鋼管柱貝雷架模板支撐體系在撫順甲邦大橋施工中的應(yīng)用

文/李猛 中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 天津 300384

1、工程概況

甲邦大橋位于撫順市東洲區(qū)石化新城境內(nèi)的渾河城市段上游，是大伙房水庫(kù)下游的第2座跨河大橋，是撫順石化新城基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的控制性工程。橋梁全長(zhǎng)510m（跨度組成為（北引橋）4＊35m+（主橋）150m+80m+（南引橋）4＊35m），橋面寬40m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為城市主干路I級(jí)，設(shè)計(jì)行車(chē)速度60km/h，橋梁建筑面積2.04萬(wàn)㎡。

河岸與河漫灘呈緩坡?tīng)?，高差?～5m，地貌由河床、河漫灘和兩側(cè)的一級(jí)沉積階地組成，主河道位于擬建橋的中部，現(xiàn)水面寬度約230m，水深0.5～1.5m。

根據(jù)項(xiàng)目總體要求，結(jié)合施工環(huán)境和當(dāng)?shù)刭Y源情況，本項(xiàng)目橋梁施工時(shí)采用了鋼管柱貝雷架作為模板支撐體系進(jìn)行梁體現(xiàn)澆并取得了較好的工程效益。本文對(duì)主要工序設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述和總結(jié)。

2、支撐體系設(shè)計(jì)驗(yàn)算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，對(duì)整個(gè)支撐體系進(jìn)行設(shè)計(jì)及驗(yàn)算，主要進(jìn)行翼緣板、底板、腹板下貝雷梁上I14工字鋼驗(yàn)算、翼緣板、腹板、底板下部貝雷梁檢算、貝雷梁下橫梁驗(yàn)算及鋼管柱受力計(jì)算等主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。本文主要對(duì)貝雷梁、鋼管柱受力情況進(jìn)行分析。

2.1 腹板、底板下部貝雷梁檢算

（1）荷載計(jì)算

③每米荷載重量：

④施工材料具運(yùn)輸、堆放荷載

⑤傾倒混時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載取2KN/m2：

⑥振搗砼產(chǎn)生的荷載取2KN/ m2：

取最不利組合計(jì)：恒載取1.2倍安全系數(shù)，活載取1.4倍安全系數(shù)，考慮最不利情況為混凝土全部澆筑完畢的情況：

腹板底板下設(shè)置7組貝雷梁（雙排單層）承重，則每組貝雷梁承受線荷載：

（2）強(qiáng)度計(jì)算

①跨中的貝雷梁受力最大，最大彎矩為：

經(jīng)查，單層雙排珩片的幾何特性：

單層雙排珩片容許內(nèi)力：

符合要求

②最大剪力為：

符合要求。

如果考慮各片貝雷梁不均勻受力及梁體變截面處受力情況，也具有較大的安全度。因此，貝雷梁滿足強(qiáng)度要求。

（3）撓度計(jì)算

滿足要求

2.2 鋼管立柱受力檢算

立柱采用Ф630mm×8mm的鋼管柱，立柱布置為4×4.5m+3×5.0m，按最大高度為6m，鋼管立柱按兩端鉸接的受壓構(gòu)件計(jì)算，計(jì)算按照橫聯(lián)長(zhǎng)度l=6m計(jì)算；

（1）軸心受壓?jiǎn)胃⒅€(wěn)定性驗(yàn)算

單根鋼管柱受力最大軸力為：

φ630×8mm的普通焊管鋼管支墩的容許荷載計(jì)算

φ630×8mm的普通焊管立桿截面幾何特性

鋼管的回轉(zhuǎn)半徑為：

式中：D—鋼管外徑，d—鋼管內(nèi)徑

鋼管支架立桿按軸心受壓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算

支架系統(tǒng)取1.5倍的安全系數(shù)，所以鋼管支架立桿按軸心受壓容許承載力：

（2）組合風(fēng)荷載時(shí)單根立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算

①風(fēng)荷載對(duì)立柱產(chǎn)生彎矩按下式計(jì)算

式中： Mw單根立柱彎矩(KN·m)； α立柱跨距（m）； l0立柱計(jì)算長(zhǎng)度（m）； Wk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m2）；

式中： μz風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，查表為2.09；μs風(fēng)荷載體型系數(shù)，取0.8；Wo基本風(fēng)壓（KN/m2），查表得0.45 KN/m2。則：

