銷棒法蓋梁支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與施工技術(shù)

余功濤（中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司，上海 201812 )

1 工程背景

上海市虹梅南路高架橋工程的主要施工內(nèi)容為在虹梅南路既有通車道路中間修建一座高架橋通道。高架橋標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式為：雙柱式立柱＋懸挑式蓋梁＋預(yù)制小箱梁。高架橋標(biāo)準(zhǔn)段橋墩效果圖，如圖1 所示。

圖1 高架橋標(biāo)準(zhǔn)段橋墩效果圖

上海市交通管理部門對(duì)施工區(qū)域的交通組織要求為“占一還一”，即占一個(gè)車道還一個(gè)車道。因此，為了騰出高架橋工程施工區(qū)域，需先將道路翻交至擬修高架橋兩側(cè)，騰出道路中間施工區(qū)域，圍擋封閉施工。這樣就導(dǎo)致施工空間狹小。如果使用常規(guī)的落地支架施工，將會(huì)造成施工區(qū)域交通阻礙、施工組織困難等情況。經(jīng)過對(duì)多種蓋梁支架方案的比選，最終選定無落地形式的銷棒蓋梁支架方案（在蓋梁支架施工的同時(shí)，下方可供施工車輛和機(jī)械設(shè)備自由通行）。

2 銷棒法蓋梁支架設(shè)計(jì)和加工

這個(gè)蓋梁銷棒支架方案包括支撐系統(tǒng)和鋪底系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)主要由銷棒、牛腿、砂箱、主梁和分配梁等組成，是主要承受荷載的構(gòu)件。為了保證構(gòu)件的強(qiáng)度與精準(zhǔn)度，支撐系統(tǒng)的構(gòu)件委托專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)工廠加工制作，除銷棒外，統(tǒng)一刷藍(lán)色除銹漆。鋪底系統(tǒng)由三角托架、木方和竹膠板組成，三角托架在現(xiàn)場(chǎng)加工，木方和竹膠板采購成品，根據(jù)蓋梁尺寸制作底模。銷棒法蓋梁支架詳細(xì)結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

圖2 銷棒法蓋梁支架結(jié)構(gòu)圖

從圖2 可見，立柱兩側(cè)的牛腿通過銷棒連接附著在立柱上，通過銷棒的抗剪作用力將蓋梁鋼筋、混凝土、模板及施工荷載全部傳遞到立柱上。牛腿上安裝的砂箱，在支架拆除時(shí)使用。主梁落在砂箱上，2 片主梁通過水平剪刀撐和豎向剪刀撐連接固定，抱箍在立柱上面。分配梁縱向分布在主梁上，將蓋梁荷載平均分布在主梁上。分配梁上搭設(shè)三角托架，鋪設(shè)方木和竹膠板，作為蓋梁的底模。蓋梁周圍的空間作為施工操作平臺(tái)。

2.1 銷棒

在蓋梁施工時(shí)，所有的荷載是由立柱上的 4 根銷棒承擔(dān)，因此銷棒的設(shè)計(jì)和加工至關(guān)重要。銷棒采用 φ 80 mm的 30 CrMnTi 圓鋼加工而成。立柱厚度為 1800 mm，因此將銷棒長(zhǎng)度設(shè)置為 2300 mm，兩端 200 mm 設(shè)置螺紋，由配套螺母將牛腿固定在立柱側(cè)面，用配套的扳手緊固。銷棒和螺母采用相同材料，由鋼構(gòu)廠加工制作，并進(jìn)行熱處理，出廠前必須進(jìn)行探傷檢驗(yàn)和荷載試驗(yàn)。圖3 為銷棒設(shè)計(jì)圖。

圖3 銷棒設(shè)計(jì)圖（mm）

2.2 牛腿和混凝土箱

牛腿和混凝土箱為鋼板組焊結(jié)構(gòu)。立足銷棒抗彎強(qiáng)度低但抗拉、抗剪強(qiáng)度高的特點(diǎn)，以牛腿為傳力結(jié)構(gòu)，將上部的豎向荷載傳遞至銷棒，使其承受剪力和拉力。牛腿使用 30 mm 厚 Q235 鋼板制作，1 套銷棒支架需要 8 個(gè)牛腿。牛腿加工圖，如圖4 所示。

