高墩大蓋梁無(wú)支架支撐體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及施工技術(shù)研究

收稿日期：2024-01-18

作者簡(jiǎn)介：馬三成（1970—），男，本科，工程師，從事路橋施工工作。

摘要 文章針對(duì)G4216線屏山新市—金陽(yáng)段高速公路橋梁工程中采用的無(wú)托架支撐系統(tǒng)，展開(kāi)了研究。該系統(tǒng)通過(guò)在橋墩上預(yù)留孔洞，利用高強(qiáng)度鋼管固定于鋼柱，并在其上設(shè)置調(diào)整砂桶，布置工字梁進(jìn)行支撐，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。研究通過(guò)驗(yàn)算支撐體系的結(jié)構(gòu)性能，包括工字梁、鋼管等的受力情況及變形，以驗(yàn)證其符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，詳細(xì)描述了施工過(guò)程中的技術(shù)操作，并針對(duì)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題提出了解決方案。研究旨在為類(lèi)似工程提供施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)指導(dǎo)，促進(jìn)我國(guó)橋梁工程建設(shè)的規(guī)范化和高效性。

關(guān)鍵詞 高墩；大蓋梁；無(wú)支架支撐；施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào) U445.464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）09-0140-03

0 引言

在傳統(tǒng)橋梁建設(shè)中，常采用支撐架或支模保障結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定性。然而，這種傳統(tǒng)支撐系統(tǒng)在高墩、大跨度蓋梁的情況下存在一系列問(wèn)題，如施工周期長(zhǎng)、成本高等。因此，需要一種新的支撐系統(tǒng)解決這些問(wèn)題。在已有研究中，梅爭(zhēng)貴等[1]就高墩大蓋梁無(wú)支架支撐體系的施工技術(shù)進(jìn)行了討論，探索了其在工程中的應(yīng)用。閆亞?wèn)|[2]對(duì)橋梁蓋梁雙抱箍支撐體系的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種新的支撐方式。李旭鋒等[3]對(duì)無(wú)支架支撐體系在高墩蓋梁施工中的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算進(jìn)行了深入分析。王鵬等[4]研究了十字花瓶高墩蓋梁無(wú)落地支架支撐體系的應(yīng)用與效果。羅浩東[5]則討論了橋梁排架蓋梁無(wú)支架施工的應(yīng)用與效果。這些研究為該文的研究提供了參考依據(jù)?；诖耍撐尼槍?duì)G4216線屏山新市—金陽(yáng)段高速公路橋梁工程采用的無(wú)托架支撐系統(tǒng)展開(kāi)了深入研究。通過(guò)詳細(xì)驗(yàn)算支撐體系的結(jié)構(gòu)性能，包括工字梁、鋼管等的受力情況及變形，驗(yàn)證其符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，該文在施工技術(shù)方面進(jìn)行了全面的探討，解決了可能出現(xiàn)的問(wèn)題，為類(lèi)似工程提供了施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 工程概況

G4216線屏山新市—金陽(yáng)段XJ7標(biāo)線是四川省雷波縣雙河口鄉(xiāng)、黃瑯鎮(zhèn)的一段，由一條主線及一條連接線組成。主干線長(zhǎng)度為2 683.490 m（ZK36+796～ZK40

+480，K36+808～K40+480），主要由火燒棚特大橋（85 m+160 m+85 m的鋼管混凝土格構(gòu)墩連續(xù)剛構(gòu)）、火燒棚1～3號(hào)橋和雙河綜合體組成。主干線路基長(zhǎng)度154.858 m，占全長(zhǎng)的5.8%；橋梁9座，長(zhǎng)度2 528.632 m，占全長(zhǎng)的94.2%。馬湖連接線總長(zhǎng)度9 445.593 m（二級(jí)公路），主要有馬湖隧道（6 520 m）、馬湖1～9號(hào)橋與連接橋之間的路基組成，路基長(zhǎng)度1 989.953 m，占全長(zhǎng)的21.1%；橋梁10座，長(zhǎng)度1 492.640 m，占全長(zhǎng)的15.8%；隧道2座，長(zhǎng)度5 963 m，占全長(zhǎng)的63.1%。雙河連接線總長(zhǎng)4 232.608 m（二級(jí)公路），該工程由雙河1～9號(hào)橋與連接橋之間的路基組成，路基長(zhǎng)度3 276.868 m，占全長(zhǎng)的77.4%；橋梁9座，長(zhǎng)度955.740 m，占全長(zhǎng)的22.6%。

