市政公路橋梁現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)大量專家學者結(jié)合實際項目，對現(xiàn)澆蓋梁模板體系進行研究分析，開發(fā)了多種低消耗、短工期的現(xiàn)澆蓋梁模板體系。

房毅等[1]結(jié)合清遠市某高速公路項目，分析蓋梁施工環(huán)節(jié)中承重結(jié)構(gòu)，闡述大跨度預應力現(xiàn)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(xiàn)澆蓋梁支架施工方案的確定以及施工技術(shù)要點進行深入探討，將現(xiàn)澆蓋梁支架施工選型和工程實際環(huán)境、工期質(zhì)量和成本要求進行深度關聯(lián)。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(tǒng)進行受力分析，成功解決大跨度高墩蓋梁施工難題。邵聯(lián)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(yōu)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(yōu)化，對整套施工技術(shù)要點進行詳細論述。

不同于國內(nèi)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(jié)合數(shù)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(wěn)定性進行研究，通過數(shù)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(wěn)定承載力。

歸結(jié)以上研究成果，目前蓋梁現(xiàn)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(xiàn)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(jié)了其各自的優(yōu)缺點和適應場所，結(jié)合現(xiàn)場工況制定安全經(jīng)濟可行的施工方案，以獲取較好的經(jīng)濟效益。

1 常見蓋梁模板體系

目前，根據(jù)受力體系，我國城市高架橋梁現(xiàn)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(gòu)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(zhì)量和施工荷載，實現(xiàn)蓋梁現(xiàn)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(wěn)定性，型鋼立柱鋼管之間一般設置斜撐，避免立柱失穩(wěn)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(jié)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(cè)模安裝→混凝土澆筑、養(yǎng)護→拆模、拆支架。

1.2 抱箍法

1.2.1 支撐體系構(gòu)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(chǎn)生靜摩擦力來克服臨時設施及蓋梁的質(zhì)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(jù)柱間距和蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸，選擇2根適當型號的工字鋼架設在抱箍兩側(cè)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(shù)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(cè)模、端模安裝→混凝土澆筑、養(yǎng)護→拆?！鸨Ч?。

1.3 銷棒法

1.3.1 支撐體系構(gòu)成

銷棒法現(xiàn)澆蓋梁施工是通過橫穿墩柱的高強銷棒將蓋梁質(zhì)量、模板質(zhì)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(gòu)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(wěn)定性，經(jīng)常在墩柱上設置抱箍、斜撐，與墩柱、主梁形成三角系統(tǒng)。

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(xiàn)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(cè)模、端模安裝→混凝土澆筑、養(yǎng)護→拆模→拆銷棒。

2 現(xiàn)澆蓋梁模板工藝比較

基于以上3種現(xiàn)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)生的荷載由墩柱承受，常規(guī)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(zhì)量；抱箍法施工需要在墩柱上安設抱箍，其外觀質(zhì)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(nèi)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(zhì)量需要進行后期處理。

2.7 適用環(huán)境

型鋼支架法由于需要周邊地基施工，對環(huán)境條件有所限制，并不適用于橋下有流水區(qū)域，當?shù)靥幗煌ǚ泵^(qū)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(qū)域主要位于墩柱上部，對周圍環(huán)境依賴性小，適用于各類嚴苛環(huán)境。表1對3種模板體系施工優(yōu)缺點進行了歸納總結(jié)。

表1 現(xiàn)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(qū)和奉賢區(qū)，北起周鄧公路，南接規(guī)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(yī)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(jié)構(gòu)，其他均為現(xiàn)澆蓋梁結(jié)構(gòu)。

圖4 S3公路地理位置

3.2 施工工況分析

3.2.1 蓋梁結(jié)構(gòu)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(qū)、二工區(qū)、三工區(qū)及立交區(qū)4個標段。其中一工區(qū)、二工區(qū)位于郊區(qū)，蓋梁施工可以提供寬闊的施工環(huán)境。立交區(qū)環(huán)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(xiàn)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(jié)構(gòu)自重、側(cè)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(gòu)造簡易，便于組裝和拆除，接縫緊密，易于施工。

3）統(tǒng)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(jié)果

綜合施工現(xiàn)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(qū)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(jié)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(zhì)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(yǎng)護也需要4 d左右。區(qū)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(nèi)。

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(xiàn)場也多次成功實施并行施工。

從2種工藝的現(xiàn)場應用效果，推斷得出現(xiàn)澆蓋梁施工中型鋼支架法和銷棒法不同的適應領域和發(fā)展?jié)摿Γ盒弯撝Ъ芊ㄟm應于郊區(qū)主線橋梁等工期要求不嚴，需要大體積蓋梁澆筑的施工環(huán)境；銷棒法適應于跨線橋、環(huán)狀立交等工期要求高，希望多點并行的施工環(huán)境或者人員、材料配置緊張的施工環(huán)境。

4 結(jié)語

項目應用效果表明，型鋼支架法和銷棒法都是目前優(yōu)秀的現(xiàn)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(qū)橋梁主線建設方面有廣闊的發(fā)展?jié)摿?；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(yōu)勢，未來更適用于跨線橋、環(huán)狀立交等領域。