橋梁施工中承插型鍵槽式鋼管支架的應(yīng)用分析

文/黃閆晨、張振勇

1 項目實例和施工難點

1.1 工程概況

某工程是當(dāng)?shù)刂攸c建設(shè)項目，對于促進交通運輸和經(jīng)濟發(fā)展都有著極為重要的作用。整體向南沿線布設(shè)，和機場中的T1、T2 航站樓匝道連接，整體長度為4.763km，橋梁11 座，總長4.5km(含匝道)。主線高架橋的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)該使用預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，共18聯(lián)。該項目中應(yīng)用的是鍵槽式的鋼管支撐結(jié)構(gòu)體系，可以大大提升工程的安全性和質(zhì)量水平，滿足項目施工需要[1]。

1.2 項目實施特點與難點

1.2.1 橋梁建設(shè)規(guī)模大，施工工藝復(fù)雜

橋梁總體長度為4.5km，包含匝道在內(nèi)，有11 座橋梁，施工量巨大，并且該主線高架橋的第17 聯(lián)是跨越磁浮快線橋項目，墩身結(jié)構(gòu)高度為16m，強磁的條件下施工空間比較小，工藝也比較復(fù)雜。

1.2.2 氣候環(huán)境惡劣，工期緊張

該橋梁所處地區(qū)為亞熱地濕潤氣候條件，全年雨量充足，4～7月多雨，年均降雨量1422.4mm。在施工環(huán)節(jié)遭遇到50a 一遇的特大性暴雨，使得高架橋項目的施工難以順利進行。對于工程中的實施難點來說，為了消除不良天氣所帶來的影響，使項目可以順利進行，確定使用承插型鍵槽式臨時支撐結(jié)構(gòu)，按照項目的施工質(zhì)量要求，結(jié)合支撐體系選擇最佳的施工方式，從而保證整個工程施工更加安全、穩(wěn)定。

2 項目支撐體系設(shè)計

2.1 鍵槽式鋼管支架

鍵槽式鋼管支架是現(xiàn)代社會中非常重要的一種支撐結(jié)構(gòu)體系，其體系的穩(wěn)定性比較強，還存在多個方面的支撐，穩(wěn)定性比較高。水平桿兩側(cè)應(yīng)該設(shè)置插頭結(jié)構(gòu)，立桿應(yīng)該焊接插座，且保持二者的承插連接，達到“榫卯”結(jié)構(gòu)的要求，保持穩(wěn)定性。搭建環(huán)節(jié)不使用緊固扣件，自穩(wěn)性能好且拆裝更加方便。鍵槽鋼管支架在設(shè)置臨時支撐體系時，應(yīng)與頂層橫桿設(shè)置為主龍骨，同時可以適當(dāng)減少方木使用量。與傳統(tǒng)腳手架結(jié)構(gòu)形式對比分析，該結(jié)構(gòu)形式可以達到管件合一，能夠消除自由段部分，且自鎖能力更強，力學(xué)強度、穩(wěn)定性都比較高，并且立桿、橫桿間隔距離相對較大，桿件使用量比較少。根據(jù)實際情況可知，鍵槽式鋼管支架具備如下優(yōu)勢：

2.1.1 多功能頂撐，消除自由端

架體頂部應(yīng)用的是多功能頂撐來替代傳統(tǒng)頂托結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不能直接連接水平桿，但能夠?qū)崿F(xiàn)水平斜桿、豎向斜桿的連接，可以組合成為幾何穩(wěn)定性較強的結(jié)構(gòu)體系。與傳統(tǒng)支架結(jié)構(gòu)對比分析，承載性能提升50%以上，結(jié)構(gòu)性能比較強。

2.1.2 斜桿設(shè)置安全靈活

斜桿設(shè)置要保證其模板結(jié)構(gòu)達到標準化的要求，同時還應(yīng)該保證扣件更加靈活。承插型鍵槽模板結(jié)構(gòu)可以通過在立體位置上設(shè)置斜桿來達到穩(wěn)定性的要求；同時，還應(yīng)該布置節(jié)點防崩脫結(jié)構(gòu)，在達到安全性的基礎(chǔ)上，降低施工成本。

