高墩大蓋梁無支架支撐體系結構驗算及施工技術研究

收稿日期：2024-01-18

作者簡介：馬三成（1970—），男，本科，工程師，從事路橋施工工作。

摘要 文章針對G4216線屏山新市—金陽段高速公路橋梁工程中采用的無托架支撐系統，展開了研究。該系統通過在橋墩上預留孔洞，利用高強度鋼管固定于鋼柱，并在其上設置調整砂桶，布置工字梁進行支撐，確保結構穩定。研究通過驗算支撐體系的結構性能，包括工字梁、鋼管等的受力情況及變形，以驗證其符合設計要求。同時，詳細描述了施工過程中的技術操作，并針對施工中可能出現的問題提出了解決方案。研究旨在為類似工程提供施工經驗和技術指導，促進我國橋梁工程建設的規范化和高效性。

關鍵詞 高墩；大蓋梁；無支架支撐；施工技術

中圖分類號 U445.464文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0140-03

0 引言

在傳統橋梁建設中，常采用支撐架或支模保障結構施工的穩定性。然而，這種傳統支撐系統在高墩、大跨度蓋梁的情況下存在一系列問題，如施工周期長、成本高等。因此，需要一種新的支撐系統解決這些問題。在已有研究中，梅爭貴等[1]就高墩大蓋梁無支架支撐體系的施工技術進行了討論，探索了其在工程中的應用。閆亞東[2]對橋梁蓋梁雙抱箍支撐體系的關鍵技術進行了研究，提出了一種新的支撐方式。李旭鋒等[3]對無支架支撐體系在高墩蓋梁施工中的設計參數和結構驗算進行了深入分析。王鵬等[4]研究了十字花瓶高墩蓋梁無落地支架支撐體系的應用與效果。羅浩東[5]則討論了橋梁排架蓋梁無支架施工的應用與效果。這些研究為該文的研究提供了參考依據。基于此，該文針對G4216線屏山新市—金陽段高速公路橋梁工程采用的無托架支撐系統展開了深入研究。通過詳細驗算支撐體系的結構性能，包括工字梁、鋼管等的受力情況及變形，驗證其符合設計要求。同時，該文在施工技術方面進行了全面的探討，解決了可能出現的問題，為類似工程提供了施工經驗和技術指導。

1 工程概況

G4216線屏山新市—金陽段XJ7標線是四川省雷波縣雙河口鄉、黃瑯鎮的一段，由一條主線及一條連接線組成。主干線長度為2 683.490 m（ZK36+796～ZK40

+480，K36+808～K40+480），主要由火燒棚特大橋（85 m+160 m+85 m的鋼管混凝土格構墩連續剛構）、火燒棚1～3號橋和雙河綜合體組成。主干線路基長度154.858 m，占全長的5.8%；橋梁9座，長度2 528.632 m，占全長的94.2%。馬湖連接線總長度9 445.593 m（二級公路），主要有馬湖隧道（6 520 m）、馬湖1～9號橋與連接橋之間的路基組成，路基長度1 989.953 m，占全長的21.1%；橋梁10座，長度1 492.640 m，占全長的15.8%；隧道2座，長度5 963 m，占全長的63.1%。雙河連接線總長4 232.608 m（二級公路），該工程由雙河1～9號橋與連接橋之間的路基組成，路基長度3 276.868 m，占全長的77.4%；橋梁9座，長度955.740 m，占全長的22.6%。

2 支撐體系結構驗算

2.1 計算模型概況

（1）工25a型工字型分配梁的計算模型：工25a型工字型分配梁直承受全部荷載，布置在工63c型梁上，橫梁緊鄰獨柱式橋墩兩側，間距為順橋向2.6 m。據此，工25a型工字型分配梁的計算跨度為2 m，蓋梁底寬2.6 m，分配梁兩端分別懸臂0.95 m。鑒于懸臂在跨中受力較大，為保證安全，可忽略懸臂影響，按簡支梁模式進行計算。

