雙肢墩大懸臂蓋梁支架設計及施工研究

孫凡 SUN Fan

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州545007）

1 工程概況及重點及難點

昆楚高速公路3標段共有大橋12座，設計有雙肢墩墩頂大懸臂預應力砼蓋梁37個，該類型蓋梁設計尺寸為長15.9m，寬2.1m，高1.9m。兩側懸臂長5.1m，單個蓋梁C50混凝土方量為53.9m3。墩身為雙肢墩，單肢外形尺寸為180cm（橫橋向）×190cm（順橋向），兩肢中心距為3.9m。

雙肢墩蓋梁具有墩高、兩側懸臂長及斷面尺寸大等特點。因橋墩高，施工安裝作業困難；懸臂長，對支架承受彎矩的能力要求高。故，蓋梁支架的設計及施工為本項目橋梁工程施工的技術重難點。雙肢墩蓋梁支架方案設計需先進、合理、安全、可靠。且因本項目此類型蓋梁多達37個，對支架成本的控制可取得很好的經濟效果，所以進行支架方案設計時，施工成本的控制效果也作為重點考慮要素。

2 雙肢墩大懸臂蓋梁支架設計

本項目進行方案初步比選。對各類蓋梁支架方案進行了技術、安全及經濟方面的綜合評估與比選。最終采用了如下的支架方案：

如果采用墩頂牛腿的支架形式，存在墩身砼局部抗壓、拉強度不足的問題，經承載驗算，采用了墩頂設兩根通長鋼棒作支架承載支撐的方式。初步方案采用貝雷桁架作承載主梁，由于貝雷桁架采用插銷接長的方式，大懸臂端撓度大，線型控制效果差；采用貝雷桁架作主梁的高空作業量也較大，施工時間長；且本項目需租賃貝雷桁架的時間長，租賃成本高。經技術、經濟方面的比選，沿蓋梁長度方向承載主梁采用承受彎矩能力強、變形撓度小、施工簡單的工字鋼。

經承載驗證及方案優化，蓋梁支架系統由下至上的結構形式為：直徑110mm的高強鋼棒、[30a槽鋼墊梁、鋼砂筒、18m長雙排雙層I45b工字鋼主梁、[16a槽鋼縱梁。結構形式如圖1、圖2所示。

圖1 大懸臂蓋梁支架結構正立面圖

圖2 大懸臂蓋梁支架結構正立面圖

支架鋼棒采用直徑110mm的高強鋼棒，長度為280cm，每肢橋墩墩頂部設置2根鋼棒，鋼棒順橋向于墩中心兩側對稱設置，中心距為60cm。

鋼棒上臥式擺放長度為120cm的[30a槽鋼墊梁，以形成放置鋼砂箱的平臺。鋼砂箱頂部加焊厚度為1cm的30×30cm的鋼墊板，鋼墊板上放置雙排雙層I45b工字鋼橫梁作為承載的主梁。主梁上按間距30cm擺放[16a槽鋼分配梁，分配梁長度為400cm，以形在兩側可設置寬度不少于80cm的作業平臺。

3 施工方法及技術措施

3.1 預留孔洞的位置確定

穿棒孔的孔底距蓋梁底的高度=鋼棒直徑+[30a槽鋼腹板厚+砂箱及鋼墊板高度+雙層I45a工字鋼高度+[16a槽鋼高度（平放）+蓋梁底模厚度。

將支架參數代上入式，計算得穿棒孔的孔底距蓋梁底的距離為139cm（因蓋梁底存在坡度，該值為距蓋梁底最低處的高差）。孔洞采用預埋硬質PVC管（φ130mm）形成，孔洞對稱于墩身軸線兩側設立，且距墩身外緣超過0.5m。安裝時調整墩身主筋及箍筋間距，確保孔洞定位準確，其高度誤差控制在5mm以內。并在孔洞周邊加設“井”字型加強筋，砼澆筑時加強孔洞周邊砼的振搗，確保密實。

