拼裝式組合鋼支架在橋梁工程中的應用

廖勇軍 李樹昇 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概況

余杭高架PPP項目位于杭州市余杭區城鄉結合部，屬于典型的江浙地區地形地貌，不僅地表及地下水系比較發育，小型河涌成片連通，地基承載力完全不滿足施工需求，而且區域內各種管線錯綜復雜，對基礎換填或者鋼管樁施打等地基處理方法有極大制約，針對本項目施工實際情況，地基處理引起的成本及進度壓力均為本項目不可承受，且部分位于既有道路上，無法阻斷交通封閉施工。

余杭高架PPP項目蓋梁為預應力混凝土結構，四工區共157個，63種結構尺寸，蓋梁在既有道路段及新建段內實施，其中既有道路段蓋梁35 個，新建段蓋梁122個。蓋梁主要分為T型、F型和M型三種結構形式，分別有109個、25個、23個。T 型蓋梁中標準尺寸蓋梁72個，結構尺寸為25.6m×2.5m×2.756m，單個蓋梁主要工程量為C50 混凝土137.2m3，鋼筋19.8t，As15.2鋼絞線6t；T型縮短、加寬、加高型蓋梁37個，長度為24.35～32.68m，高度為2.756～4.818 m；M型蓋梁25 個，長32.55～52.91 m，高2.756～3.326m；F型蓋梁23個，長25.681～41.15m，高2.756～3.44m；由于蓋梁形式多樣，且工期緊張，通過對標段內地質情況的摸排以及墩柱高度和蓋梁結構尺寸的分析歸類，最終設計并加工出拼裝式組合鋼支架，拼裝式組合鋼支架主要由基礎、立柱、砂箱、桁架、分配梁、平聯和抱箍組成。該組合鋼支架的應用解決了紅線占地問題、規避了承臺四周軟弱地基，且性能安全穩定、拆裝簡單方便并可多次重復使用。

2.立柱基礎

項目絕大部分橋墩位于泥塘、洼地及拆遷建筑上，地基承載力較差，且受紅線用地、施工便道、以及邊通車邊施工的限制，可采用T、M、F型蓋梁支架，支架立柱全部落在承臺上，并與承臺預埋件可靠連接，個別M型、F型支架門洞較寬，需在中間增加立柱保證支架剛度及穩定性。支架立柱基礎用預埋螺栓+2cm厚鋼板+壓板的方式用高強螺母安連接。為保證立柱基礎具有足夠的抗拔力，預埋螺栓采用直徑25mm的螺紋鋼，一端套絲便于和高強螺母連接，另一端彎鉤使其錨入承臺混凝土中，預埋螺栓長度80cm，為確保鋼管立柱具有足夠平整的放置空間，鋼板為0.8m×0.8m×0.02m，承臺施工時將套絲好的螺紋鋼準確埋入預定位置，施工完成后可用灌漿料進行立柱底部及螺栓四周找平，找平好后即可放置鋼板作為鋼管立柱底座，通過高強螺栓及壓板可確保立柱穩定。

3.立柱分節

拼裝式組合鋼支架立柱為壁厚1cm、直徑630mm的螺旋管，兩端各焊接直徑80cm、壁厚1cm的帶孔法蘭盤，調整節立柱內外均焊接加勁鋼板。通過對項目墩柱高度的統計歸類，蓋梁支架立柱可分為各標準節段，蓋梁支架分節高度為6m，5m，2m，1m，0.5m，0.35m。由于承臺尺寸較小，且立柱基礎均立于承臺之上，立柱無法拉大間距故而6m立柱均帶斜撐，以保桁架著力點夠且可分布均勻，立柱與立柱之間均采用直徑325mm，壁厚1cm的整裝平聯通過高強螺栓連接；立柱上均設有打孔耳朵板，每根立柱配備有相應的背籠，在地上拼裝立柱時一并將背籠通過螺栓安裝于立柱之上，6m立柱上焊接有牛腿支座，可放置于行人走道板。各立柱調整節亦通過高強螺栓連接，經過各個標準節段及平聯的組合以及下墊鋼板和砂箱標高的調整，可以拼出不同高度的立柱，如此可適用于不同墩高的蓋梁施工。

4.砂箱設計

為了方便底模的拆除，可采用木楔或者砂箱，由于木楔安拆工作量大致使功效降低，故選定砂箱。T型蓋梁大小里程各設置4個砂箱，F型蓋梁大小里程各設置5個砂箱，M型蓋梁大小里程各設置6個砂箱。如此可讓桁架穩穩坐落于砂箱之上。砂箱上亦設置限位裝置，保證桁架安裝過程中砂箱不發生位移。