（2）63c型工字鋼縱梁的計算模式：雙拼63c型工字鋼縱梁各自承擔25a型工字鋼縱梁的自重，形成均布荷載。在這種情況下，兩個雙拼63c型工字鋼縱梁分別承擔一半的受力。63c型工字鋼架設于雙拼45a型工字鋼枕梁之上，而雙拼45a型工字鋼則安裝在順橋向的預制鋼筋上。因此，在作用范圍B=4.0 m的條件下，63c型工字鋼縱梁需承擔的均布荷載q為兩個懸臂的外伸量。

（3）工45a工字型鋼枕梁的計算模式：45a工字型鋼梁承擔各一組63c型工字鋼的自重。

2.2 計算結果

2.2.1 獨柱墩

（1）分配梁I25a的計算：I25a分配梁置于一根長度為0.50 m的雙拼型I63c工字鋼縱桁上。I25a分布梁跨度中部承受最大彎矩，其值為78.6 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足要求。I25a分配梁剪應力的最大值出現在與雙拼式I63c工字鋼的縱桁接觸部位，具體如下：剪應力最大值為22.8 MPa＜[τ]=125 MPa，分配梁抗剪強度符合設計要求；（I63c工字鋼縱向彎曲導致下撓），I25a在中間段的撓度為8.205 mm?6.636 mm=1.569 mm。I25a分配梁豎向位移最大值1.569 mm＜L/400=2.6/400=6.5 mm，I25a剛度滿足設計要求。

（2）I63c雙拼式工字梁的計算：雙拼式I63c型工字鋼縱向梁各承擔I25a型鋼桁梁的自重，在雙拼型工I45a型枕梁上設置雙拼型I63c型工字鋼，其荷載等效為懸臂梁線單元荷載。雙拼式I63c型工字鋼在懸臂端部受到最大的彎曲應力，其值為181.4 MPa＜[σ]=215 MPa。雙拼式I63c工字型工字鋼的最大剪力出現在懸臂末端根部，具體如下：

最大剪應力為34.20 MPa＜[τ]=125 MPa，雙拼式I63c型工字梁的抗剪強度達到設計要求。

雙拼I63c型工字鋼縱桁的最大豎向位移為28.42 mm＜L/400=13.45/400=33.63 mm，雙拼式I63c工字型桁條的剛度滿足規范。

（3）I45a型工字鋼枕梁的計算：雙拼式I45a工字型鋼枕梁承擔2對I63c型工字鋼橫梁的自重，雙拼式I45a工字型鋼的枕梁置于φ140 mm高強度鋼筋上，作為節點荷載。雙拼式I45a型工字鋼的枕梁在懸臂末端承受最大彎曲應力，其值為64.1 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足要求。剪應力最大值68.50 MPa＜[τ]=125 MPa，雙拼型I45a型工字鋼枕梁的抗剪強度達到設計要求。

2.2.2 雙肢墩

（1）分配梁I25a計算：I25a分配梁置于一根長度為0.50 m的雙拼型I63a工字鋼縱桁上。分配梁跨度中部的最大彎矩為I25a，其值為124.2 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足要求。剪應力最大值為38.7 MPa＜[τ]=125 MPa，分配梁抗剪強度符合設計要求。I25a分配梁跨中段的撓度為7.458 mm?4.384 mm=3.074 mm（I63a工字鋼縱向引發下撓）。梁豎向位移在I25a中的最大值為3.074 mm＜L/400=2.952/400=7.38 mm，I25a分配梁具有滿足設計要求的剛度。

