鋼管立柱固定支架在現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用

孫朝賓 林建山

【摘 要】在路橋工程高墩和大跨度的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁施工過(guò)程中，采用鋼管立柱固定支架，具有工藝簡(jiǎn)單、承載力高等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可有效加快施工進(jìn)度。論文結(jié)合東風(fēng)大道改造二期工程實(shí)例，介紹鋼管立柱固定支架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，施工控制技術(shù)、要點(diǎn)及難點(diǎn)，探索鋼管立柱固定支架在現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用。

【Abstract】 In the construction of cast-in-place prestressed continuous box girder of high pier and large-span in road and bridge project， adopting the steel pipe column fixed bracket has the advantages of simple process and high bearing capacity， and can it effectively speed up the construction progress. According to the project of the second phase of Dongfeng road renovation， this paper introduces the structure form， construction control technology， key points and difficulties of the steel pipe column fixed support system， and explores the application of steel pipe column fixed support in cast-in-place box girder construction.

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)澆箱梁；鋼管立柱固定支架；設(shè)計(jì)；計(jì)算；搭設(shè)；拆除

【Keywords】cast-in-place box girder； steel pipe column fixed bracket； design； calculation； erection； demolition

【中圖分類(lèi)號(hào)】U445.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）11-0160-04

1 引言

近年來(lái)，隨著高架橋的迅速發(fā)展，高架橋現(xiàn)澆箱梁支架施工質(zhì)量的好壞對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性能影響很大，對(duì)工程的整體進(jìn)展制約很大?，F(xiàn)以武漢東風(fēng)大道快速化改造二期高架橋高墩現(xiàn)澆箱梁施工為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，詳述鋼管立柱固定支架整體現(xiàn)澆箱梁的施工工藝。采用鋼管立柱固定支架施工不僅施工簡(jiǎn)便、速度快，而且具有施工安全、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能取得良好的效益，可為類(lèi)似工程的施工提供借鑒。

2 工程概況

東風(fēng)大道快速化改造二期工程北起武漢民營(yíng)科技工業(yè)園附近，路線全長(zhǎng)7.45公里，主線高架橋全長(zhǎng)約7.124公里，全橋共50聯(lián)，190孔梁。其中鋼箱梁5聯(lián)，17孔；砼梁45聯(lián)，全橋砼箱梁采用固定支架方案實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)跨徑4×35m，凈高2.2m，凈寬33m，每跨砼1014.6m3。

3 方案的選定

結(jié)合本橋大規(guī)?，F(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)工程的施工需求，考慮第三、四、五聯(lián)平均墩高近25m，不宜采用滿堂式腳手架。同時(shí)，因本橋橋面寬度33m，移動(dòng)模架及掛籃施工等方法在本橋中缺乏通用性。經(jīng)多方面比對(duì)，最終確定本橋采用鋼管立柱固定支架系統(tǒng)。鋼管立柱固定支架優(yōu)點(diǎn)明顯：適用于高墩、大跨度現(xiàn)澆箱梁施工；承載力高、穩(wěn)定性好；結(jié)構(gòu)剛?cè)峤Y(jié)合，抗沖擊性強(qiáng)；構(gòu)件數(shù)量少，施工簡(jiǎn)單，安全風(fēng)險(xiǎn)??；施工速度快，工期短；地基處理費(fèi)用低，支架總成本較低。

4 支架設(shè)計(jì)方案

4.1 設(shè)計(jì)方案

因本橋最大墩高處于第三、四、五聯(lián)，方案設(shè)計(jì)及施工驗(yàn)算均以第五聯(lián)為例，第五聯(lián)第一段連續(xù)梁鋼管立柱固定支架模板主要由條形基礎(chǔ)、鋼管立柱、聯(lián)結(jié)系、鋼楔塊、2工45c型鋼橫梁、工28a型鋼橫梁、底模、側(cè)模等組成。支架傳力途徑：模板→工28a型鋼縱梁→2工45a型鋼橫梁→鋼楔塊→鋼管立柱及連接系→條形基礎(chǔ)，具體見(jiàn)圖1、圖2。

