市政公路橋梁現澆蓋梁常用模板體系的工藝對比

楊仁維

上海建工集團股份有公司 上海 200080

滿堂支架法是我國早期常用的現澆蓋梁施工工藝，該方法安全性高，且不需要大型設備進行吊裝。然而由于施工工期長、需要應用大量的模板支架材料、工作面較大等缺陷，在市政工程中交通量大的路口進行應用有很大局限性。因此，國內大量專家學者結合實際項目，對現澆蓋梁模板體系進行研究分析，開發了多種低消耗、短工期的現澆蓋梁模板體系。

房毅等[1]結合清遠市某高速公路項目，分析蓋梁施工環節中承重結構，闡述大跨度預應力現澆蓋梁支架的設計要點及應用，基于跨國道施工的實際情況，以貝雷梁鋼管柱式支架法作為實際施工方案，很好地解決了跨國道施工的難點，保證了施工過程的安全性，大大提高了施工效率。趙云[2]以某橋梁工程為例，對現澆蓋梁支架施工方案的確定以及施工技術要點進行深入探討，將現澆蓋梁支架施工選型和工程實際環境、工期質量和成本要求進行深度關聯。馮德生等[3]基于重慶市石柱縣龍河大橋項目，制訂剪力銷法施工蓋梁的方案，通過對龍河大橋蓋梁施工的支撐系統進行受力分析，成功解決大跨度高墩蓋梁施工難題。邵聯銀等[4]研究了寧淮高速公路特大橋蓋梁施工案例，通過對多種支撐體系對比分析，得出了摩擦抱箍法作為蓋梁施工下部支撐施工的優勢。余功濤[5]依托上海市某高架橋工程蓋梁支架施工項目，針對銷棒法蓋梁支架的設計方案進行優化，對整套施工技術要點進行詳細論述。

不同于國內偏于工程應用方面的研究導向，國外主要從理論研究角度，開展對蓋梁支架體系的研究。Weesner等[6]通過理論分析結合數值模擬的方法得出國外常見的4種類型蓋梁承載體系的極限承載力。Peng等[7]針對外力荷載下的支撐體系穩定性進行研究，通過數值模擬的方法，得到多種施工荷載作用下的模板支撐體系穩定承載力。

歸結以上研究成果，目前蓋梁現澆施工的支架形式雖然多種多樣，但不外乎型鋼支架支撐、抱箍支撐和插銷支撐為主。本文針對某工程現澆蓋梁施工，通過對這3種支撐模板體系的設計進行分析，總結了其各自的優缺點和適應場所，結合現場工況制定安全經濟可行的施工方案，以獲取較好的經濟效益。

1 常見蓋梁模板體系

目前，根據受力體系，我國城市高架橋梁現澆蓋梁的支撐體系主要包括3種：型鋼支架法、銷棒法、抱箍法。

1.1 型鋼支架法

1.1.1 支撐體系構成

型鋼支架法將水泥承臺或硬化地基作為承載基礎，組合圓鋼、方鋼等材料，通過機械化設備拼裝形成支架，承擔蓋梁、模板質量和施工荷載，實現蓋梁現澆施工。

1.1.2 受力體系分析

型鋼支架法其受力體系包括縱向承重梁、橫向分配梁、型鋼立柱鋼管和剪刀撐（圖1）。

圖1 型鋼支架法受力體系

橫向分配梁在承受蓋梁荷載及施工荷載后，傳遞至縱向承重梁，然后通過鋼砂箱傳遞至型鋼立柱，最后傳遞至承臺或地基。為提高立柱穩定性，型鋼立柱鋼管之間一般設置斜撐，避免立柱失穩破壞。

1.1.3 主要施工工藝

施工工藝及流程為：地基處理→型鋼立柱安裝→鋼立柱與承臺（地基）固定→上下節鋼立柱連接→鋼砂箱安裝→縱向承重梁安裝→橫向分配梁安裝→底模安裝→支架預壓→立柱頂處理→鋼筋綁扎→側模安裝→混凝土澆筑、養護→拆模、拆支架。

