雙肢墩大懸臂蓋梁支架設(shè)計(jì)及施工研究

孫凡 SUN Fan

（中鐵二十五局集團(tuán)第四工程有限公司，柳州545007）

1 工程概況及重點(diǎn)及難點(diǎn)

昆楚高速公路3標(biāo)段共有大橋12座，設(shè)計(jì)有雙肢墩墩頂大懸臂預(yù)應(yīng)力砼蓋梁37個(gè)，該類(lèi)型蓋梁設(shè)計(jì)尺寸為長(zhǎng)15.9m，寬2.1m，高1.9m。兩側(cè)懸臂長(zhǎng)5.1m，單個(gè)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(cè)懸臂長(zhǎng)及斷面尺寸大等特點(diǎn)。因橋墩高，施工安裝作業(yè)困難；懸臂長(zhǎng)，對(duì)支架承受彎矩的能力要求高。故，蓋梁支架的設(shè)計(jì)及施工為本項(xiàng)目橋梁工程施工的技術(shù)重難點(diǎn)。雙肢墩蓋梁支架方案設(shè)計(jì)需先進(jìn)、合理、安全、可靠。且因本項(xiàng)目此類(lèi)型蓋梁多達(dá)37個(gè)，對(duì)支架成本的控制可取得很好的經(jīng)濟(jì)效果，所以進(jìn)行支架方案設(shè)計(jì)時(shí)，施工成本的控制效果也作為重點(diǎn)考慮要素。

2 雙肢墩大懸臂蓋梁支架設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目進(jìn)行方案初步比選。對(duì)各類(lèi)蓋梁支架方案進(jìn)行了技術(shù)、安全及經(jīng)濟(jì)方面的綜合評(píng)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(qiáng)度不足的問(wèn)題，經(jīng)承載驗(yàn)算，采用了墩頂設(shè)兩根通長(zhǎng)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(xiāo)接長(zhǎng)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(yè)量也較大，施工時(shí)間長(zhǎng)；且本項(xiàng)目需租賃貝雷桁架的時(shí)間長(zhǎng)，租賃成本高。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的比選，沿蓋梁長(zhǎng)度方向承載主梁采用承受彎矩能力強(qiáng)、變形撓度小、施工簡(jiǎn)單的工字鋼。

經(jīng)承載驗(yàn)證及方案優(yōu)化，蓋梁支架系統(tǒng)由下至上的結(jié)構(gòu)形式為：直徑110mm的高強(qiáng)鋼棒、[30a槽鋼墊梁、鋼砂筒、18m長(zhǎng)雙排雙層I45b工字鋼主梁、[16a槽鋼縱梁。結(jié)構(gòu)形式如圖1、圖2所示。

圖1 大懸臂蓋梁支架結(jié)構(gòu)正立面圖

圖2 大懸臂蓋梁支架結(jié)構(gòu)正立面圖

支架鋼棒采用直徑110mm的高強(qiáng)鋼棒，長(zhǎng)度為280cm，每肢橋墩墩頂部設(shè)置2根鋼棒，鋼棒順橋向于墩中心兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置，中心距為60cm。

鋼棒上臥式擺放長(zhǎng)度為120cm的[30a槽鋼墊梁，以形成放置鋼砂箱的平臺(tái)。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(zhǎng)度為400cm，以形在兩側(cè)可設(shè)置寬度不少于80cm的作業(yè)平臺(tái)。

3 施工方法及技術(shù)措施

3.1 預(yù)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(shù)代上入式，計(jì)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）?？锥床捎妙A(yù)埋硬質(zhì)PVC管（φ130mm）形成，孔洞對(duì)稱于墩身軸線兩側(cè)設(shè)立，且距墩身外緣超過(guò)0.5m。安裝時(shí)調(diào)整墩身主筋及箍筋間距，確?？锥炊ㄎ粶?zhǔn)確，其高度誤差控制在5mm以內(nèi)。并在孔洞周邊加設(shè)“井”字型加強(qiáng)筋，砼澆筑時(shí)加強(qiáng)孔洞周邊砼的振搗，確保密實(shí)。