4.2 計(jì)算荷載及工況

4.2.1 計(jì)算荷載

常規(guī)荷載：①支架結(jié)構(gòu)自重；②現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱梁荷載?？紤]模板及振搗荷載，將箱梁混凝土重量乘以1.1系數(shù)。偶然荷載：③工作狀態(tài)風(fēng)荷載，工作風(fēng)荷載6級(jí)，風(fēng)速V=13.8m/s；④非工作狀態(tài)風(fēng)荷載，非工作風(fēng)取50年一遇的基本風(fēng)速V=23.9m/s。

4.2.2 計(jì)算工況

根據(jù)砼箱梁施工步驟，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下兩個(gè)工況的受力分析：工況一，連續(xù)梁現(xiàn)澆工況荷載組合為：①+②+③；工況二，支架拼好未現(xiàn)澆，遭遇非工作風(fēng)工況荷載組合為：①+④。工況一主要計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力以及整體穩(wěn)定性的計(jì)算；工況二計(jì)算支架在非工作風(fēng)荷載作用下基礎(chǔ)反力及連接系的應(yīng)力。

4.3 模型的建立

模型采用midas2013建立，支架結(jié)構(gòu)均采用梁?jiǎn)卧▓D3）。荷載：結(jié)構(gòu)自重模型自動(dòng)加載；現(xiàn)澆混凝土箱梁荷載按梁?jiǎn)卧奢d加載在縱梁上，風(fēng)荷載對(duì)立柱及連接系以梁?jiǎn)卧奢d加載在立柱及連接系上，對(duì)模板及縱梁的作用作為集中荷載加載至各橫梁的迎風(fēng)面端部。邊界條件：在支架立柱底部約束X、Y、Z方向位移。

4.3.1 縱梁計(jì)算

縱梁采用工28型鋼，經(jīng)計(jì)算，縱梁的最大軸力Nmax=0.7kN、最大剪力Qmax=105.9kN、最大彎矩Mmax=50.1kN.m。

縱梁強(qiáng)度滿足要求?？v梁最大豎向位移f=7.2mm<3000/400=7.5mm，故縱梁強(qiáng)度及剛度均滿足要求。

4.3.2 橫梁計(jì)算

橫梁為2工45c型鋼，左右幅各一根。通過(guò)模型計(jì)算橫梁的最大內(nèi)力：剪力Qmax=403.7kN；彎矩Mmax=327.2kN.m。

橫梁兩端懸臂最大豎向位移f=6.1mm<1600/200=8.0mm；兩立柱中間最大豎向位移f=7.87mm<5000/400=12.5mm。故橫梁強(qiáng)度及剛度均滿足要求。

4.3.3 支架立柱

支架立柱Φ630×12mm鋼管，不同高度的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段組拼而成。

立柱的最大軸力Nmax=706.1kN；彎矩Mmax=30.0kN.m。

支架立柱為彎矩作用在對(duì)稱(chēng)軸平面內(nèi)實(shí)腹式壓彎構(gòu)件。需要滿足以下條件：

4.3.5 支架穩(wěn)定性計(jì)算

支架穩(wěn)定性計(jì)算主要是工況一的屈曲穩(wěn)定和工況二的基礎(chǔ)的反力。對(duì)工況一的模型進(jìn)行屈曲分析，屈曲系數(shù)為9.48>4，滿足施工要求。工況二下支架各支點(diǎn)反力大小均為正，未出現(xiàn)負(fù)反力。表示在非工作風(fēng)荷載作用下支架安全。由此得出對(duì)構(gòu)件以上兩種工況的分析和計(jì)算，結(jié)構(gòu)各構(gòu)件均滿足要求；穩(wěn)定性也滿足要求[1]。

5 支架搭設(shè)

5.1 工序流程

支架搭設(shè)主要工序流程：地基處理→基礎(chǔ)施工→鋼管立柱安裝→鋼楔塊安裝→橫縱梁安裝→底模及側(cè)模安裝→預(yù)壓→沉降觀測(cè)。

5.2 地基處理

本工程主線高架橋位于武漢市東風(fēng)大道上，面層為厚度7cm瀝青混凝土路面，基層以水泥穩(wěn)定碎石為主，其承載力按公-I標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估取值，可滿足支架搭設(shè)及受力要求。原路面縱橫向坡度保持良好，滿足排水要求。

