋼作為分布式梁體，上方再鋪設方木及底模系統。

牛腿采用4cm厚Q345B鋼板制作，高強銷棒采用直徑8cm的30CrMnTi高強銷棒，間距37.5cm，預留孔通過預埋直徑9.5cm壁厚3.5mm的鋼管完成。

主梁采用HN1300×600×22×30工字鋼（主橋蓋梁）和HN1500×600×22×30工字鋼（引橋蓋梁），柱兩側各布置一根橫向主梁。分配梁型鋼采用I22b工字鋼。主梁及分配梁均采用Q345B材質。

（二）落地式鋼管支架設計

落地式鋼管支架體系由砂筒和標準鋼管兩部分組成，兩個部分都由80*80*2（cm）鋼板加工，并且用高強螺栓連接。

1、砂筒

砂筒的作用是用于支架的拆除，它連接鋼主梁和立柱鋼管，起到連接整個支架體系的作用。砂筒由內膽和外筒兩個部分組成，內膽外徑62.4cm，壁厚2.5cm，外筒內徑70cm，壁厚2.5cm，高度0.5m，可調高差為5～8cm。內膽頂鋼板與支架體系的主梁相連接，該處采用點焊連接，外筒底鋼板與標準鋼管相連接，該處選用高強螺栓連接。砂筒外筒底部設置兩個出口用于放砂，出口采用M33螺栓進行封堵。

2、標準鋼管

標準鋼管選用Φ609鋼管，壁厚12mm，標準鋼管的尺寸既要充分滿足本工程大多數蓋梁的實際又要能夠滿足最大懸臂蓋梁的主梁受力要求，標準鋼管長度分為1.0m和1.5m兩種，兩端均設置80*80*2（cm）的鋼法蘭板，鋼管之間采用法蘭連接（M24高強螺栓）。同斷面鋼管支架的兩個豎管通過剪刀撐焊接成一起進行加固。

（三）碗扣式支架設計

由于站前大道橋PM1號墩和PM20號墩的蓋梁離地較低，采用其他形式支架空間不足，所以支架采用碗扣式支架。

碗扣式支架采用φ48mm×3.5mm的鋼管，PM1采用LG-90型，PM20采用LG120型立桿。縱橫間距為60cm，步距60cm，在支架兩側沿著45?進行剪刀撐加強，在橫向每5跨進行剪刀撐加強。I22b工字鋼作為模板體系分配梁，間距60cm放置在碗扣支架頂托上，并由頂托控制標高。

考慮到工程中鋼材的通用性，采用I22b工字鋼作為分布梁，以間距60cm在橫向碗扣式支架頂托上布設，采用Q235B材質。在I22b工字鋼分配梁上縱向分布間距25cm尺寸5cm×10cm的方木，方木上層鋪設18mm厚的竹膠板為蓋梁的底模。

五、銷棒法無落地支架施工

（一）施工流程

（二）施工重點

1、原材料（銷棒）質量控制

銷棒選用30CrMnTi高強銷棒，由專業單位加工制造，強度應滿足規范要求。銷棒制作完成后應進行100%無損探傷檢驗，并抽取不少于1根進行力學性能試驗，試驗合格后方可使用。在使用過程中，銷棒每次周轉均應進行外觀檢測（磨損和變形情況），每周轉4次必須重新進行探傷檢測，對不合格的銷棒必須進行更換處理。

銷棒制造完成后的車絲工作應在加工廠內制作完成，不得在現場進行，應注意不同尺寸、部位立柱采用的銷棒長度、絲口位置的不同，應嚴格按照設計圖紙進行加工。

2、銷棒預留孔控制重點

銷棒預留孔在立柱施工時進行預留，預留孔預留的位置必須依據支架設計形式，通過從蓋梁底設計高程結合支架尺寸反算得到，以保證牛腿、主梁、分配梁、底模有足夠的安裝空間。預留孔安裝時，先用井字形定位筋將鋼管的兩端固定，并用水平尺測量，以保證孔道處于水平狀態;同一個立柱的兩個預埋鋼管的位置，采用定型模塊固定，確保相對位置準確，埋置時平面偏差應不應超過2mm。預埋鋼管放置完畢后用定位鋼筋焊接固定，防止混凝土澆筑過程中發生偏位，鋼管的兩端必須封堵，防止立柱混凝土澆筑過程中流入預留孔，造成堵管。

為降低銷棒支架體系對立柱產生的不良影響，對預留孔處立柱的鋼筋做加強處理，具體方式如下：

在鋼管端部安裝Φ10鋼筋網片，并對預埋鋼管距離端部不小于30cm的長度使用Φ10螺旋鋼筋進行局部加強，詳見圖5-1。立柱混凝土澆筑時應確保預埋孔處的混凝土密實。待蓋梁施工完成后，立柱上的銷棒預留孔必須采用同標號微膨脹混凝土進行填充封閉。

3、牛腿制作

牛腿選用4cm厚鋼板制作，鋼板材質選用Q345b，預留孔洞處及橫縱向分別設置有加強鋼板，具體結構見圖5-2。

4、銷棒及牛腿安裝控制重點

制作完成后的銷棒安裝時必須按不同規格做好標記配套使用。

牛腿的安裝包括牛腿的套裝與銷棒螺帽的緊固。牛腿套裝好后采用配套的扳手擰緊銷棒螺帽，過程中應注意銷棒絲口的位置，牛腿背板不得位于銷棒絲口部位，避免由絲口處較弱的銷棒截面承受由牛腿傳遞而來的剪力，從而產生安全隱患。

