裝配式大鋼管支架在高架橋箱梁現澆中的應用

張 文

(1.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術與筑路材料工程技術研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

山區公路和城市立交中，如設計小半徑橋梁，多數設計為現澆。現澆高度>15 m時，常規支架施工基礎處理要求高，面臨大面積開挖山體，施工難度大，易破壞山體穩定性等問題，危及橋梁安全與質量。隨著搭設高度的逐步增加，重體力活容易發生安全事故。為減小工程安全和質量隱患，筆者所在公司開發了一套新的施工方法，即裝配式大管徑鋼管支架施工方法。

采用裝配式大鋼管支架施工方法，能減少開挖山體，保證山體穩定及橋梁質量安全。施工中各構件采用栓接，不需要焊接作業，各標準節構件可周轉重復使用，有極高的通用性，具有規范、標準、高效、安全等優勢(見圖1)。

本施工方法已獲得實用新型專利1項[1]：現澆梁裝配式大管徑鋼管支架結構(專利號：ZL 2018 2 0802861.5)；取得自治區級工法1項：裝配式大管徑鋼管支架施工工法(GXGF339-2019)。

本文結合梧州至柳州高速公路六巷互通、三江縣良口至梅林公路浪泡大橋、融水至河池高速公路全村互通等多個工程實踐，論述裝配式大鋼管支架在高架橋箱梁現澆中的應用，供同行參考。

1 裝配式大鋼管支架的特點

1.1 標準化程度高

克服了焊接式鋼管支架外觀焊縫多、立焊焊縫質量得不到保證等缺點，能夠實現標準化制造及裝拆。施工時裝拆方便，結構穩固，裝拆過程無須焊接作業，支架鋼管立柱采用大鋼管標準節，水平、斜向支撐采用鋼管。材料來源便捷，工廠里集中加工，加工條件好，加工尺寸精度高，安裝成型的支架外觀規范、標準化程度高。

1.2 周轉利用率高

各構件間為栓接，支架裝拆過程對各構件無損壞，各標準節構件拆除完成后，可周轉重復使用，大大提高了材料周轉利用率。

圖1 裝配式大鋼管支架整體構造圖

1.3 質量安全性能高

采用廠家加工生產帶有法蘭盤的標準節鋼管立柱及水平、斜向支撐，裝拆方便，機械化作業程度高，不需要強體力勞動。支架體系具有很強的豎向承載力和剛度，同時整個支架底部通過擴大基礎或者樁基礎和預埋首節大鋼管連接加固，基礎施工不需要大面積開挖山體，能有效防止地面基礎失穩造成事故。搭設完成的整體支架體系穩定性好、質量安全性能高。

1.4 適用性強

結構簡單，力學性能優越，施工方便，實用性強，尤其在陡峭山坡、沿河等特殊地質條件下，減少了對山體的擾動和支架基礎開挖工作，有效保護了山體穩定，且不受地質、雨季影響，具有較高的豎向承載能力、抵御變形能力以及整體穩定性，能夠適應各種惡劣工況。

2 適用范圍

本工藝適用于各種現澆梁支架施工，尤其是小半徑高架橋箱梁現澆。

3 工藝流程圖(圖2)

圖2 工藝流程圖

4 施工操作要點

4.1 支架主要結構設計

裝配式大鋼管支架體系主要通過貝雷梁、工字鋼、大鋼管立柱依次從上到下將箱梁荷載傳遞至地基上，最終都是以基巖作為最終持力層抵消豎向荷載。標準節大鋼管作為支架承受豎向荷載主要構件，鋼管作為水平及斜向支撐，所有的接頭均采用螺栓連接。

4.1.1 標準節大鋼管設計

標準節大鋼管立柱每節設計長度為6 m，為了便于調節陡峭山體上相鄰鋼管立柱的高差及縮短預埋節的長度，搭配長度為3 m的標準節大鋼管。大鋼管立柱縱向、橫向間距為5 m，管口兩端用φ900×20 mm的鋼板封閉，焊接為法蘭結構，并在四周焊接12道加筋板。加筋板為厚16 mm鋼板，距端口30 cm處四向設置水平、斜向支撐鋼管連接節點板，連接節點板為厚20 mm鋼板(見圖3)。

圖3 標準節大鋼管立柱設計圖

4.1.2 水平支撐、斜撐鋼管設計

水平支撐每節設計長度為4.11 m，斜撐每節設計長度為5.706 m，管口兩端設計有厚20 mm的連接鋼板。連接鋼板與鋼管焊接在一起并采用厚8 mm的鋼板封頭，距端口1 m處設置吊環(見圖4～5)。

圖4 鋼管水平支撐設計圖

圖5 鋼管斜撐設計圖

在工廠按設計圖紙進行零部件加工時，標準節大鋼管立柱、水平支撐和斜撐鋼管、連接夾板等各構件尺寸需按圖加工，加工好的標準節大鋼管與鋼管水平支撐、斜撐通過夾板和螺栓連成整體，連接好的結構單面成“Z”形狀(見圖6)。