圖4 牛腿加工圖（mm）

砂箱使用 20 mm 厚的 Q235 鋼板制作。砂箱對(duì)支架拆除有著重要作用，其底部設(shè)置有漏砂孔，一旦放出砂箱中的砂子，上部的支架便會(huì)緩緩落下，此時(shí)砂箱起到了千斤頂?shù)淖饔?。如果預(yù)留孔不夠精確，當(dāng) 2 個(gè)牛腿的標(biāo)高出現(xiàn)高度差時(shí)，砂箱還可以起到調(diào)節(jié)作用。砂箱大樣，如圖5 所示。

圖5 砂箱大樣圖（mm）

2.3 主梁

基于蓋梁長(zhǎng)度為 17.2 m，考慮到兩端的施工操作平臺(tái)，將主梁長(zhǎng)度設(shè)定為 20.0 m。為保證主梁的剛度和強(qiáng)度，主梁采用 HN 1008 mm×302 mm×21 mm/40 mm型鋼，在鋼結(jié)構(gòu)加工廠定制加工成單根長(zhǎng)度為 20.0 m 的主梁，并在型鋼腹部每間隔 1.53 m 處增設(shè) 20 mm 厚的肋板，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)部位受力。主梁上的焊縫按一級(jí)焊縫要求，進(jìn)行100% 的探傷檢驗(yàn)。

兩根主梁之間通過剪刀撐連接在一起，形成穩(wěn)定的框架，剪刀撐采用 14 號(hào)槽鋼制作。1 套支架系統(tǒng)共設(shè) 4 道水平剪刀撐，2 道豎向剪刀撐。水平剪刀撐對(duì)稱布置在立柱兩側(cè)，每側(cè)在主梁的上下翼板上各設(shè)置 1 道，連接在主梁翼板上。豎向剪刀撐設(shè)置在主梁兩端，連接在主梁的肋板上，剪刀撐與主梁之間采用高強(qiáng)螺栓連接。主梁剪刀撐，如圖6 所示。

圖6 主梁剪刀撐示意圖

2.4 分配梁

分配梁采用 I20 a 工字鋼，單根長(zhǎng)度 6 m，每隔 0.5 m縱向布置在主梁上。在 20 m的主梁上布滿，共需要 40 根工字鋼。若是單根分別擺放，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，而且間距間還容易產(chǎn)生偏差。為此，本支架方案對(duì)分配梁的設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化，將相鄰 6 根或 7 根工字鋼的兩端分別用 2 根 20 號(hào)槽鋼焊接在一起，形成整體，共組成 6 片分配梁片。安裝時(shí)只需將這 6 片分配梁逐一吊放在主梁上。再在每 2 片分配梁之間，定制 1 個(gè)連接模塊，用高強(qiáng)螺栓將 6 片梁連接在一起，就可以將所有的工字鋼連成整體。這樣既方便安裝又能增強(qiáng)支架系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分配梁布置及連接示意圖，如圖7 所示。

圖7 分配梁布置及連接示意圖

2.5 三角托架

三角托架用來調(diào)節(jié)蓋梁底面的橫坡。以 10 號(hào)槽鋼為橫梁、8 號(hào)槽鋼為立桿，由兩者焊接而成，上方擺放方木，鋪設(shè)竹膠板組成支架的鋪底系統(tǒng)。三角托架在施工現(xiàn)場(chǎng)加工制作，立桿每 30 cm 1 道。計(jì)算好每道立桿的長(zhǎng)度，下好料后依次將其焊接在托架下橫梁上，再焊接托架上橫梁。三角托架加工圖，如圖8 所示。

圖8 三角托架加工圖

3 銷棒支架施工要點(diǎn)

銷棒蓋梁支架的安裝流程為：埋設(shè)預(yù)留孔→穿插銷棒→安裝牛腿混凝土箱→吊裝主梁→吊裝分配梁→施工放樣→鋪底系統(tǒng)安裝→支架預(yù)壓（第一次使用）→蓋梁施工。

3.1 銷棒預(yù)留孔

在立柱施工時(shí)，需要在立柱鋼筋骨架上預(yù)埋鋼管作為銷棒預(yù)留孔，預(yù)埋鋼管采用 Φ95 mm×3.5 mm的不銹鋼管。銷棒預(yù)留孔施工圖，如圖9 所示。

圖9 銷棒預(yù)留孔施工圖

在預(yù)埋鋼管端部安裝 HPB 300 級(jí) Φ10 mm 鋼筋網(wǎng)片和螺旋筋進(jìn)行局部加強(qiáng)。預(yù)埋鋼管的標(biāo)高和平面位置要精確，尤其是要保證 1 個(gè)牛腿上的 2 根銷棒預(yù)埋管的間距在誤差范圍內(nèi)。間距偏差大會(huì)導(dǎo)致銷棒預(yù)埋管與配套的牛腿裝不上。假如兩柱間銷棒出現(xiàn)較大誤差，可以采用在砂箱和牛腿之間墊薄鋼板的方式進(jìn)行糾正。