牛腿配套有0.5cm～2cm厚度的調平鋼板，以適應10cm以內的高差調控，調平鋼板上部設置與牛腿配套的砂箱，調平鋼板與牛腿頂板以及砂箱底板應通過螺栓連接。

所有連接螺栓均使用高強螺栓，高強度螺栓連接摩擦面應保持干燥、整潔，不應有毛刺、焊接飛濺物、焊疤、氧化鐵皮、污垢等，除設計要求外摩擦面不應涂漆。高強度螺栓應自由穿入螺栓孔，不得采用氣割擴孔。

高強度螺栓應在螺母上施加扭矩，分初擰、復擰和終擰三步進行緊固。初擰、復擰和終擰完成后，應在螺母用不同顏色的涂料做出標記，以防止漏擰。緊固高強螺栓應采用專用數顯扭矩扳手，以控制螺栓的緊固程度，高強度螺栓的初擰、復擰、終擰應在24h內完成，經檢查合格的高強度螺栓節點，應及時封閉。

高強度螺栓連接處的施擰順序和初擰、復擰扭矩應符合設計要求和國家現行行業標準《鋼結構高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規程》（JGJ 82-2011）的規定。

5、主梁、分配梁拼裝與安裝控制重點

支架體系主梁、分配梁拼裝完成后整體吊裝放置于牛腿上的卸落砂筒上，并用高強螺栓連接。

（1）鋼主梁安裝

本工程A型蓋梁主梁采用1500×600×28×30H型鋼，B型蓋梁主梁采用1500×600×28×30H型鋼，型鋼材質Q345B。砂箱應與橫向主梁采取螺栓連接方式固定，兩根主梁均與砂筒螺栓連接固定后安裝主梁之間的剪刀撐和防傾桿。

（2）剪刀撐、防傾拉桿安裝

主梁固定后，為保證主梁受力穩定性，及防止支架側翻，采取連接剪刀撐和防傾桿措施。剪刀撐分為豎向和水平剪刀撐兩種，材料為14#槽鋼，與主梁栓接，防傾拉桿為Φ32圓鋼。

豎向剪刀撐設置在主梁兩端，水平剪刀撐間距6m設置一道并避開立柱，可適當加密，與主梁連接。防傾拉桿設置在立柱兩側，單個立柱兩側各設一根。

鋼主梁剪刀撐應該在鋼支架主梁平順的前提下進行安裝。安裝前應檢查剪刀撐是否變形，如變形應及時進行修整。剪刀撐的連接要求與主梁模塊連接要求相同，以保證鋼支架主梁與剪刀撐的整體性。

（3）分配梁模塊安裝

分配梁采用I22b工字鋼，長度6.0m，間隔0.5m布置在主橫梁上，并注意在立柱位置錯開分配梁。立柱最大寬度2.0m，擬在立柱位置采用2m的短分配梁I22b垂直設置在立柱兩側。長、短分配梁與主梁采用焊接連接方式，并在分配梁懸臂端部增設一根橫向I22b，將短分配梁與長分配梁連成整體，確保作業平臺的安全。分配梁與主梁使用焊接連接。

6、支架荷載試驗重點

施工前需對支架體系進行荷載試驗，消除支架體系的非彈性變形，并獲取支架彈性變形參數，與設計參數進行對比驗證。

計算蓋梁總重時，混凝土單位重量按照26kN/m3計，預壓重量取首次澆筑鋼筋混凝土荷載的1.1倍，試驗采用配重塊或沙袋進行堆載。

預壓荷載按照50%、100%及110%分次加載，每隔6小時觀測其沉降和變形，當支架測點連續2次沉降差平均值均小于2mm時，方可繼續加載，若連續2次沉降差平均值大于5mm，則應停止加載，卸除上一級荷載，然后查明原因，重新復核驗算，查明原因并做好加固后再行加載。

在加載過程中，銷棒未發生變化，各受力系統撓度變形均在容許范圍內。加載后，進行24小時觀測，如銷棒仍未發生變化，說明荷載試驗成功，支架體系可靠。

六、結語

經本項目實際驗證，通過對四種支架體系進行比對，并選取三種現澆蓋梁支架體系進行組合使用，成功的在有限工期內完成了現澆蓋梁的施工內容，特別是銷棒式無落地支架首次成功的在肇慶地區的橋梁施工中得到驗證，其適用于矩形雙柱式橋墩、高大蓋梁、水中作業等特點非常值得后續類似工程借鑒。

因為每個地區、每座橋梁的設計方案都不是完全一致的，所以我們只有因地制宜，根據橋梁所處的環境、技術特點，結合工期、經濟等各方面因素綜合考慮合理選用某一種支架或某幾種支架組合以符合整體進度計劃，才能收到良好的經濟、社會效益。同時，各種支架使用前應很據項目實際情況進行充分論證，特別注意對整個支架體系進行受力穩定性驗算，同時進行預先加載試驗，消除不利影響，以保證整個方案及施工過程的安全性。

參考文獻：

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