②單根立柱軸向力按下式計(jì)算

式中：NG1——結(jié)構(gòu)+模板支架自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力（kN/m2）；

NG2——工字鋼橫梁自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力（kN/m2）；

③立柱壓彎強(qiáng)度按下式計(jì)算

式中：β ——有效彎矩系數(shù)，采用1.0；

W——立柱截面模量；

NE——?dú)W拉臨界力，

(E為彈性模量， 為壓桿長(zhǎng)細(xì)比)。

滿足要求。

3、主要項(xiàng)目施工方案

3.1 支架基礎(chǔ)處理施工

鋼管柱基礎(chǔ)采用7.0×2.0×0.5m的C25鋼筋砼基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底部鋪設(shè)一層Φ16鋼筋網(wǎng)，間距布置為20×20cm?；A(chǔ)頂預(yù)埋厚10mm的環(huán)形鋼板，與鋼管柱連接。

施工時(shí)，先把原地面的軟泥和粘土清理干凈，然后采用機(jī)械開(kāi)挖使得基礎(chǔ)嵌入中風(fēng)化巖內(nèi)。

3.2 支架安裝

（1）鋼管柱安裝

鋼管立柱采用直徑Φ630mm鋼管，壁厚8mm，裝配式結(jié)構(gòu)。鋼管立柱頂設(shè)置可調(diào)高度的砂箱，便于支架和模板的拆除。為了確保鋼管立柱的穩(wěn)定，相鄰鋼管立柱間用12#槽鋼兩端鉸接連接。立柱頂部支承分配梁，下部支承在鋼筋砼基礎(chǔ)上。為減小砂箱底部鋼板變形，在鋼管立柱端部?jī)?nèi)設(shè)井字型支撐。

鋼管柱布置設(shè)計(jì)縱橋向鋼管柱中心間距最大為8.32m，墩兩側(cè)各設(shè)置1排鋼管柱（鋼管柱中心距離墩身中心線為1.7m），每排有8根鋼管立柱，橫向間距為2×4.5m+3×5.0m+2×4.5m。鋼管柱安裝過(guò)程中必須保證垂直度，以免使鋼管柱形成偏心彎矩。

（2）分配橫梁安裝

分配梁起著將結(jié)構(gòu)荷載、支架荷載和施工荷載分配到鋼管立柱上同時(shí)受力的作用。分配梁采用2根I45b工字鋼并排布置在支柱頂部，并在兩工字鋼拼縫處點(diǎn)焊連接，支點(diǎn)及梁體變截面處采用12mm厚鋼板進(jìn)行加肋，同時(shí)在型鋼上焊接擋塊防止貝雷梁移動(dòng)。

（3）砂箱安裝

砂箱高300mm，采用直徑為φ300mm、壁厚為10mm的鋼管制作，在砂箱內(nèi)裝上充足干燥、清潔無(wú)異物的砂子，放置壁厚10mm的φ260mm、內(nèi)澆筑30cm C30鋼筋砼鋼管，砂箱可調(diào)高度不超過(guò)20cm。落模時(shí)，松掉靠近鋼管砂箱底部的螺栓掏出砂子，使工字鋼及貝雷梁下落，拆除梁模。在安裝砂箱時(shí)注意防雨水進(jìn)入砂箱內(nèi)。

（4）貝雷梁結(jié)構(gòu)布置與安裝

采用當(dāng)?shù)剌^為常見(jiàn)的軍用321型貝雷架，此種拱架是由標(biāo)準(zhǔn)階段、拱頂段、拱腳段和連接桿等以鋼銷(xiāo)或螺栓連接而成。

①主梁由單層雙排貝雷梁組成，用于承受制梁時(shí)的荷載，完成連續(xù)梁的澆筑。每組貝雷梁間采用90cm支撐架連接，加強(qiáng)自身抗扭能力；鋼管立柱支撐處的貝雷梁豎桿用［10槽鋼加強(qiáng)貝雷梁抗剪力；為了加強(qiáng)貝雷架整體剛度，縱向布設(shè)橫橋向貝雷梁每隔3m采用［10槽鋼上下橫聯(lián)，U形卡卡緊槽鋼與貝雷片桿件，使各組貝雷梁連成一體。