3.2 構(gòu)件安裝

立柱施工完成后，使用登高車升至預(yù)埋管位置，清理管口，檢查管內(nèi)是否進(jìn)入浮漿；若有浮漿，須清理干凈后，再穿銷棒。穿銷棒時(shí)應(yīng)注意銷棒絲口的位置，牛腿背板不得坐在銷棒絲口部位，避免由削弱的銷棒截面承受牛腿傳遞剪力而產(chǎn)生安全隱患。銷棒穿上后，即可安裝牛腿，并用銷棒螺母緊固。

在砂箱安裝前，要對(duì)砂箱進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載根據(jù)蓋梁實(shí)際情況換算取值。砂箱的砂量需要根據(jù)前期試壓的經(jīng)驗(yàn)壓縮值，以及對(duì)應(yīng)的牛腿頂面至橫向主梁底面的高差等數(shù)據(jù)進(jìn)行放置。放入砂箱的砂子應(yīng)抹平，并在其頂面敷設(shè)鋼板。這樣可以保護(hù)預(yù)壓后的砂層，使其不容易受外力影響，從而避免砂面傾斜。預(yù)壓過程中應(yīng)盡量避免偏心預(yù)壓。砂箱的預(yù)壓過程中應(yīng)注意放入砂箱的砂量不宜太少，否則會(huì)造成砂箱卸落功能缺陷；但也不宜過多，以防止砂箱陽頭無法插入到陰頭的合適深度，從而產(chǎn)生安全隱患。

在預(yù)壓好的砂箱安裝好后進(jìn)行主梁安裝。選用 2 臺(tái) 50 t汽車吊同時(shí)單根吊裝。第 1 根主梁安裝好后，要用鋼絲繩將其與立柱拉緊固定，以確保安全，然后再安裝第 2 根主梁。待 2 根主梁均安裝好后，隨即將 6 道剪刀撐裝好，使主梁形成穩(wěn)定的框架。

主梁安裝好后，再進(jìn)行分配梁安裝。將制作好的 6 片分配梁按先中間后兩邊的順序依次吊放在主梁上，用連接塊連接在一起，選擇合適的位置與主梁進(jìn)行限位。

在三角托架搭設(shè)之前，先進(jìn)行蓋梁底板標(biāo)高和中線放樣，再根據(jù)放樣好的標(biāo)高搭設(shè)三角托架。在三角托架上縱向鋪設(shè) 9 cm×9 cm 的方木，方木間距 30 cm，最后在方木上鋪設(shè) 20 mm 厚的竹膠板。這樣就完成了底模鋪設(shè)。

3.3 構(gòu)件連接

在支架系統(tǒng)的牛腿、砂箱和主梁之間，剪刀撐與主梁之間，分配梁之間，均采用高強(qiáng)螺栓連接。在保證連接強(qiáng)度的同時(shí)，高強(qiáng)螺栓能夠最大限度地減少構(gòu)件的損壞，方便構(gòu)件的拆除，使各個(gè)構(gòu)件能夠周轉(zhuǎn)使用。高強(qiáng)螺栓緊固要使用扭矩扳手，初擰和終擰兩次進(jìn)行，緊固順序一般應(yīng)由接頭中心順序向外側(cè)（3 個(gè)方向）進(jìn)行。牛腿、砂箱與主梁的連接細(xì)部，如圖10 所示。

圖10 主梁連接細(xì)部圖

3.4 防傾覆措施

主梁固定后，為保證主梁受力穩(wěn)定性及預(yù)防支架側(cè)翻，采取增加防傾型鋼措施。防傾型鋼采用 20 號(hào)槽鋼，設(shè)置在立柱兩側(cè)和內(nèi)側(cè)，緊貼立柱，與主梁上翼板用高強(qiáng)螺栓連接，如圖11 所示。

圖11 防傾型鋼示意圖

3.5 支架預(yù)壓

銷棒蓋梁支架在第一次使用時(shí)，為了驗(yàn)證支架結(jié)構(gòu)的可靠性，保證支架能滿足支撐蓋梁自重及各種施工荷載，需要對(duì)支架進(jìn)行荷載預(yù)壓。同時(shí)檢測(cè)支架的沉降量，消除支架結(jié)構(gòu)非彈性變形，確保蓋梁施工的絕對(duì)安全，并以此工藝試驗(yàn)指導(dǎo)后續(xù)蓋梁施工任務(wù)。