（2）I63a雙拼式工字梁的計算：雙拼式I63a型工字鋼縱向梁各承擔I25a型鋼桁梁的自重，雙拼式I63a型工字鋼采用φ140 mm高強度鋼筋，按線性單元荷載計算。雙拼式I63a工字鋼在懸臂末端承受最大彎曲應力，其值為87.6 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足要求。雙拼式I63a工字鋼縱向最大豎向位移為6.522 mm＜L/400=19.25/400=48.125 mm，雙拼式I63a型工字鋼縱梁具有滿足設計要求的剛度。

（3）高強度φ140 mm鋼筋的計算：采用Φ140 mm高強度鋼筋，對兩根I63a工字鋼進行節點承載力計算。高強度鋼管直徑為φ140 mm時，懸臂端部承受最大彎曲應力，其值為295.4 MPa＜[σ]=560 MPa，滿足要求。剪應力最大值為40.70 MPa＜[τ]=323 MPa，高強度φ140 mm鋼筋的抗剪性能達到設計要求。高強度φ140 mm鋼筋的最大垂直位移為0.656 mm＜L/400=0.6/400=1.50 mm。高強度鋼筋直徑為φ140 mm，其剛度滿足設計指標。

3 施工技術

3.1 測量放樣

在施工過程中，由測量組對墩柱的標高進行測量，并利用坐標法放樣出墩頂的中點。

3.2 安裝無支架支撐體系

使用穿孔實心鋼棒法安裝無支架支撐體系，具體步驟如下：先將鋼筋插入橋墩預留孔，隨后將牛腿緊固于鋼筋之上，安裝調節砂桶，確保標高的精確度；最后，在砂筒頂部鋪設縱向工字鋼。為確保結構穩定性，應將縱向工字鋼與拉桿連接并緊固為一體，形成一個統一整體。

3.3 底模安裝

蓋梁下的模板選用堅固的鋼制模板，應先打磨后預組裝。安裝斜段底模板前，需置三角形支架于梁上，用木楔進行穩固。下模板用塔吊進行吊裝，用雙面膠密封接縫處，以防滲漏。

3.4 蓋梁鋼筋綁扎、驗收

所有鋼筋均在綜合加工車間進行加工，加工完畢后使用自卸車橫向運輸至現場，通過塔吊進行垂直輸送。鋼筋與箍筋應精確放置于模板內，高強度混凝土保護層應在綁扎前鋪設。鋼筋綁扎要遵循基本原則，采用纏繞法進行綁扎，以確保箍筋與主筋、水平筋的垂直度。交接處要牢固束緊，非轉角位置的鋼筋與箍筋應以“梅花”形交叉捆綁。在蓋梁鋼筋、墊石、擋塊預埋筋的安裝時，應嚴格遵循設計圖紙，在監理工程師檢查確認后進行側模和端模的安裝。

3.5 安裝側模、驗收

側模采用平板鋼模頭，通過螺栓與側模和底模連接，用膠帶或泡沫膠進行接縫防水。施工常用對拉措施，必要時用內撐調整，安裝完成后清理墻面雜質并請監理工程師檢查模板，重點關注模板和支撐系統的穩定性。

3.6 蓋梁混凝土澆筑

進行混凝土澆筑前，對預埋件及支撐體系進行全面檢查。確認符合相關規定后，方可啟動澆筑作業。混凝土在拌和站統一拌制后，使用罐車運輸至施工現場進行裝載。施工前對混凝土的坍落度和溫度進行檢測，合格后方可進行澆筑。混凝土澆筑過程中，務必對模板、支架、墊石、擋塊等預埋件進行嚴格檢查，確保其穩定性和預埋件尺寸、位置的精準度，如出現走模、鼓模、漏漿等問題，須迅速予以解決。澆筑完成后依據控制標高進行蓋梁頂面的人工抹平，并在埋入墊石、擋塊內的鋼筋表面涂抹水泥灰漿。