(注：1.標準節大鋼管；2.標準節水平支撐鋼管；3.標準節斜向支撐鋼管；4.立柱法蘭；5.加筋板；6.節點板；7.水平連接夾板；8.斜向連接夾板；9.吊環)

4.2 基礎施工

根據地質和地形的特點，基礎可采用樁基礎和擴大基礎。

4.2.1 樁基礎

施工時要嚴格保證樁孔最小直徑、豎直度符合設計及規范要求，嚴格按設計圖安裝固定樁基鋼筋籠和埋設聲測管，保證鋼筋籠上端中心點與樁基設計中心點的偏位不大于規范要求并保證樁身完整，保證樁身混凝土強度滿足設計強度的評定要求。樁基檢測合格后應按樁檢數據將頂面松散混凝土鑿除，再在樁基上接等徑樁柱。

4.2.2 擴大基礎

用挖機開挖至堅硬實土，觸探儀檢測基坑承載力，符合設計承載力要求后停止開挖，采用人工鏟出松散土石，加工及安裝鋼筋，澆筑混凝土，振搗密實。基礎頂面應略高于原地面，在斜坡上的基礎需設置好臺階，盡量減少對原地面的破壞。基礎周圍應設置排水溝、截水溝，防止雨水浸泡基礎造成失穩。

4.3 首節鋼管安裝定位

為保證鋼管立柱與地基連接穩定性，在基礎中預埋入50 cm長度的鋼管，并在鋼管中填充混凝土。預埋鋼管樁位要準確并保證豎直度，同時栓接節點板方向也要準確。安裝過程中要嚴格檢查鋼管中心點位置及高程是否偏差，首節鋼管長度由鋼管支架總長度反算得出。

4.4 標準節鋼管組合框架預拼裝

標準節鋼管立柱、水平支撐、斜向支撐在工廠加工完成后運輸至現場，在施工現場預先平整硬化場地，做好4個預拼裝基礎，基礎間距與標準節鋼管立柱縱、橫向間距相同，預埋好螺栓。標準節鋼管組合框架預拼裝時，用吊車將4根標準節鋼管立柱分別吊至4個預拼裝基礎上，固定好底部螺栓，再將標準節水平、斜向支撐鋼管通過連接節點板與標準節鋼管立柱栓接連成整體，單面呈“Z”形狀。相鄰標準節鋼管立柱之間依次上滿水平、斜向支撐鋼管之后，就會形成一個類似“板凳”狀的標準節鋼管組合框架，再將拼裝好的標準節鋼管組合框架吊至平整好的場地存放。

4.5 吊裝標準節鋼管組合框架

首節鋼管立柱安裝定位完成之后，進行標準節鋼管組合框架吊裝。標準節鋼管組合框架吊裝前，復核、調整水平、斜向支撐鋼管與立柱鋼管連接的螺栓及夾板是否打緊。將拼裝好的“板凳”狀標準節鋼管組合框架吊至首節鋼管立柱頂并調整好位置，使其上下法蘭盤螺栓孔相對應，上緊螺栓。首節鋼管立柱與標準節鋼管組合框架全部栓接完成后，再進行相鄰標準節鋼管組合框架吊裝。同一平面上的相鄰兩個標準節鋼管組合框架吊裝完成后，要及時對相鄰標準節鋼管組合框架之間的水平、斜向支撐進行安裝；同一平面標準節鋼管組合框架吊裝完成后再進行下一平面的標準節組合框架吊裝，如此反復循環接高至預定高度。鋼管頂部增加斜向水平支撐，即對角的鋼管柱拉一根水平斜向的鋼管撐，與縱橫向水平支撐鋼管形成穩定“三角”，增加立柱群整體穩定性。

4.6 上部支架搭設

4.6.1 鋼橫梁安裝

橫橋向每排鋼管立柱頂布置雙拼工字鋼，橫梁接長時雙拼的工字鋼斷口錯開設置，預先在場地雙拼好形成整體橫梁再吊裝。橫梁底面與法蘭鋼板疊合范圍的焊縫要用砂輪機預先磨平，橫梁頂面與貝雷梁交合范圍的焊縫亦全部磨平，使橫梁整體均勻受力。現場加工好后用吊繩將工字鋼組橫梁吊裝至柱頂法蘭鋼板上，每組工字鋼中心(焊縫處)與鋼管柱頂中心應重合。在柱頂法蘭鋼板上焊槽鋼斜撐支撐工字鋼。