1.2 抱箍法

1.2.1 支撐體系構成

抱箍法是通過在墩柱上的適當部位安裝圓形抱箍，使之與墩柱夾緊，從而產生靜摩擦力來克服臨時設施及蓋梁的質量。抱箍法支撐體系主要由柱箍、牛腿、緊固件及工字鋼4部分組成，采用在柱墩頂部偏下位置設抱箍，根據柱間距和蓋梁結構尺寸，選擇2根適當型號的工字鋼架設在抱箍兩側的牛腿上，作為蓋梁模板去撐梁，這樣不受地形約束，徹底解決了因地形而影響蓋梁施工的技術問題。

1.2.2 受力體系分析

抱箍法受力體系包括縱向承重主梁、橫向分配梁、抱箍（圖2），橫向分配梁承受荷載后傳遞至縱向承重主梁，再由抱箍通過靜摩擦力的形式傳遞至墩柱。

圖2 抱箍法施工

1.2.3 主要施工工藝

施工工藝及流程為：抱箍設計與制作→施工放樣→抱箍安裝→縱向承重梁安裝→橫向分配梁安裝→蓋梁底模安裝→安裝蓋梁鋼筋→側模、端模安裝→混凝土澆筑、養護→拆模→拆抱箍。

1.3 銷棒法

1.3.1 支撐體系構成

銷棒法現澆蓋梁施工是通過橫穿墩柱的高強銷棒將蓋梁質量、模板質量和施工荷載傳遞給墩柱。支撐體系由分配梁模塊、蓋梁懸臂三角支架、高大型鋼主梁、牛腿、銷棒等構件組成（圖3）。

圖3 銷棒法施工

1.3.2 受力體系分析

橫向分配梁在承受蓋梁及施工荷載后，傳遞至縱向承重梁，并通過梁下方卸荷塊將荷載傳至固定牛腿和銷棒，最后傳至墩柱。實際項目中為增強模板支架穩定性，經常在墩柱上設置抱箍、斜撐，與墩柱、主梁形成三角系統。

1.3.3 主要施工工藝

施工工藝及流程為：銷棒及墩柱預留孔洞設計施工放樣→現澆立柱預留孔洞→銷棒安裝→縱向承重梁安裝→橫向分配梁安裝→蓋梁底模安裝→安裝蓋梁鋼筋→側模、端模安裝→混凝土澆筑、養護→拆模→拆銷棒。

2 現澆蓋梁模板工藝比較

基于以上3種現澆蓋梁模板受力體系及施工方法，從適用對象、施工工期、地基要求、材料損耗性、對墩柱破壞性等多方面分析其在實際工程中應用的適應性和局限性。

2.1 墩柱適用性

型鋼支架法依靠支架承受蓋梁重力荷載，對墩柱截面無要求，既可以是圓形墩柱也可以是方形墩柱；抱箍法一般采用圓形抱箍，限用于圓形墩柱；在國內銷棒法由于需要牛腿施工，常用于矩形墩柱，但也可用于圓形墩柱。

2.2 承受荷載能力

型鋼支架法的受力性能大小受支架本體結構決定，適用于各類蓋梁施工。抱箍法依靠靜摩擦力來承受蓋梁荷載，承受能力較小，不適應于大型蓋梁施工。銷棒法的受力性能受銷棒直徑和混凝土抗壓強度決定，相對于抱箍法，承受荷載能力明顯提高，在結合抱箍進行輔助受力情況下，也可以應用于大型蓋梁施工。

2.3 施工復雜性

型鋼支架法施工需要臨設支架承力，施工步驟較多，安裝和拆除較為復雜；抱箍法無需外設支架，施工步驟較少，部分裝置可提前預制；銷棒法施工步驟由于涉及銷棒穿孔等，安裝過程較抱箍法復雜，但同樣無需外設支架。