2 支撐體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

2.1 計(jì)算模型概況

（1）工25a型工字型分配梁的計(jì)算模型：工25a型工字型分配梁直承受全部荷載，布置在工63c型梁上，橫梁緊鄰獨(dú)柱式橋墩兩側(cè)，間距為順橋向2.6 m。據(jù)此，工25a型工字型分配梁的計(jì)算跨度為2 m，蓋梁底寬2.6 m，分配梁兩端分別懸臂0.95 m。鑒于懸臂在跨中受力較大，為保證安全，可忽略懸臂影響，按簡(jiǎn)支梁模式進(jìn)行計(jì)算。

（2）63c型工字鋼縱梁的計(jì)算模式：雙拼63c型工字鋼縱梁各自承擔(dān)25a型工字鋼縱梁的自重，形成均布荷載。在這種情況下，兩個(gè)雙拼63c型工字鋼縱梁分別承擔(dān)一半的受力。63c型工字鋼架設(shè)于雙拼45a型工字鋼枕梁之上，而雙拼45a型工字鋼則安裝在順橋向的預(yù)制鋼筋上。因此，在作用范圍B=4.0 m的條件下，63c型工字鋼縱梁需承擔(dān)的均布荷載q為兩個(gè)懸臂的外伸量。

（3）工45a工字型鋼枕梁的計(jì)算模式：45a工字型鋼梁承擔(dān)各一組63c型工字鋼的自重。

2.2 計(jì)算結(jié)果

2.2.1 獨(dú)柱墩

（1）分配梁I25a的計(jì)算：I25a分配梁置于一根長(zhǎng)度為0.50 m的雙拼型I63c工字鋼縱桁上。I25a分布梁跨度中部承受最大彎矩，其值為78.6 MPa＜[σ]=215 MPa，滿(mǎn)足要求。I25a分配梁剪應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在與雙拼式I63c工字鋼的縱桁接觸部位，具體如下：剪應(yīng)力最大值為22.8 MPa＜[τ]=125 MPa，分配梁抗剪強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求；（I63c工字鋼縱向彎曲導(dǎo)致下?lián)希?，I25a在中間段的撓度為8.205 mm?6.636 mm=1.569 mm。I25a分配梁豎向位移最大值1.569 mm＜L/400=2.6/400=6.5 mm，I25a剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（2）I63c雙拼式工字梁的計(jì)算：雙拼式I63c型工字鋼縱向梁各承擔(dān)I25a型鋼桁梁的自重，在雙拼型工I45a型枕梁上設(shè)置雙拼型I63c型工字鋼，其荷載等效為懸臂梁線單元荷載。雙拼式I63c型工字鋼在懸臂端部受到最大的彎曲應(yīng)力，其值為181.4 MPa＜[σ]=215 MPa。雙拼式I63c工字型工字鋼的最大剪力出現(xiàn)在懸臂末端根部，具體如下：

最大剪應(yīng)力為34.20 MPa＜[τ]=125 MPa，雙拼式I63c型工字梁的抗剪強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

雙拼I63c型工字鋼縱桁的最大豎向位移為28.42 mm＜L/400=13.45/400=33.63 mm，雙拼式I63c工字型桁條的剛度滿(mǎn)足規(guī)范。

（3）I45a型工字鋼枕梁的計(jì)算：雙拼式I45a工字型鋼枕梁承擔(dān)2對(duì)I63c型工字鋼橫梁的自重，雙拼式I45a工字型鋼的枕梁置于φ140 mm高強(qiáng)度鋼筋上，作為節(jié)點(diǎn)荷載。雙拼式I45a型工字鋼的枕梁在懸臂末端承受最大彎曲應(yīng)力，其值為64.1 MPa＜[σ]=215 MPa，滿(mǎn)足要求。剪應(yīng)力最大值68.50 MPa＜[τ]=125 MPa，雙拼型I45a型工字鋼枕梁的抗剪強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 雙肢墩

（1）分配梁I25a計(jì)算：I25a分配梁置于一根長(zhǎng)度為0.50 m的雙拼型I63a工字鋼縱桁上。分配梁跨度中部的最大彎矩為I25a，其值為124.2 MPa＜[σ]=215 MPa，滿(mǎn)足要求。剪應(yīng)力最大值為38.7 MPa＜[τ]=125 MPa，分配梁抗剪強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。I25a分配梁跨中段的撓度為7.458 mm?4.384 mm=3.074 mm（I63a工字鋼縱向引發(fā)下?lián)希?。梁豎向位移在I25a中的最大值為3.074 mm＜L/400=2.952/400=7.38 mm，I25a分配梁具有滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的剛度。

（2）I63a雙拼式工字梁的計(jì)算：雙拼式I63a型工字鋼縱向梁各承擔(dān)I25a型鋼桁梁的自重，雙拼式I63a型工字鋼采用φ140 mm高強(qiáng)度鋼筋，按線性單元荷載計(jì)算。雙拼式I63a工字鋼在懸臂末端承受最大彎曲應(yīng)力，其值為87.6 MPa＜[σ]=215 MPa，滿(mǎn)足要求。雙拼式I63a工字鋼縱向最大豎向位移為6.522 mm＜L/400=19.25/400=48.125 mm，雙拼式I63a型工字鋼縱梁具有滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的剛度。