4.6.2 貝雷片縱梁安裝

縱梁采用貝雷梁搭設，每兩排一組，安裝時保證支撐架與桁架通過螺栓連接緊固。單跨貝雷梁在跨中向兩側對稱布置，為保證貝雷梁端盡量靠近蓋梁，貝雷梁在中間排臨時支墩頂斷開搭接，先按長度組裝好貝雷梁再吊裝。貝雷梁布置以蓋梁中心線為基準點，放出貝雷梁在蓋梁邊上的投影點，按投影點從中間向兩側成組對稱布置貝雷梁。

4.6.3 橫向分配梁

由于現澆橋平曲線半徑較小，I14工字鋼分配梁從每聯中間墩向兩端依次布置，分配梁與蓋梁邊線平行。為避免浪費，用工字鋼加工接長成通長設計長度的分配梁，現場加工好后用吊車吊裝。I14工字鋼分配梁按間距布置好后，在兩側I14工字鋼上用通長φ28 mm螺紋鋼筋與工字鋼點焊連接，使I14工字鋼分配梁形成整體，防止支架搭設過程中發生滑移。

4.6.4 扣件式鋼管支架搭設

在I14工字鋼橫向分配梁上搭設滿堂支架，采用扣件式鋼管支架。立桿橫向間距為60 cm，扣件式鋼管支架縱向搭設與I14分配梁對應。立桿下口直接立在I14工字鋼上并點焊固定，上口采用可調頂托。

4.6.5 縱向分配梁與雙鋼管設置

扣件式支架頂托上設I10工字鋼作為縱向分配梁，工字鋼在頂托上以搭接方式接長。在I10工字鋼縱向分配梁上面鋪設φ48×3.0 mm雙鋼管作為橫向分配梁，模板橫向接縫處用5 cm×12 cm方木代替雙鋼管。雙鋼管止滑措施為：在每組鋼管的下側面，用反扣的[8#槽鋼短節段與I10工字鋼縱向分配梁點焊牢固，防止鋼管向下滑滾。

4.7 梁板施工

梁板施工要嚴格按照設計圖紙和技術規范進行施工，模板安裝要求有足夠的強度、剛度和穩定性，模板安裝后對支架及鋼管立柱進行預壓。預壓的目的是檢驗支架及地基的強度、剛度及穩定性，消除整個支架的塑性變形和地基的沉降變形，測量出支架的彈性變形，測算施工荷載時的彈性變形，計算預拱度。預壓完成后進行鋼筋加工及安裝，同時進行波紋管定位及安裝，各工序完成后需經項目組織人員進行自檢合格后，再經監理工程師驗收合格方可進行混凝土澆筑。

4.8 拆除支架

上部支架拆架程序應遵守“先支后拆、后支先拆、由上而下”原則，不準分立面拆架或者上下兩層同時進行拆架。在整個拆架過程中必須有技術人員跟班指揮與檢查，按拆架順序，依次拆除支架，所拆除下來的材料須堆放好，分批落地。

標準節鋼管支架拆除由上而下，即先拆除相鄰標準節鋼管組合框架之間的水平、斜向支撐鋼管，再將標準節鋼管組合框架吊出至地面，然后將其組合框架在地面拆散，以此類推拆除相鄰標準節鋼管組合框架，按照“一層一清”程序，直至整個大鋼管支架拆除完成。

5 工程應用實例

梧柳7標六巷互通E匝道1號大橋上部結構為預應力混凝土現澆連續箱梁，梁板頂寬度為18.5 m，梁板底寬度為15 m，每聯現澆梁板長50 m，共兩聯。第一聯現澆混凝土工程量為623.081 m3，重量約為1 620 t，平面位于R=50 m的平曲線上，現澆高度為30.5 m。本橋為上跨門頭河灣及斜坡路段而設，現場施工條件十分惡劣。現采用裝配式大鋼管支架施工，與國家住房城鄉建設部提倡采用的裝配式施工方法相符，同時施工完成的混凝土現澆連續箱梁質量好、安全性能高，施工過程未發生質量及安全事故，搭設完成的支架具有整體穩定性好、標準化程度高、質量安全性能強等特點。

梧柳7標六巷互通C匝道大橋第二聯上部結構為預應力混凝土現澆連續箱梁，梁板頂寬度為9.109 m，梁板底寬度為5.609 m，現澆梁板長50 m，現澆混凝土工程量為277.05 m3，重量約720 t，現澆段平面位于R=60 m的圓曲線上，現澆高度為34 m。本橋為上跨門頭河及斜坡路段而設，現場施工條件十分惡劣。現采用裝配式大鋼管支架施工，加快了施工速度，提高了施工效率，未發生質量安全事故，安裝完成的裝配式大鋼管支架系統具有整體穩定性好、標準化程度高、質量安全性能強等特點。

6 結語

裝配式大鋼管支架的應用范圍廣、使用效率高、安全性能強、受力明確、施工易控制、周轉率高、有利于成本控制，特別是在小半徑高架橋中更能體現其優越性，值得推廣應用。