2.4 施工工期

型鋼支架法施工工期受墩柱高度影響，在墩柱及蓋梁較高時，支架高度也需要相應提高，架設和拆除工期會明顯增加。抱箍法、銷棒法的施工和拆卸速度快，時間耗費不受墩柱高度影響。

2.5 地基要求

型鋼支架法蓋梁施工過程所產生的荷載最終會傳遞至地基，因此對于地基強度要求較高，必要時需進行地基處理，增加勞動力及成本。抱箍法和銷棒法蓋梁施工過程所產生的荷載由墩柱承受，常規地基即可，無需地基處理。

2.6 墩柱破壞性

型鋼支架法無需在墩柱上設預埋件，不會影響墩柱外觀質量；抱箍法施工需要在墩柱上安設抱箍，其外觀質量會在一定程度上受到抱箍緊固的影響；銷棒法需在墩柱內預設孔洞穿銷棒，而對墩柱穿孔造成局部混凝土破壞，在銷棒拆除后墩柱外觀質量需要進行后期處理。

2.7 適用環境

型鋼支架法由于需要周邊地基施工，對環境條件有所限制，并不適用于橋下有流水區域，當地處交通繁忙區域以及地基處理復雜時也不推薦應用。抱箍法和銷棒法在墩柱施工完畢后即能施工，施工區域主要位于墩柱上部，對周圍環境依賴性小，適用于各類嚴苛環境。表1對3種模板體系施工優缺點進行了歸納總結。

表1 現澆蓋梁模板工藝比較

3 工程應用分析

3.1 工程背景

上海S3公路（周鄧公路—G1503公路兩港立交）新建工程沿線穿越上海浦東新區和奉賢區，北起周鄧公路，南接規劃兩港大道，全長26.64 km（圖4）。其中，S3PD-1標段工程范圍為周鄧公路—鶴連路以北，主線長3.85 km，橋梁工程共包含6座地面跨河橋（七灶港橋、六灶港橋、醫藥港橋、戴家港橋、景觀橫二河橋、周家浜橋），1座人行天橋、1座S32人非坡道橋、1座S32地面輔道橋，除了S32地面輔道橋采用預制拼裝結構，其他均為現澆蓋梁結構。

圖4 S3公路地理位置

3.2 施工工況分析

3.2.1 蓋梁結構形式

本項目蓋梁尺寸大小不一，其中最大蓋梁尺寸為20.05 m×2.20 m×1.60 m（六灶港主橋），而人非橋、坡道橋等尺寸較小。

3.2.2 墩柱形式

七灶港橋、六灶港橋等橋梁采用圓形墩柱，坡道橋及周家浜人非橋為矩形墩柱。

3.2.3 施工場地條件

本項目包含一工區、二工區、三工區及立交區4個標段。其中一工區、二工區位于郊區，蓋梁施工可以提供寬闊的施工環境。立交區環境復雜，施工局限性大。

3.3 施工方案比選

3.3.1 比選原則

1）安全性原則。選擇的模板施工方案必須滿足現場安全施工要求。受力體系應當在混凝土澆筑途中和完成后承載結構自重、側向壓力以及其他施工荷載。

2）施工方便原則。選擇的施工方法應當構造簡易，便于組裝和拆除，接縫緊密，易于施工。

3）統一管理原則。為了方便管理，單個項目應當采用同一種模板支護體系，不宜多模板體系混合使用。

3.3.2 比選結果

綜合施工現場條件，考慮到抱箍法承載力較低，具有一定的施工安全風險，實際項目中并未采用。最終七灶港橋、六灶港橋等橋梁采用型鋼支架法施工，坡道橋及周家浜人非橋為銷棒法施工。