（3）高強(qiáng)度φ140 mm鋼筋的計(jì)算：采用Φ140 mm高強(qiáng)度鋼筋，對(duì)兩根I63a工字鋼進(jìn)行節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算。高強(qiáng)度鋼管直徑為φ140 mm時(shí)，懸臂端部承受最大彎曲應(yīng)力，其值為295.4 MPa＜[σ]=560 MPa，滿(mǎn)足要求。剪應(yīng)力最大值為40.70 MPa＜[τ]=323 MPa，高強(qiáng)度φ140 mm鋼筋的抗剪性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。高強(qiáng)度φ140 mm鋼筋的最大垂直位移為0.656 mm＜L/400=0.6/400=1.50 mm。高強(qiáng)度鋼筋直徑為φ140 mm，其剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3 施工技術(shù)

3.1 測(cè)量放樣

在施工過(guò)程中，由測(cè)量組對(duì)墩柱的標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，并利用坐標(biāo)法放樣出墩頂?shù)闹悬c(diǎn)。

3.2 安裝無(wú)支架支撐體系

使用穿孔實(shí)心鋼棒法安裝無(wú)支架支撐體系，具體步驟如下：先將鋼筋插入橋墩預(yù)留孔，隨后將牛腿緊固于鋼筋之上，安裝調(diào)節(jié)砂桶，確保標(biāo)高的精確度；最后，在砂筒頂部鋪設(shè)縱向工字鋼。為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，應(yīng)將縱向工字鋼與拉桿連接并緊固為一體，形成一個(gè)統(tǒng)一整體。

3.3 底模安裝

蓋梁下的模板選用堅(jiān)固的鋼制模板，應(yīng)先打磨后預(yù)組裝。安裝斜段底模板前，需置三角形支架于梁上，用木楔進(jìn)行穩(wěn)固。下模板用塔吊進(jìn)行吊裝，用雙面膠密封接縫處，以防滲漏。

3.4 蓋梁鋼筋綁扎、驗(yàn)收

所有鋼筋均在綜合加工車(chē)間進(jìn)行加工，加工完畢后使用自卸車(chē)橫向運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)塔吊進(jìn)行垂直輸送。鋼筋與箍筋應(yīng)精確放置于模板內(nèi)，高強(qiáng)度混凝土保護(hù)層應(yīng)在綁扎前鋪設(shè)。鋼筋綁扎要遵循基本原則，采用纏繞法進(jìn)行綁扎，以確保箍筋與主筋、水平筋的垂直度。交接處要牢固束緊，非轉(zhuǎn)角位置的鋼筋與箍筋應(yīng)以“梅花”形交叉捆綁。在蓋梁鋼筋、墊石、擋塊預(yù)埋筋的安裝時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)圖紙，在監(jiān)理工程師檢查確認(rèn)后進(jìn)行側(cè)模和端模的安裝。

3.5 安裝側(cè)模、驗(yàn)收

側(cè)模采用平板鋼模頭，通過(guò)螺栓與側(cè)模和底模連接，用膠帶或泡沫膠進(jìn)行接縫防水。施工常用對(duì)拉措施，必要時(shí)用內(nèi)撐調(diào)整，安裝完成后清理墻面雜質(zhì)并請(qǐng)監(jiān)理工程師檢查模板，重點(diǎn)關(guān)注模板和支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.6 蓋梁混凝土澆筑

進(jìn)行混凝土澆筑前，對(duì)預(yù)埋件及支撐體系進(jìn)行全面檢查。確認(rèn)符合相關(guān)規(guī)定后，方可啟動(dòng)澆筑作業(yè)?；炷猎诎韬驼窘y(tǒng)一拌制后，使用罐車(chē)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝載。施工前對(duì)混凝土的坍落度和溫度進(jìn)行檢測(cè)，合格后方可進(jìn)行澆筑?；炷翝仓^(guò)程中，務(wù)必對(duì)模板、支架、墊石、擋塊等預(yù)埋件進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保其穩(wěn)定性和預(yù)埋件尺寸、位置的精準(zhǔn)度，如出現(xiàn)走模、鼓模、漏漿等問(wèn)題，須迅速予以解決。澆筑完成后依據(jù)控制標(biāo)高進(jìn)行蓋梁頂面的人工抹平，并在埋入墊石、擋塊內(nèi)的鋼筋表面涂抹水泥灰漿。