混凝土澆筑過程中，需重點關注的要點如下：

（1）分層澆筑，層厚保持在25 cm～30 cm。

（2）均勻澆筑，防止偏壓造成模架系統變形。

（3）連續澆筑，確保上梁質量。

（4）采取“快插慢拔”的插棒方式，每隔20 cm進行一次振搗，保證混凝土表面不下沉、不冒氣泡、表面完全泛漿。

3.7 混凝土養護

混凝土養護過程可分為兩個階段：第一階段為澆筑完成后，用土工織物進行覆蓋，并設置滴頭，實施人工噴灑養護，確保土工布始終保持濕潤；第二階段為拆除側模后，將整個外表面覆蓋至塑膜，并進行澆水養護，確保蓋梁表面始終保持潮濕，養護時間需符合設計及規范要求。

3.8 拆卸模板，落架

拆除模板、端模板時，應確保混凝土強度達到2.5 MPa以上，避免損壞表面和邊角。拆蓋梁底模時，混凝土強度須達到設計要求。拆卸模板、落架時應遵循“先支后拆，后支先拆，自上而下”的操作原則，具體步驟如下：

（1）降低支架，確保模板和支架順利落下。

（2）自上而下依次拆除模板（模板、槽鋼橫梁、工字鋼縱梁、砂桶、牛腿）。

（3）拔出實心鋼管，堵塞柱身預留孔。

3.9 蓋梁澆筑過程中的變形監控

為研究蓋梁在澆筑混凝土時的變形情況，以評估蓋梁的安全和穩定性，項目部在7、8號墩蓋梁的施工期間，對工字鋼縱梁中心點的變形和沉降進行了實時監測。根據實際測量數據，對上桁梁在澆筑過程中的撓度指數進行分析，具體如下：

（1）設置監測點。監測點布置于工字鋼縱梁中部，在易于觀察的部位貼上反光板（2.5 cm處），左右各一處，共計兩處。

（2）資料收集。①在澆筑混凝土之前做好初步資料的收集工作。②蓋梁的混凝土采取分層澆筑的方式，并在每一層澆筑完畢后，對監測點進行一次監測。③在混凝土初步澆筑完畢后，對其進行終測。

（3）檢測結果的匯總與分析。通過對兩座無托架支承的雙墩蓋梁的工字鋼縱桁中心點的變形情況進行觀察，得出縱桁中部變形為12 mm、14 mm，均能滿足設計要求。通過上述監測資料，繪出了無托架支承系統在混凝土澆筑時的跨中累積撓度與位移的關系，參見圖1和圖2所示。

4 結語

該文以G4216線屏山新市—金陽段公路橋梁為研究對象，針對其高墩多的特點，為適應橋梁高墩工法的規范化建設需要，該項目提出了基于鋼筋綁扎、系梁、蓋梁模板等標準化的操作平臺體系。該文從高墩大跨度蓋梁的受力特點出發，對其傳力機制進行了深入研究，為該高速公路大蓋梁斜拉橋施工方案的優化提供理論依據與科學依據。該標段的高橋墩全部在短時間內完工，各項施工方案設計合理、高效。

圖1 左幅7號墩累計撓度的變形曲線圖

圖2 左幅8號墩累計撓度的變形曲線圖

參考文獻

[1]梅爭貴， 孔買群. 論高墩大蓋梁無支架支撐體系施工技術[J]. 云南水力發電， 2021（4）： 51-54.

[2]閆亞東. 橋梁蓋梁雙抱箍支撐體系施工關鍵技術[J]. 交通世界， 2021（25）： 29-30.

[3]李旭鋒， 李永國， 呂大武， 等. 無支架支撐體系在高墩蓋梁施工中的設計參數選取及結構驗算[J]. 水電站設計， 2019（1）： 67-71.

[4]王鵬， 何海英， 張玉斌. 十字花瓶高墩蓋梁無落地支架支撐體系的研究與應用[J]. 建筑結構， 2020（s1）： 1156-1159.

[5]羅浩東. 橋梁排架蓋梁無支架施工的應用與效果[J]. 住宅與房地產， 2019（19）： 188.