3.5.1 預(yù)壓荷載計(jì)算

預(yù)壓荷載重量＝混凝土自重+蓋梁鋼筋重+鋼絞線重+模板及分配梁重+施工荷載。將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)代入后得出：預(yù)壓荷載重＝227814 kg；預(yù)壓面積＝4.4 m2；單位面積預(yù)壓荷載的加載重＝4.19 t/m2。

3.5.2 荷載材料

荷載材料采用砂袋和支架型鋼，使用砂袋只堆載 1 層，以防砂袋堆載過高而失穩(wěn)，砂袋上面再堆載另外的銷棒支架型鋼。

3.5.3 加載順序

從立柱中線開始向 2 個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行對(duì)稱布載，直至蓋梁端頭位置；橫橋向加載時(shí)也要從結(jié)構(gòu)中心線向兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱布載。在支架預(yù)壓過程中要密切注意天氣變化，遇到雨天時(shí)應(yīng)對(duì)預(yù)壓混凝土袋進(jìn)行覆蓋，防止因?yàn)橛晁M(jìn)入混凝土袋中使支架荷載變大，造成支架傾覆事故。

3.5.4 觀測(cè)點(diǎn)布置

支架的變形主要是主梁在豎直方向的撓度變化，位置在主梁型鋼的兩端，因此在主梁的中間和 L/2、L/4 處各布置 2個(gè)對(duì)稱的觀測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)預(yù)壓時(shí)支架的變形量。觀測(cè)點(diǎn)的平面布置，如圖12 所示。

圖12 觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖

3.5.5 支架變形觀測(cè)

預(yù)壓荷載按照 60%（136.7 t）→100%（227.8 t）→110%（250.6 t），分 3 級(jí)加載。每級(jí)加載完成后，對(duì)支架變形進(jìn)行 1 次監(jiān)測(cè)；3 級(jí)加載完成后，每 24 h 對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè) 1 次，連續(xù)觀測(cè) 3 d；預(yù)壓卸載后再觀測(cè) 1 次，記錄好測(cè)量數(shù)據(jù)。觀測(cè)過程中，支架變形明顯加大時(shí)，加大觀測(cè)密度，并隨時(shí)反饋信息。如變形量超過撓度容許值，應(yīng)立即停止加載，及時(shí)通知相關(guān)技術(shù)人員調(diào)查原因并采取相應(yīng)措施。

將預(yù)壓卸載后的觀測(cè)值與預(yù)壓前進(jìn)行對(duì)比，得出的差值屬非彈性變形。在后續(xù)的蓋梁施工中，放樣蓋梁底板到達(dá)標(biāo)高時(shí)，需要加上這一非彈性變形量和加載 100% 荷載時(shí)的彈性變形量進(jìn)行修正。

3.6 支架拆除

支架拆除采用如下整體落架方式：① 采用 2臺(tái)50 t 吊車，分別從主梁的兩端起吊，施加向上的拉力；② 施工人員使用登高車升至砂箱處，卸載砂箱和主梁之間的螺栓，擰開砂箱漏砂孔，用水管往砂箱里注水，砂子會(huì)隨水從漏砂孔流出，砂箱便會(huì)緩緩落下，隨即拆除砂箱，然后拆除牛腿和銷棒；③ 2 臺(tái)吊車同時(shí)緩慢落鉤，主梁和主梁以上支架系統(tǒng)一下落至地面，然后在地面拆除各種構(gòu)件，堆放整齊，以便進(jìn)行下一個(gè)蓋梁施工。

4 結(jié) 語

應(yīng)用于上海市虹梅南路高架工程施工中的銷棒法蓋梁支架系統(tǒng)，已經(jīng)是一套成熟的施工技術(shù)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的落地支架系統(tǒng)相比，這套系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：① 強(qiáng)度高，整體穩(wěn)定性強(qiáng)，利用立柱承擔(dān)荷載，對(duì)地面承載力無要求；②搭設(shè)速度快，能夠縮短工期；③ 支架安裝以機(jī)械施工為主，減少勞動(dòng)強(qiáng)度；④ 材料損耗小，能夠循環(huán)使用，節(jié)約成本。通過工程實(shí)踐總結(jié)出的銷棒法蓋梁支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)措施，可供類似的蓋梁支架施工項(xiàng)目借鑒。