3.2 鋼棒及砂筒

蓋梁鋼棒采用直徑110mm的高強（Q345材質）鋼棒，為防止鋼棒由于周轉次數過多而產生疲勞應力，采用新購鋼棒，鋼棒生產廠家需提供產品合格證、質量保證書、檢測合格證書等證明文件，確認材料質量無問題，且在使用前采用超聲波進行檢測。鋼棒采用墩身施工所用的塔吊或是汽吊吊裝入孔，每個蓋梁下的4條鋼棒需確保處于同一水平面上，鋼棒兩頭外露長度一致并固定后方可進行支架安裝。

每肢墩身上設兩根鋼棒，鋼棒頂端臥式放置一條[30a槽鋼墊梁，長度120cm，墊梁上放置兩個高度可調節的鋼砂筒，以便于支架的拆除，砂筒中線與鋼棒中線重疊放置，并采用4根角鋼將墩柱同側的4個砂筒焊接成一個整體。

3.3 橫梁工字鋼安裝

橫梁采用雙拼、雙層I45b工字鋼組拼，工字鋼長度為18m，由廠家加工和焊接接長，雙拼工字鋼滿焊連接成整體，上下層工字鋼采用直徑25mm的U型螺栓進行連接固定，以增強工字鋼整體的穩定性。橫梁采用塔吊逐根吊裝至鋼棒上，為防止工字鋼側翻，在工字鋼適當位置焊接門字型Φ25圓鋼，用鋼絲繩和手拉葫蘆將工字鋼與墩柱頂面出露的主筋進行臨時的連接固定，將單側工字鋼放置穩定后，摘下吊裝設備的掛鉤，然后安裝另一側的工字鋼，兩側工字鋼就位后，用精軋螺紋鋼對拉緊固。單層工字鋼對拉精軋螺紋鋼設置7道，精軋螺紋鋼直徑25mm，分別于單肢墩身兩側、雙肢墩身中間設置一道，橫梁外端各設置一道。對拉精軋螺紋鋼安裝緊固完畢后，方可摘掉吊裝鋼絲繩。

工字鋼翼緣板處需焊接構造加勁肋，焊縫處翼緣板打磨坡口，焊縫高度不小于8mm，單條焊縫長度不小于10cm，焊縫凈距不大于20cm。

構造加勁肋間距500mm，鋼棒支撐處局部加強加勁肋間距為50mm，加勁肋厚度10mm，焊縫高度5mm的連續焊縫，每個支點處設4道局部補強加勁肋。

3.4 縱梁工字鋼安裝

縱梁采用[16a槽鋼，按30cm的間距布設，長度400cm，以滿足蓋梁兩側設置寬度不小于80cm作業平臺的要求。縱梁工字鋼與橫梁工字鋼之間采取點焊固定。

3.5 作業平臺

橫橋向操作平臺用L75×L75×6及L50×L50×6的角鋼在地面上加工，用兩長兩短的四根L75角鋼制作間距80cm、長度6m的平臺底座，上滿鋪防滑鋼板，用四根L50角鋼作為扶手立柱，橫向設置兩道L50角鋼作為扶手，立柱間距2m，護欄高度不低于1.2m，采用雙面焊接，單片操作平臺長度6m，加工完成后，吊裝放到蓋梁分配梁上，用U型螺栓將角鋼與[16a槽鋼縱梁固定在一起，防止操作平臺位移，U型螺栓2m設置一道，每道內側和外側各設置一道。

縱橋向操作平臺制作方法與橫橋向相同，縱向平臺寬度為80cm、長度為400cm，直接將操作平臺安裝在雙拼I45a工字鋼橫梁上，與橫橋向操作平臺焊接加固。操作平臺與蓋梁模板中間空余部分滿鋪5cm厚木板，木板兩端采用直徑不小于12mm的鋼筋與槽鋼縱梁焊接固定。

