吹填区超低净空格构式主梁支架施工技术

黄黔桂，李维安

(1.宁波市斯正项目管理咨询有限公司，浙江 宁波 315100；2.宁波市政工程建设集团股份有限公司，浙江 宁波 315100)

0 引 言

宁波杭州湾新区是海涂通过吹填造地形成的新工业区，跨越该河道的桥梁地处新区核心位置，车流量大，人行密集，周边住宅林立，城市桥梁景观造型要求高，经比选桥型采用倒花瓶式桥墩和飞燕式钢管混凝土异形拱桥较为合适。同时，为减轻上部结构荷载，使拱梁组合体系受力更为合理，采用格构式混凝土主梁，其中，增加拱梁结合段处主梁高度以适应端部力学设计要求。

该桥梁在施工期间存在以下几个难点。

(1)地质条件差。吹填地区为典型的滨海相地带，地基承载力相对较弱。

(2)净空低。吹填地区地势平缓，地面标高仅高出正常水位1.0～1.5 m，桥梁两侧直接与临河道路相接，主桥净空极小，且为不通航水域。

(3)支架经济性差。传统混凝土主梁支架采用贝雷桁架及碗扣式满堂支架体系，期间采用密布分配型钢(14a工字钢)过渡[1-3]。在格构式主梁施工时，系梁、横梁、挑梁与期间顶板的碗扣支架相对独立，碗扣支架材料用量高于传统主梁。

因此，针对此桥梁，本文在以往工程经验的基础上，研究一套新型的支架施工方法。

1 支架特点

(1)采用密集式临时钢管桩体系，单根钢管桩长不超过30 m，入土深度不低于22 m，单桩承载力特征值以15～30 t为主，钢管桩间距不小于2倍直径。

(2)采用组合式支架体系，即钢管临时桩顶部采用贝雷桁架及H型钢作为主支承体系，系梁、横梁区域支架铺设方木及模板，期间不设置其他支承结构；顶板、挑梁及小纵梁区域，在主支承体系上设置扣件式钢管支架体系或碗扣式钢管支架体系[4-5]。

(3)系梁间的顶板及小纵梁采用扣件式钢管支架体系，支承小钢管顶部、底部均通过扣件形成纵向、横向支撑体系，其中，钢管支架底部的横杆直接支承于贝雷桁架上，采用扣件将竖杆上部结构的重量传递至横杆；钢管支架顶部的横杆用于支承主梁顶板的方木及模板。

(4)挑梁及其顶板采用传统碗扣式钢管支架体系，其中，挑梁区域与挑梁间顶板区域相互独立。挑梁顶板在混凝土强度满足设计要求时予以拆除，挑梁需在全桥预应力体系全部完成(待梁拱组合体系形成)后方能拆除。

2 工艺原理

2.1 密集式钢管桩基础

吹填地区属于典型的滨海相地质，河床(海床)底部为较密实的砂质粉土层，力学性状良好，内摩擦角及桩侧摩阻力高。砂质粉土层下部为40～60 m的淤泥质粉质黏土层，力学性状极差，桩侧摩阻力仅为上层土的25%～30%。

因此，格构式混凝土主梁支架体系设计时，尽可能将临时支承桩底标高控制在砂土层以下5～10 m处，一方面可使砂质粉土层发挥功能；另一方面，打穿砂土层有利于桩端应力的扩散，能有效避免软弱下卧层的沉降问题[6-7]。

密集式钢管桩平面布位时，应考虑其所属区域内混凝土自重、混凝土振捣作用及施工临时荷载，尽可能做到单桩反力相近，反力相差较大时可采用区域群桩体系加强。

2.2 组合式支架体系

321型贝雷桁架以自重小、承载力高、应用灵活、成本低廉等优点被广泛用于工程施工期间的临时支承结构。格构式混凝土主梁的净空较低时，贝雷桁架与主结构间间隙极小，故直接将系梁、横梁支承于321型贝雷桁架上(设置方木及模板)，待梁拱组合体系形成后，通过割除部分钢管桩的方式，完成主体结构的落架。

贝雷桁架应尽可能沿主体结构跨径方向布置，以减少分配梁(分配梁采用双拼工字钢，力学性能相对较弱)的计算跨径。因此，格构式主梁中，系梁区域贝雷桁架沿顺桥向布置，横梁区域贝雷桁架沿横桥向布置。挑梁区域因跨径较小，多采用密肋型钢体系(14a工字钢及8 mm花纹钢板)，便于降低成本。

横梁和横梁间的顶板与贝雷桁架顶部应留有近3.0 m的高差，且横梁与顶板相交处应设有大倒角，故采用布置灵活的扣件式钢管支架体系。

挑梁及其顶板区域相对规则，且挑梁区域支架与其顶板区域支架彼此独立，顶板区域支架仅需在该区域混凝土强度达到设计要求后拆除即可，挑梁区域支架需工作至全桥梁拱体系形成后拆除[8-9]。两者间隙较小且便于调整，故采用可重复利用、固定规格模数的碗扣式支架体系(钢管支架因杆件长度过短、尺寸单一等不足，不利于后期重复使用)。