2.1.3 “榫卯”結(jié)構(gòu)安全快速

鍵槽鋼管結(jié)構(gòu)形式充分發(fā)揮出了我國古代建筑“榫卯”結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，可以達到較強的自鎖性能，成為管件合一的形式，節(jié)點剛性較強，具備較高的穩(wěn)定性。

2.1.4 通用性強

鍵槽鋼管結(jié)構(gòu)可以達到標準要求，立桿和水平桿總計包含0.4m、1.1m、2.1m 與0.6m、0.9m、1.2m 等6種規(guī)格，能夠滿足多種建筑結(jié)構(gòu)施工要求，且符合美觀性、規(guī)范性的要求[2]。

2.2 承插型鍵槽式鋼管支架設(shè)計與布置

2.2.1 鍵槽式鋼管支架設(shè)計

在該機場交通項目建設(shè)階段，鍵槽式鋼管支架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)置間距為：橫與順橋方向下間隔距離90cm，腹板和中隔墻的位置上應(yīng)該增大設(shè)置密度，橫順橋間隔距離應(yīng)該設(shè)定為60cm。為了滿足陰雨天氣的正常使用要求，確保工程的質(zhì)量，可以使用木塑模板和木塑工字梁來替換傳統(tǒng)的木質(zhì)結(jié)構(gòu)形式，同時鍵槽上部鋼管需要設(shè)置多功能支撐結(jié)構(gòu)，上部橫橋方向中設(shè)置100mm×100mm 方木(φ48 鋼管)，然后沿著順橋向設(shè)置60mm×100mm 木塑工字梁，最后在木塑工字梁上部設(shè)置15mm 厚木塑模板，并將其作為底模與側(cè)模的部分?；炷料淞簝蓚?cè)翼板應(yīng)該按照要求布置分荷梁，其中還需要在縱向上設(shè)置2 根墊梁。

2.2.2 鍵槽式鋼管支架布置

根據(jù)鍵槽式鋼管支架施工方案布置：順橋向立桿間距90cm、梁端間距60cm，橫橋向立桿間距90cm、腹板間距60cm，可以使整個支架結(jié)構(gòu)組合成為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體。鍵槽式鋼管支架的設(shè)置要嚴格按照要求進行橫縱間隔距離的確定，并在剪刀撐的位置上做如下布置：豎向剪刀撐，在整個長度中進行設(shè)置時，中間部分應(yīng)從底部連續(xù)布置，且間隔距離控制在4.5m 以下，鋼管長度控制在6m 以下，并與地面保持45°～60°，每個斜桿都要和立桿穩(wěn)定連接；水平剪刀撐，支架頂、底部的位置上都要設(shè)置一層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，且中間的間隔距離應(yīng)該確定在4.8m 以下，間隔4 步就要布置一層結(jié)構(gòu)；剪刀撐搭接長度需要控制在1m 以下，每個結(jié)構(gòu)部分設(shè)置3 個以上的扣件，并保證其和端部距離在100mm 以下，每個部分都要和立桿穩(wěn)定連接；支架與墩柱的連接要達到穩(wěn)定性的要求，斷面兩側(cè)翼緣板梁高的施工范圍應(yīng)該確定間距為0.6m，翼緣板圓弧位置應(yīng)該適當(dāng)增加剪刀撐結(jié)構(gòu)。

3 支架承載力驗算及施工要求

3.1 鍵槽式鋼管支架試驗研究

鍵槽式鋼管支架結(jié)構(gòu)的受力比較多，且其與扣件鋼管腳手架的結(jié)構(gòu)形式基本相同，節(jié)點也屬于半剛性節(jié)點的形式，因而鍵槽式支架在節(jié)點上受力更加合理。在整體架構(gòu)分析的過程中，該項目所應(yīng)用的是半剛性框架結(jié)構(gòu)形式，并進行整體試驗分析確定，鍵槽支架支點可以達到轉(zhuǎn)動的效果；另外，還要對其進行穩(wěn)定性分析。