砂箱由孔芯和孔座及卸砂孔構成。孔座為長寬各65cm、厚2cm的鋼板和直徑377mm、厚2cm的鋼管焊接而成；孔芯為長寬各45cm、厚2cm的鋼板和直徑325mm、厚1cm的鋼管焊接而成，孔芯內焊1cm厚的米字型加勁板；為便于砂箱卸砂，卸砂孔采用直徑48mm、壁厚5mm的鋼管加法蘭盤的形式打孔焊接于孔座之上。砂箱孔芯孔座未裝砂時的組合高度為30cm，最大裝砂高度為40cm，為便于后續底模拆除及砂箱安全，砂箱高度在33～40cm最為適宜。砂箱里的砂采用金剛砂或經洗凈篩選后的中粗砂，砂箱裝砂時應注意控制裝砂高度及密實度，砂箱中的砂必須為干砂。蓋梁施工完成后，落架卸砂用水沖洗可很快掏空砂箱內的砂，使桁架下落，砂箱卸荷時必須同步對撐進行，防止單個砂箱卸砂過多至使桁架受力不均。

單個砂箱受力最大N=1622.8/2=811.4kN，根據《路橋施工計算手冊》砂箱受力計算如下式（1）：

式（1）中，σ—筒壁應力，取215MPa；H—降落高度，取0.32m；h0—頂心放入砂筒深度，取0.08m；d2—放砂孔直徑，取0.02m；δ—筒壁厚，為15 mm；d0—砂筒頂心直徑，取0.517m；d1—砂筒直徑，取0.527m；

經計算，砂筒所能承受的最大力P=1525kN＞N=811.4kN，因此砂筒強度滿足工程要求。

5.桁架分節

由于本項目T型蓋梁懸挑部分過長，經過計算采用貝雷梁無法滿足蓋梁施工受力要求，故采用上下雙層型鋼組合成為桁架系統；桁架系統采用上下HM488的型鋼，中間用HN350型鋼焊接作為豎桿和斜桿，大小里程采用20槽鋼作為連接剪刀撐，使桁架形成一個整體，每一片桁架用等厚腹板和翼板用高強螺栓連接。考慮拆裝及轉運方便，桁架片長度為12m、9m、2m節段。為節約型鋼用量及減輕桁架自重，對于蓋梁投影下的受結構物荷載部分需為雙層型鋼，對于蓋梁兩端操作平臺采用單層懸挑型鋼即可。通過不同節段桁架片的拼裝，可拼裝出適用不同長度蓋梁的桁架，從而使T型、F型、M型桁架達到組合通用的目的。

6.抱箍平聯及分配梁布置

由于蓋梁上部結構承重較大，最大T型蓋梁上部混凝土達209m3，鋼筋26T，兩端懸臂達到9.05m，為保證蓋梁支架在承受上部不均勻荷載時的穩定性，特加設立柱前后平聯和抱箍，使整個支架和墩柱固結成一個整體，提高支架的抗傾覆力。平聯和抱箍均為拼裝栓接形式，抱箍采用雙拼I18長2.8m的工字鋼加4條直徑32mm的精軋螺紋鋼組合而成，6m立柱和5m立柱均設置兩道抱箍，立柱前后平聯采用槽20a前后對拉住鋼管立柱。

7.分配梁及安全操作平臺

為便于施工在主桁架上布置長6 米的I25 a 分配梁，間距為40～60cm，分配梁布設完畢，蓋梁投影以外部分布設5mm厚花紋板作為作業平臺，并采用長1.5米φ48mm鋼管焊接于分配梁兩端作為防護欄桿立柱并用6m長φ48mm鋼管布設兩道橫桿，防護欄桿內側布設竹膠板，由于蓋梁較高，竹膠板無法達到蓋梁的高度，特在竹膠板內側增加3m高的綠色鐵絲網作為防拋防墜網，如此整個蓋梁操作平臺處于臨邊封閉狀態，規避掉物墜人的風險，整個臨邊防護及花紋板布設完成后，測量放樣后即可布蓋梁底模于分配梁上進行蓋梁的各工序施工。

8.結束語

通過余杭高架四工區已施工完成的62榀蓋梁，拼裝式組合鋼支架在軟土地基或既有道路的大懸臂預應力蓋梁施工上有非常大的優勢，可避免地基處理，拆裝便捷，功效得到極大提高，平聯和抱箍的設置讓鋼支架處于平穩抱墩柱的狀態，使鋼支架的穩定性得到了保證，砂箱的運用不但保證了蓋梁桁架的穩定，更給拆卸帶來極大便利，背籠及走道板的布置可使拆裝方便且提供了支架搭設和檢查的操作平臺。但對于拼裝場地有限的條件下應合理設置桁架及立柱節段，且需較大起重設備配合鋼支架的拆裝。