3.4 實際施工方案

3.4.1 型鋼支架法

1）地基處理。對于需處理的區域，原地面整平壓實（不小于90%）后，換填厚60 cm建筑垃圾＋厚10 cm的碎石＋厚10 cm的C30混凝土。建筑垃圾分3層填筑，每層厚度不大于25 cm，層層壓實后鋪筑厚10 cm碎石，最后澆筑厚10 cm的C30混凝土面層，面層定標高與承臺頂標高一致。

2）型鋼支架法施工方案。立柱高度大于1.2 m時，蓋梁支架采用型鋼支架。以六灶港主橋為例，型鋼支架法設計具體如下：鋼管支柱為φ500 mm×10 mm；橫向分配梁為20a#工字鋼（單節長度4 m），間距250 mm；縱向承重梁為HN700 mm×300 mm。鋼立柱頂部設置鋼砂箱，其底部與鋼立柱頂板采用M16螺栓連接固定，其頂部設置φ600 mm×12 mm鋼板，鋼立柱底部與承臺使用M20化學螺栓固定。鋼管立柱與鋼管立柱使用M16螺栓固定。結構立柱高度大于4 m時，鋼立柱設置縱橫向連系梁，連系梁采用20#槽鋼，槽鋼與立柱表面焊接固定。

3.4.2 銷棒法施工方案

以坡道橋11號墩蓋梁為例（圖5），整個受力體系由分配梁模塊、蓋梁懸臂三角支架、高大型鋼主梁、卸荷塊、牛腿、銷棒等構件組成。橫向分配梁為10#工字鋼，間距250 mm；縱向承重梁為HN50型鋼；銷棒直徑70 mm，材質為30CrMnTi。

圖5 銷棒法施工方案

主梁直接作用于卸荷塊與銷棒牛腿頂面上；支架自上而下依次為分配梁模塊10#工字鋼（平臺）、H500型鋼主梁、卸荷塊、牛腿、銷棒。

3.5 施工效果分析

1）承力能力。型鋼支架法由于采用外支撐體系，承力能力可以不受墩柱承載力限制。實際工程中七灶港橋最不利工況下支架立柱承受了約700 kN的荷載；而采用銷棒法的坡道橋墩柱最大承載為208 kN。型鋼支架法蓋梁應用范圍更為廣闊。

2）單梁施工工期。實際工程中，采用型鋼支架法和銷棒法蓋梁施工均需要1～2 d時間進行綁扎鋼筋和支模板，蓋梁混凝土養護也需要4 d左右。區別在于，型鋼支架法需要4～5 d進行地基整平和預壓，并需要1～2 d搭設支架，1 d拆除支架，總工期需要12 d左右；而銷棒法僅需要1 d進行銷棒安裝，0.5 d進行銷棒拆除，總工期可控制在1周內。

3）同步施工可行性。型鋼支架法多點并行施工需要配備大量型鋼材料和搭設人員，對材料配備和勞動力配置要求較高，實際工程中也沒有采用同步施工策略，而是依次順序施工；銷棒法施工材料使用少，人工需求少，同步施工額外成本較小，現場也多次成功實施并行施工。

從2種工藝的現場應用效果，推斷得出現澆蓋梁施工中型鋼支架法和銷棒法不同的適應領域和發展潛力：型鋼支架法適應于郊區主線橋梁等工期要求不嚴，需要大體積蓋梁澆筑的施工環境；銷棒法適應于跨線橋、環狀立交等工期要求高，希望多點并行的施工環境或者人員、材料配置緊張的施工環境。

4 結語

項目應用效果表明，型鋼支架法和銷棒法都是目前優秀的現澆蓋梁施工工藝。型鋼支架法可用于大體積蓋梁，但施工工期長，并行同步施工代價高，在郊區橋梁主線建設方面有廣闊的發展潛力；銷棒法施工在勞動力需求、材料消耗和施工工期方面具有一定優勢，未來更適用于跨線橋、環狀立交等領域。