3.6 蓋梁坡面

蓋梁底面在墩身雙肢內側的斜坡采用硬木支墊蓋梁的鋼制底模形成。蓋梁在墩身兩側懸臂的斜坡采用楔形鋼架形成，如圖3所示。

圖3 楔形鋼架結構示意圖

4 支架安全監測監控措施

為了確保施工安全，在蓋梁施工期間，對支架安全狀況進行監測。

①監測對象：蓋梁施工支架體系。

②監測項目：對蓋梁支架體系在混凝土澆筑過程中的變形及焊縫質量進行監測。

③監測點：在蓋梁支架懸臂端和跨中位置設置監測點。

④監測方法：由項目部派專人進行蓋梁支架監測工作，采用全站儀進行監測點變形測量，同時對蓋梁支架焊縫質量、型鋼變形等進行外觀檢查，對每次的監測點測量，采取表格形式進行詳細記錄，記錄蓋梁支架在混凝土澆筑各節段各測點變形等數據。

⑤監測頻率：在混凝土澆筑前測蓋梁支架各側點初始值，然后在蓋梁混凝土澆筑的50%、75%、100%時測量蓋梁支架各測點的變形值。

⑥監測報警值：根據支架簡算分析的最大變形值進行下個蓋梁澆筑時的撓度控制依據。

5 雙肢墩蓋梁支架承載計算

5.1 荷載信息

蓋梁砼荷載：蓋梁全長取最不利橫截面（梁寬2.1m，梁高1.9m）進行計算。混凝土容重26kN/m3。

活荷載：模板及支架其支架荷載經計算得3kPa/m2；施工人、料、機對底板產生的荷載按2.5kPa/m2取值；振搗沖擊對底板荷載按2.0kPa/m2取值。

5.2 材料力學參數

本項目橫梁、縱梁采用Q235材質，其材料力學參數為：彈性模量E=206000MPa；剪變模量G=79000MPa；質量密度ρ=7850kg/m3；屈服強度f=345MPa；抗拉、壓、彎強度設計值[σ]=215MPa；抗剪強度設計值[τ]=125MPa。

鋼棒均采用Q345材質，抗拉、壓、彎強度設計值[σ]=310MPa；抗剪強度設計值[τ]=180MPa。

5.3 計算模型及計算結果

5.3.1 [16a槽鋼縱梁

[16a槽鋼截面特性為：

將槽鋼縱梁簡化承受線性荷載的簡支梁，計算模型及承受的線性荷載計算值如圖4所示。

圖4 [16a槽鋼縱梁承載驗算模型

5.3.2 I45b工字鋼橫梁

I45b工字鋼截面特性為：

由于上部槽鋼縱梁分布間距僅為30cm，橫梁也簡化成承受線性均布荷載的簡支梁。計算模型及承受的線性荷載計算值如圖5所示。

圖5 I45b工字鋼橫梁承載驗算模型

5.4 計算結果

根據圖4、圖5的模型及線性荷載的計算值，采用清華大學的“結構力學求解器”計算得縱梁、橫梁承載驗算結果見表1所示。

表1 縱梁、橫梁承載驗算結果表

5.5 鋼棒檢算

鋼棒作為主要承重構件，承受來自上部支架結構的全部荷載，為保證安全穩定，對鋼棒的抗剪強度進行驗算。

鋼棒承受的荷載結合工字鋼承受荷載加工字鋼自重荷載經計算得W=1857.3kN。

故最單個鋼棒截面承受的大剪力為：

鋼棒抗剪面積A=0.0552×3.14=0.0095m2

根據剪應力公式可以得出剪切應力：

結論：從上面的計算可以看出，整個支架結構的主要承載構件均滿足承載力要求，故結構是安全可靠的。

6 結束語

該工法在本項目雙肢墩大懸臂蓋梁澆筑中得到了較好的使用。37個此類型的蓋梁均是采用該支架方案。不僅使施工工期得到大幅壓縮。材料多次周轉使用，還節省了大量材料、降低了施工成本。該工法克服了落地支架對地基承載力及現場施工條件要求高的缺點，適用于高墩、大懸臂或是對支架承受彎矩能力要求高的蓋梁等結構施工。