3.2 鋼棒及砂筒

蓋梁鋼棒采用直徑110mm的高強(qiáng)（Q345材質(zhì)）鋼棒，為防止鋼棒由于周轉(zhuǎn)次數(shù)過(guò)多而產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，采用新購(gòu)鋼棒，鋼棒生產(chǎn)廠家需提供產(chǎn)品合格證、質(zhì)量保證書(shū)、檢測(cè)合格證書(shū)等證明文件，確認(rèn)材料質(zhì)量無(wú)問(wèn)題，且在使用前采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)。鋼棒采用墩身施工所用的塔吊或是汽吊吊裝入孔，每個(gè)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(zhǎng)度一致并固定后方可進(jìn)行支架安裝。

每肢墩身上設(shè)兩根鋼棒，鋼棒頂端臥式放置一條[30a槽鋼墊梁，長(zhǎng)度120cm，墊梁上放置兩個(gè)高度可調(diào)節(jié)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(cè)的4個(gè)砂筒焊接成一個(gè)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(zhǎng)度為18m，由廠家加工和焊接接長(zhǎng)，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(jìn)行連接固定，以增強(qiáng)工字鋼整體的穩(wěn)定性。橫梁采用塔吊逐根吊裝至鋼棒上，為防止工字鋼側(cè)翻，在工字鋼適當(dāng)位置焊接門(mén)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(jìn)行臨時(shí)的連接固定，將單側(cè)工字鋼放置穩(wěn)定后，摘下吊裝設(shè)備的掛鉤，然后安裝另一側(cè)的工字鋼，兩側(cè)工字鋼就位后，用精軋螺紋鋼對(duì)拉緊固。單層工字鋼對(duì)拉精軋螺紋鋼設(shè)置7道，精軋螺紋鋼直徑25mm，分別于單肢墩身兩側(cè)、雙肢墩身中間設(shè)置一道，橫梁外端各設(shè)置一道。對(duì)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(gòu)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(zhǎng)度不小于10cm，焊縫凈距不大于20cm。

構(gòu)造加勁肋間距500mm，鋼棒支撐處局部加強(qiáng)加勁肋間距為50mm，加勁肋厚度10mm，焊縫高度5mm的連續(xù)焊縫，每個(gè)支點(diǎn)處設(shè)4道局部補(bǔ)強(qiáng)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(shè)，長(zhǎng)度400cm，以滿足蓋梁兩側(cè)設(shè)置寬度不小于80cm作業(yè)平臺(tái)的要求。縱梁工字鋼與橫梁工字鋼之間采取點(diǎn)焊固定。

3.5 作業(yè)平臺(tái)

橫橋向操作平臺(tái)用L75×L75×6及L50×L50×6的角鋼在地面上加工，用兩長(zhǎng)兩短的四根L75角鋼制作間距80cm、長(zhǎng)度6m的平臺(tái)底座，上滿鋪防滑鋼板，用四根L50角鋼作為扶手立柱，橫向設(shè)置兩道L50角鋼作為扶手，立柱間距2m，護(hù)欄高度不低于1.2m，采用雙面焊接，單片操作平臺(tái)長(zhǎng)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(tái)位移，U型螺栓2m設(shè)置一道，每道內(nèi)側(cè)和外側(cè)各設(shè)置一道。

縱橋向操作平臺(tái)制作方法與橫橋向相同，縱向平臺(tái)寬度為80cm、長(zhǎng)度為400cm，直接將操作平臺(tái)安裝在雙拼I45a工字鋼橫梁上，與橫橋向操作平臺(tái)焊接加固。操作平臺(tái)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(nèi)側(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)示意圖

4 支架安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施

為了確保施工安全，在蓋梁施工期間，對(duì)支架安全狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

①監(jiān)測(cè)對(duì)象：蓋梁施工支架體系。

②監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：對(duì)蓋梁支架體系在混凝土澆筑過(guò)程中的變形及焊縫質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

③監(jiān)測(cè)點(diǎn)：在蓋梁支架懸臂端和跨中位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