5.3 基礎(chǔ)施工

基礎(chǔ)采用C30混凝土條形基礎(chǔ)，等高寬段基礎(chǔ)尺寸2.0m×1.0m×0.8m。施工基礎(chǔ)時(shí)在混凝土面預(yù)埋鋼板及螺栓，混凝土澆筑前控制好預(yù)埋鋼板的標(biāo)高。

5.4 鋼管立柱安裝

鋼管立柱截面為Φ630×8mm，高度有七種類(lèi)型，分別為4.0m、2.0m、1.0m、0.5m、0.4m、0.3m和0.2m。鋼管柱豎向采用法蘭連接。鋼管立柱上設(shè)置法蘭，通過(guò)法蘭與連接系相連。選擇25T汽車(chē)吊對(duì)鋼管立柱進(jìn)行吊裝，就位后，復(fù)核鋼管柱軸線，不斷調(diào)整到準(zhǔn)確位置，鋼柱垂直度采用鋼絲繩不斷收放調(diào)整，采用相互垂直方向進(jìn)行校正（一方使用全站儀，一方使用鉛垂線）；鋼管立柱安裝到位后，復(fù)核頂面高程，并用鋼管與連接系進(jìn)行連接加固直到鋼管立柱穩(wěn)定為止。

5.5 楔塊安裝

鋼管柱頂標(biāo)高調(diào)整完成后安裝鋼楔塊，鋼楔塊頂標(biāo)高根據(jù)梁底標(biāo)高反算，安裝標(biāo)高誤差控制在±5mm以內(nèi)，局部標(biāo)高調(diào)整不到位的用鋼板抄墊。

5.6 橫縱梁安裝

橫縱梁的加工制作必須保證順直，平整，不得有翹曲，扭轉(zhuǎn)?？v梁短邊兩個(gè)面必須保證平整，橫梁短邊至少保證一個(gè)面平整；橫梁鋪設(shè)前，在鋼管柱頂經(jīng)測(cè)量放線做出標(biāo)記，橫梁按標(biāo)記位置擺設(shè)。橫梁鋪設(shè)完成，經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行縱梁底模系統(tǒng)的吊裝。吊裝前在橫梁上精確標(biāo)出縱梁位置，用吊機(jī)依次從中間向兩邊吊裝縱梁底模系統(tǒng)；柱頂橫向分配梁安裝完成，標(biāo)高調(diào)整到位后即安裝底模。底模采用勁性鋼模板，直接置于縱向分配梁上，并與分段縱梁焊接成整體，形成的各分塊大小4m×6m。底模面板為采用d=6mm鋼板，加勁肋采用[10槽鋼。每塊之間用銷(xiāo)軸連接[2]。

5.7 預(yù)壓

模板安裝完后應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓?？紤]施工安全及設(shè)計(jì)要求，預(yù)壓重量為箱梁自重的120%，并按預(yù)壓重量的60%、80%、100%分3級(jí)進(jìn)行加載。支架預(yù)壓主要采用堆集砂袋法預(yù)壓。結(jié)合梁體形式、梁寬及橋位周邊實(shí)際情況，布置好砂袋的分布位置，砂袋可采用普通編織袋，采用吊車(chē)吊裝就位。堆載步驟與混凝土澆筑順序一致，先中間后兩邊，對(duì)稱(chēng)布荷、逐跨推進(jìn)的原則。

5.8 沉降觀測(cè)

通過(guò)支架預(yù)壓消除支架的非彈性變形，觀測(cè)并收集其彈性變形數(shù)據(jù)，作為預(yù)拱度設(shè)置的參考值。預(yù)壓時(shí)，荷載按梁段各分區(qū)自重加施工荷載的60%、80%、100%逐級(jí)加載，測(cè)量人員應(yīng)做好每級(jí)加載觀測(cè)記錄，經(jīng)過(guò)分析后繪制出荷載與變形的關(guān)系曲線。采用鋼管柱支架時(shí)，加載后應(yīng)檢查各分配梁的變形，各連節(jié)點(diǎn)有無(wú)松動(dòng)、開(kāi)裂，各構(gòu)件是否密貼，鋼管柱基礎(chǔ)有無(wú)損壞、變形沉降等現(xiàn)象。