②現(xiàn)澆連續(xù)梁貝雷支架采用13組雙排單層不加強(qiáng)貝雷片，貝雷梁橫向布置間距為：

③單片貝雷片長(zhǎng)3m、高1.5m，貝雷片之間用貝雷銷(xiāo)連接。翼緣下布置6組，底板、腹板下布置7組。

現(xiàn)澆梁端頭為變截面，重量漸增，為保證端頭貝雷梁具有足夠的強(qiáng)度，在端頭每片貝雷片的立桿左右綁焊［10槽鋼。

為防止貝雷架從分配梁上滑下，進(jìn)而方便后續(xù)施工，故在每排貝雷架端頭多加長(zhǎng)一節(jié)貝雷片。

（5）墩身處縱梁設(shè)置

墩頂采用10×10cm方木支撐底模。由于橫橋向墩柱之間板肋屬于圓弧結(jié)構(gòu)，因此緊靠墩柱的一組貝雷梁需由此斷開(kāi)，為加強(qiáng)貝雷架整體剛度，先采用2根I45b工字鋼分別焊接固定在墩身兩側(cè)鋼管柱上的分配橫梁上，然后焊接40#槽鋼充作支撐縱梁。

（6）梁底橫梁安裝

貝雷梁上鋪設(shè)I14工字鋼作橫梁，梁端頭漸變段中到中間距為40cm，其余部位為75cm，橫梁上直接鋪設(shè)底模。

3.3 支架預(yù)壓

為保證箱梁砼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，鋼管柱、貝雷架搭設(shè)完畢鋪設(shè)底模板后必須進(jìn)行預(yù)壓處理，以消除鋼管柱、貝雷架和模板的非彈性變形，同時(shí)取得支架彈性變形的實(shí)際數(shù)值，作為梁體立模的預(yù)拱值數(shù)據(jù)設(shè)置的參考。

預(yù)壓方法依據(jù)箱梁砼重量分布情況，在搭好的貝雷支架上堆放與梁跨荷載等重的預(yù)壓袋，預(yù)壓荷載系數(shù)取1.3倍。

支架上部貝雷梁共布置88個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)：在支架上布設(shè)11排，每排布設(shè)8個(gè)點(diǎn)，按規(guī)范進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.4 支座安裝

（1）在安裝支架前，對(duì)墩臺(tái)的中心線、高程進(jìn)行復(fù)測(cè)，檢查螺栓孔的位置，對(duì)有問(wèn)題的及時(shí)處理。

（2）安裝支座前先對(duì)混凝土墊石鑿毛濕潤(rùn)，然后將支座吊裝就位，再用鋼楔調(diào)整支座標(biāo)高。調(diào)整好標(biāo)高后，用支座專(zhuān)用灌漿劑填滿搗實(shí)，錨固螺栓孔內(nèi)的灌漿劑也同樣搗固密實(shí)。

（3）梁內(nèi)支座鋼板與支座同時(shí)安裝，并將四角的緊固螺栓擰緊，確保底模與支座不漏漿。

（4）為確保支座的正確安裝就位，制梁前，采用全站儀在支承墊石上放出每個(gè)支座縱、橫向支承中心線。

3.5 模板工程

（1）箱梁底模

為保證箱梁外觀及施工質(zhì)量，決定箱梁底模采用定做的鋼模板，鋼板厚度6mm。定做模板二套（2×50m）進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用。

（2）箱梁端模

端模采用18mm厚光面竹膠板拼裝，上面根據(jù)每塊節(jié)段處鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道打孔，設(shè)豎向方木固定。施工過(guò)程中，對(duì)每個(gè)預(yù)應(yīng)力預(yù)留孔位進(jìn)行編號(hào)，便于下節(jié)段現(xiàn)澆施工中快速準(zhǔn)確定位。

（3）箱梁內(nèi)模

內(nèi)模采用18mm厚的木工板和10＊10cm方木在模板加工廠分節(jié)段制作，通過(guò)吊車(chē)拼裝完成。內(nèi)模制作時(shí)，內(nèi)楞方木間距要求控制在30cm以?xún)?nèi)，確保內(nèi)模具有足夠的強(qiáng)度。

（4）箱梁側(cè)模

箱梁側(cè)模板及翼緣板采用定型鋼模板，安裝前由測(cè)量組每隔2m放出安裝邊線，然后由操作工人在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員的指導(dǎo)下彈出安裝墨線，將制作的定型鋼模板按照設(shè)計(jì)安裝方式安裝就位，并采用成型支架進(jìn)行加固。