④監(jiān)測(cè)方法：由項(xiàng)目部派專(zhuān)人進(jìn)行蓋梁支架監(jiān)測(cè)工作，采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形測(cè)量，同時(shí)對(duì)蓋梁支架焊縫質(zhì)量、型鋼變形等進(jìn)行外觀檢查，對(duì)每次的監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量，采取表格形式進(jìn)行詳細(xì)記錄，記錄蓋梁支架在混凝土澆筑各節(jié)段各測(cè)點(diǎn)變形等數(shù)據(jù)。

⑤監(jiān)測(cè)頻率：在混凝土澆筑前測(cè)蓋梁支架各側(cè)點(diǎn)初始值，然后在蓋梁混凝土澆筑的50%、75%、100%時(shí)測(cè)量蓋梁支架各測(cè)點(diǎn)的變形值。

⑥監(jiān)測(cè)報(bào)警值：根據(jù)支架簡(jiǎn)算分析的最大變形值進(jìn)行下個(gè)蓋梁澆筑時(shí)的撓度控制依據(jù)。

5 雙肢墩蓋梁支架承載計(jì)算

5.1 荷載信息

蓋梁砼荷載：蓋梁全長(zhǎng)取最不利橫截面（梁寬2.1m，梁高1.9m）進(jìn)行計(jì)算?；炷寥葜?6kN/m3。

活荷載：模板及支架其支架荷載經(jīng)計(jì)算得3kPa/m2；施工人、料、機(jī)對(duì)底板產(chǎn)生的荷載按2.5kPa/m2取值；振搗沖擊對(duì)底板荷載按2.0kPa/m2取值。

5.2 材料力學(xué)參數(shù)

本項(xiàng)目橫梁、縱梁采用Q235材質(zhì)，其材料力學(xué)參數(shù)為：彈性模量E=206000MPa；剪變模量G=79000MPa；質(zhì)量密度ρ=7850kg/m3；屈服強(qiáng)度f(wàn)=345MPa；抗拉、壓、彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=215MPa；抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]=125MPa。

鋼棒均采用Q345材質(zhì)，抗拉、壓、彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=310MPa；抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]=180MPa。

5.3 計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果

5.3.1 [16a槽鋼縱梁

[16a槽鋼截面特性為：

將槽鋼縱梁簡(jiǎn)化承受線性荷載的簡(jiǎn)支梁，計(jì)算模型及承受的線性荷載計(jì)算值如圖4所示。

圖4 [16a槽鋼縱梁承載驗(yàn)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(jiǎn)化成承受線性均布荷載的簡(jiǎn)支梁。計(jì)算模型及承受的線性荷載計(jì)算值如圖5所示。

圖5 I45b工字鋼橫梁承載驗(yàn)算模型

5.4 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)圖4、圖5的模型及線性荷載的計(jì)算值，采用清華大學(xué)的“結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器”計(jì)算得縱梁、橫梁承載驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。

表1 縱梁、橫梁承載驗(yàn)算結(jié)果表

5.5 鋼棒檢算

鋼棒作為主要承重構(gòu)件，承受來(lái)自上部支架結(jié)構(gòu)的全部荷載，為保證安全穩(wěn)定，對(duì)鋼棒的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。

鋼棒承受的荷載結(jié)合工字鋼承受荷載加工字鋼自重荷載經(jīng)計(jì)算得W=1857.3kN。

故最單個(gè)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(jù)剪應(yīng)力公式可以得出剪切應(yīng)力：

結(jié)論：從上面的計(jì)算可以看出，整個(gè)支架結(jié)構(gòu)的主要承載構(gòu)件均滿足承載力要求，故結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

6 結(jié)束語(yǔ)

該工法在本項(xiàng)目雙肢墩大懸臂蓋梁澆筑中得到了較好的使用。37個(gè)此類(lèi)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(zhuǎn)使用，還節(jié)省了大量材料、降低了施工成本。該工法克服了落地支架對(duì)地基承載力及現(xiàn)場(chǎng)施工條件要求高的缺點(diǎn)，適用于高墩、大懸臂或是對(duì)支架承受彎矩能力要求高的蓋梁等結(jié)構(gòu)施工。