加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，并分別對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降進(jìn)行觀察記錄，在滿足安全的情況下，然后每間隔12小時(shí)由測(cè)量人員對(duì)支架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，沉降量平均值小于2mm時(shí)，可進(jìn)行下一級(jí)加載。當(dāng)全部預(yù)壓荷載施加完畢后，應(yīng)及時(shí)對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行檢測(cè)并記錄好數(shù)據(jù)，然后每間隔24小時(shí)以后再觀測(cè)一次，作好支架持荷時(shí)的各觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高記錄，計(jì)算沉降量，若24小時(shí)觀測(cè)結(jié)果不滿足要求，即再通過(guò)連續(xù)三天觀測(cè)沉降量。

卸載后，須及時(shí)觀測(cè)支架模板體系的回彈量，并繪出支架模板與荷載變化的關(guān)系曲線，按照箱梁底板的設(shè)計(jì)標(biāo)高、支架的變形量及預(yù)拱度調(diào)整底模的高度。卸載是采用一次性卸載方式，卸載過(guò)程中，要統(tǒng)一指揮，應(yīng)從梁跨兩邊向中間分級(jí)、對(duì)稱(chēng)卸落，逐跨推進(jìn)。根據(jù)試壓觀測(cè)成果統(tǒng)一數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算出支架的非彈性變形量、彈性變形量，當(dāng)變形量滿足規(guī)范要求后，即判定支架預(yù)壓達(dá)到合格要求。然后將預(yù)壓觀測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主審批，經(jīng)各方同意后，再根據(jù)彈性變形值及非彈性變形值設(shè)置預(yù)拱度，進(jìn)行下一步工序的施工工作。

5.9 施工注意事項(xiàng)

①必須設(shè)置施工預(yù)拱度，以消除應(yīng)結(jié)構(gòu)自重和預(yù)應(yīng)力筋張拉等引起的下沉。

②構(gòu)件中所適用的螺栓均為8.8級(jí)精制螺栓，不得采用低于此等級(jí)螺栓。

③施工過(guò)程中需對(duì)結(jié)構(gòu)變形等嚴(yán)密觀察，有過(guò)大變形時(shí)須暫停作業(yè)，及時(shí)通知以便做出相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施。

④施工中需做好相關(guān)安全防護(hù)措施，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定及預(yù)案執(zhí)行。

⑤鋼楔塊的下楔塊、抄墊與鋼管柱頂必須焊接牢固。

⑥砼澆筑或支架預(yù)壓前，必須保證精軋螺紋鋼筋螺母擰緊。

⑦支架安裝過(guò)程中，嚴(yán)格測(cè)量各立柱頂標(biāo)高，通過(guò)抄墊使立柱頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求，防止模板底縱梁和橫梁脫空。

⑧落架時(shí)，保證楔塊精軋螺紋鋼筋螺母不脫離精軋螺紋鋼筋[3]。

6 支架拆除

拆架程序應(yīng)遵守由上而下、先搭后拆、后搭先拆的原則，嚴(yán)禁在上下兩步同時(shí)進(jìn)行拆架。對(duì)于支架整體而言，拆除順序?yàn)椋合炔鸪齻?cè)?！啄！鷻M梁→鋼楔塊及抄墊→各分段支架→移除條形基礎(chǔ)。

7 結(jié)語(yǔ)

采用鋼管立柱固定支架整體現(xiàn)澆箱梁施工，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①機(jī)械設(shè)備配置簡(jiǎn)單，適用性較強(qiáng)，機(jī)械利用率高，提高了施工工效；

②施工進(jìn)度能夠得到保障，每月每個(gè)工作面能達(dá)到1.5跨箱梁的施工進(jìn)度；

③鋼管立柱固定支架可多次周轉(zhuǎn)使用，損耗小，經(jīng)濟(jì)適用，具有應(yīng)用簡(jiǎn)便、安全質(zhì)量可控；

④箱梁模板采用定型鋼模，就位準(zhǔn)確，箱梁混凝土外觀平整、光潔，箱梁線形控制美觀，滿足設(shè)計(jì)要求。取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

綜上所述，鋼管立柱固定支架在東風(fēng)大道快速化改造二期工程的實(shí)際施工運(yùn)用中，體現(xiàn)了其工藝簡(jiǎn)便、承載力高、總造價(jià)成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【2】JTJ025-86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【3】周水興.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.