（5）模板拆除

梁體砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度60%后開(kāi)始對(duì)箱梁側(cè)模、內(nèi)模進(jìn)行拆除，梁體砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%后開(kāi)始進(jìn)行張拉作業(yè)，預(yù)應(yīng)力體系張拉完成后，再進(jìn)行底模板及支架拆除作業(yè)。

模板拆除作業(yè)時(shí)應(yīng)注意混凝土芯部與表層、箱內(nèi)與箱外、表層溫度與環(huán)境溫度之差均不大于15℃，且能保證構(gòu)件棱角完整時(shí)方可拆除模板，氣溫急劇變化時(shí)不宜進(jìn)行拆模作業(yè)。

模板拆卸次序如下：

1）堵頭板拆卸：混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa后方可拆除，在拆卸過(guò)程中要注意保護(hù)不損壞鋼絞線。拆除后，將混凝土表面鑿毛。

2）外側(cè)模拆卸：松開(kāi)模板間連接螺栓，采用吊車(chē)分塊進(jìn)行拆除；在脫模過(guò)程中嚴(yán)格防止損壞混凝土。

3）內(nèi)模拆卸：內(nèi)模變截面模板均由木工板拼合而成，面板和腳手架拆散后從洞口抽出。

4）底模拆卸：整聯(lián)連續(xù)梁施工完成后，砂箱放砂，靠模板自重脫模。

3.6 鋼筋加工及安裝施工

所有鋼筋的加工、安裝和質(zhì)量驗(yàn)收等均嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖紙以及《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

鋼筋在加工廠加工成半成品后由載重汽車(chē)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，然后由汽車(chē)吊吊至施工作業(yè)面，按操作規(guī)程進(jìn)行鋼筋制安。

3.7 預(yù)應(yīng)力筋制作、安裝、張拉和灌漿封錨施工

縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa 的高強(qiáng)低松弛鋼絞線，公稱(chēng)直徑15.24mm，其技術(shù)條件應(yīng)符合ASTM A416-97的規(guī)定。管道形成采用塑料波紋管。錨具采用OVM圓塔形錨具及其它同類(lèi)產(chǎn)品，張拉設(shè)備采用與錨具配套的機(jī)具設(shè)備。

橫向預(yù)應(yīng)力鋼束管道形成采用72×23mm扁形塑料波紋管。錨具體系采用BM15-4扁形錨具。

鋼絞線、鋼筋、錨具（含連接器）、波紋管及張拉用千斤頂、電動(dòng)油泵及壓力表等需委托有相應(yīng)資質(zhì)的檢查單位定期進(jìn)行檢驗(yàn)及校驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可使用。

張拉鋼束在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%后進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備使用前應(yīng)先委托外單位校定，測(cè)定千斤頂、油表線性回歸方程，根據(jù)千斤頂?shù)膹埨τ?jì)算出壓力表讀數(shù)。各節(jié)段先張拉橫向束再縱向束，預(yù)施應(yīng)力采用雙控措施，預(yù)施應(yīng)力值以油壓表讀數(shù)為主，以預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核。

壓漿結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)對(duì)需封錨的錨具進(jìn)行封閉。應(yīng)先將錨具清洗干凈并對(duì)梁體混凝土鑿毛。利用錨墊板上安裝螺栓孔，擰入帶彎鉤螺栓，封錨鋼筋應(yīng)與之綁扎形成鋼筋骨架。

3.8 箱梁砼澆筑和養(yǎng)護(hù)

梁部主體采用C50砼，各種原材料水泥、粉煤灰、外加劑、砂子、石子均為當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)都滿足要求。

混凝土的澆筑采用連續(xù)整體澆筑。澆筑時(shí)采用水平分層的方法。水平分層厚度不大于30cm，先后兩層混凝土得間隔時(shí)間不超過(guò)混凝土初凝時(shí)間。澆筑的總原則為：先底板兩側(cè)，底板中間、再腹板、最后頂板，從兩端到中間，分層澆筑混凝土。

結(jié)語(yǔ)：

在橋梁施工中，采用鋼管柱和貝雷片做模板支撐體系，施工速度快、節(jié)省投資，經(jīng)濟(jì)效益明顯。