3.1.1 足尺整架試驗

選擇使用平衡加載的試驗方式，在頂部設(shè)置雙層分配梁體結(jié)構(gòu)和兩臺千斤頂，同時還要保持受力均勻，兩側(cè)施加力要對稱進行。

3.1.2 鋼管材料性能試驗

為了使鋼管支架結(jié)構(gòu)的材料符合標準要求，應(yīng)對材料性能進行檢測。隨機選擇工程中所需要使用的鋼管作為試樣，同時加工成為縱向弧的形式，數(shù)量為3個，將其放置在萬能試驗機上做拉伸試驗[3]。經(jīng)試驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，承插鍵槽的鋼管支架結(jié)構(gòu)性能符合標準要求，能夠滿足工程的施工需要。

3.1.2.1 鍵槽式鋼管支架經(jīng)濟實用性分析

3.1.2.1.1 支撐體系應(yīng)用效果

在該大型項目的施工過程中，應(yīng)用鍵槽式鋼管支撐結(jié)構(gòu)體系能夠達到安全性、穩(wěn)定性的要求，且施工方便快捷，還可以節(jié)約木材，降低施工成本。對比分析發(fā)現(xiàn)，承插型鍵槽支架要比碗扣支架形式節(jié)約材料成本在30%以上，且整個結(jié)構(gòu)形式的承載性能比較大。

3.1.2.1.2 基本性能分析

本文具體從構(gòu)件、節(jié)點、架體等方面進行分析，了解鍵槽支架和鋼管扣件，分析腳手架性能。通過分析發(fā)現(xiàn)，鍵槽式支架形式的標準化、穩(wěn)定性較強，承載性能較高，且操作方便，能夠滿足工程的施工需要。

3.1.2.1.3 經(jīng)濟可行性分析

承插型鍵槽式鋼管支架是一種大型空間的腳手架較高形式，跨距0.9m×0.9m，最大可至1.2m×1.2m，要遠遠超過碗扣腳手架的0.6m×0.9m 跨距，相同規(guī)格形式的重量也比較小。在同等高度、同樣面積的條件下，和腳手架進行對比分析，發(fā)現(xiàn)其比3 類支模結(jié)構(gòu)形式的成本方面存在如下的差異：鍵槽鋼管支架結(jié)構(gòu)形式中，支架體系所應(yīng)用的構(gòu)件數(shù)量和盤扣式模架有著非常大的區(qū)別，且遠遠低于碗口模架的結(jié)構(gòu)形式，鍵槽鋼管的支架需要的總體租賃費用為0.02 元/(m·d)，每1m2只要10.15 元的成本，成本較低，性價比最高。通過全面對比分析發(fā)現(xiàn)，承插型鍵槽支架結(jié)構(gòu)形式要比鋼管扣件、碗扣支撐架結(jié)構(gòu)形式的成本節(jié)約30%以上的材料與工時，同時結(jié)構(gòu)性能也能得到有效的提升，滿足工程的正常施工需要。

4 結(jié)語

本文主要以某機場大型的橋梁工程項目進行分析，研究分析了新型模架結(jié)構(gòu)形式所產(chǎn)生的積極效果，分析承插型鍵槽結(jié)構(gòu)在高架橋結(jié)構(gòu)項目中所產(chǎn)生的積極作用。結(jié)合項目的實際情況，選擇承插型鍵槽鋼管支架形式，分析該支架形式的特點、穩(wěn)定性、成本等方面。根據(jù)實際研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用該種結(jié)構(gòu)形式的支撐結(jié)構(gòu)體系，可以達到正常的使用需要，并且該模架結(jié)構(gòu)形式操作簡單、施工效率高、通用性比較強，同時還具備非常高的性價比，能夠全面提高高架橋的施工效果。但是在實踐中，工作人員還需要結(jié)合工程的具體情況做好支撐結(jié)構(gòu)體系的處理，保證各個結(jié)構(gòu)部分的連接性能達標，以滿足工程的施工穩(wěn)定性、安全性的要求，提高支撐結(jié)構(gòu)的整體性能，滿足高架橋施工項目的標準要求。