混凝土澆筑過(guò)程中，需重點(diǎn)關(guān)注的要點(diǎn)如下：

（1）分層澆筑，層厚保持在25 cm～30 cm。

（2）均勻澆筑，防止偏壓造成模架系統(tǒng)變形。

（3）連續(xù)澆筑，確保上梁質(zhì)量。

（4）采取“快插慢拔”的插棒方式，每隔20 cm進(jìn)行一次振搗，保證混凝土表面不下沉、不冒氣泡、表面完全泛漿。

3.7 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段為澆筑完成后，用土工織物進(jìn)行覆蓋，并設(shè)置滴頭，實(shí)施人工噴灑養(yǎng)護(hù)，確保土工布始終保持濕潤(rùn)；第二階段為拆除側(cè)模后，將整個(gè)外表面覆蓋至塑膜，并進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，確保蓋梁表面始終保持潮濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間需符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.8 拆卸模板，落架

拆除模板、端模板時(shí)，應(yīng)確?；炷翉?qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上，避免損壞表面和邊角。拆蓋梁底模時(shí)，混凝土強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。拆卸模板、落架時(shí)應(yīng)遵循“先支后拆，后支先拆，自上而下”的操作原則，具體步驟如下：

（1）降低支架，確保模板和支架順利落下。

（2）自上而下依次拆除模板（模板、槽鋼橫梁、工字鋼縱梁、砂桶、牛腿）。

（3）拔出實(shí)心鋼管，堵塞柱身預(yù)留孔。

3.9 蓋梁澆筑過(guò)程中的變形監(jiān)控

為研究蓋梁在澆筑混凝土?xí)r的變形情況，以評(píng)估蓋梁的安全和穩(wěn)定性，項(xiàng)目部在7、8號(hào)墩蓋梁的施工期間，對(duì)工字鋼縱梁中心點(diǎn)的變形和沉降進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)上桁梁在澆筑過(guò)程中的撓度指數(shù)進(jìn)行分析，具體如下：

（1）設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置于工字鋼縱梁中部，在易于觀察的部位貼上反光板（2.5 cm處），左右各一處，共計(jì)兩處。

（2）資料收集。①在澆筑混凝土之前做好初步資料的收集工作。②蓋梁的混凝土采取分層澆筑的方式，并在每一層澆筑完畢后，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。③在混凝土初步澆筑完畢后，對(duì)其進(jìn)行終測(cè)。

（3）檢測(cè)結(jié)果的匯總與分析。通過(guò)對(duì)兩座無(wú)托架支承的雙墩蓋梁的工字鋼縱桁中心點(diǎn)的變形情況進(jìn)行觀察，得出縱桁中部變形為12 mm、14 mm，均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)上述監(jiān)測(cè)資料，繪出了無(wú)托架支承系統(tǒng)在混凝土澆筑時(shí)的跨中累積撓度與位移的關(guān)系，參見(jiàn)圖1和圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

該文以G4216線屏山新市—金陽(yáng)段公路橋梁為研究對(duì)象，針對(duì)其高墩多的特點(diǎn)，為適應(yīng)橋梁高墩工法的規(guī)范化建設(shè)需要，該項(xiàng)目提出了基于鋼筋綁扎、系梁、蓋梁模板等標(biāo)準(zhǔn)化的操作平臺(tái)體系。該文從高墩大跨度蓋梁的受力特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)其傳力機(jī)制進(jìn)行了深入研究，為該高速公路大蓋梁斜拉橋施工方案的優(yōu)化提供理論依據(jù)與科學(xué)依據(jù)。該標(biāo)段的高橋墩全部在短時(shí)間內(nèi)完工，各項(xiàng)施工方案設(shè)計(jì)合理、高效。

圖1 左幅7號(hào)墩累計(jì)撓度的變形曲線圖

圖2 左幅8號(hào)墩累計(jì)撓度的變形曲線圖

參考文獻(xiàn)

[1]梅爭(zhēng)貴， 孔買(mǎi)群. 論高墩大蓋梁無(wú)支架支撐體系施工技術(shù)[J]. 云南水力發(fā)電， 2021（4）： 51-54.

[2]閆亞?wèn)|. 橋梁蓋梁雙抱箍支撐體系施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 交通世界， 2021（25）： 29-30.

[3]李旭鋒， 李永國(guó)， 呂大武， 等. 無(wú)支架支撐體系在高墩蓋梁施工中的設(shè)計(jì)參數(shù)選取及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算[J]. 水電站設(shè)計(jì)， 2019（1）： 67-71.

[4]王鵬， 何海英， 張玉斌. 十字花瓶高墩蓋梁無(wú)落地支架支撐體系的研究與應(yīng)用[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2020（s1）： 1156-1159.

[5]羅浩東. 橋梁排架蓋梁無(wú)支架施工的應(yīng)用與效果[J]. 住宅與房地產(chǎn)， 2019（19）： 188.