2.3 创新扣件钢管支架体系

碗扣式钢管支架的步距相对固定，以0.6、0.9、1.2 m为主；贝雷桁架的间距亦相对固定，以0.9 m为主，部分可采用0.6 m或1.2 m的间距。而格构式混凝土主梁的横梁倒角尺寸、横梁间距很难与碗扣支架步距及贝雷桁架间距相匹配。若在拱肋桁架上设置临时支承型钢(如14a工字钢)，则存在低净空时安装、拆除困难的问题，且材料一次性投入较大，经济性较差。创新扣件式钢管支架体系可很好地解决上述矛盾，其具有以下几点优势。

(1)钢管截面面积小，成本较低且回收利用率高；重量较小，可直接人工搬运，安装、拆除方便。

(2)钢管自身具备一定的强度与刚度，不仅可作为竖向受力构件(柱)，还可作为横向受力构件(梁)。

(3)扣件可通过自身抗滑承载力将横向、纵向、竖向钢管在单一节点处连成整体。

3 支架施工技术

施工流程见图1。

图1 施工流程

3.1 结构模型设计

结构模型设计包括几何设计与力学设计两部分。

(1)几何设计包括主梁支架线形确定(设计线形、设计预拱度及施工预拱度)、支承结构的布置形式(平面及立面)确定、支承平台间的高差处理、碗扣式钢管及扣件式钢管支架的位置确定等。

(2)力学设计包括钢管临时墩的布置及入土深度复核，贝雷桁架及H型钢体系的强度、稳定性及变形复核，碗扣式钢管支架的承载力校核，扣件式钢管支架的承载力校核，扣件抗滑承载力校核等。力学设计的关键在于各类构件所承担的荷载确定——构件本身都是简支或连续结构，可通过计算手册或建议的计算程序获得结果。

(3)每部分支承体系均有模板支架系统、支承梁体系、分配梁体系及支承桩体系。对应支承体系均建立midas/civil三维分析模型(图2)，并由midas程序直接读取应力，作为各部分支承体系校核的标准及依据。

图2 主纵梁贝雷片支承midas/civil模型

3.2 钢管桩(立柱)基础

(1)通过对组合式支架的受力分析，可得出各工况支架对钢管桩(立柱)的支座反力。为确保工况施工安全，应先进行钢管桩(立柱)承载力试验确定经验值，再根据摩擦型桩单桩(柱)容许承载力公式与之对比得出实际值。必须保证支架具有足够的刚度和强度，使地基和支架施工过程中总变形量达到规范和设计要求。

(2)对于较长的钢管桩工程，相当一部分钢管桩超过20 m，需在岸上分段焊接，制作成型后再插打。接长采用对接满焊，焊缝要求饱满，焊接完成后再用钢板加强，加强钢板与钢管间采用环角焊缝连接。

3.3 下部大钢管贝雷梁支架的安装

(1)下部大钢管贝雷梁支架可根据工程设计及现场施工要求，分为跨径不同或相同的连续梁形式。大钢管分段吊装空中采用螺栓竖向连接，每安装12 m设置1个钢抱箍，抱箍四面焊接以横向、纵向、斜向联系，联系采用16#槽钢，钢管的顶部与工字钢横梁焊牢，以增强钢管的横向和纵向稳定性，安装时严格控制钢管的倾斜度(小于0.1%)[10]。

(2)在钢管柱和横梁安装完毕经验收合格后，进行贝雷梁的吊装。贝雷梁的吊装采用2种方法：在场地条件好、贝雷梁不长且塔吊或吊车有足够的起吊能力的情况下，可在地面先拼接贝雷片后，整联双排吊装；当场地条件不好，贝雷梁又过长，或塔吊吊车的起吊能力有限时，可将双排贝雷梁纵向分为几节，分跨吊装拼接。贝雷梁安装完毕后，在贝雷梁上铺设方木或工字梁，形成上部碗扣脚手支架的搭设平台。跨中段主纵梁处采用321型贝雷片作为主要支承梁，贝雷片沿顺桥向布置，底板区域预留吊杆张拉空间，贝雷片间设置槽钢支撑。

3.4 碗扣式及创新扣件式钢管支架搭设

(1)支架搭设严格按照支架设计图、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130—2011)和《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 166—2008)的要求进行施工。

(2)创新扣件式钢管支架体系竖向钢管杆件可按横梁间距、大倒角尺寸布置；竖杆顶部的水平杆可作为方木、模板体系的支承构件(类似于框架梁)；竖杆底部的水平杆直接支承于贝雷桁架上(类似于基础梁)；其余水平杆与斜杆均作为抗侧构件，提高支架体系的整体稳定性。创新点是不用搭设满堂支架与贝雷桁架间的过渡型钢平台，如图3、4所示。

3.5 支架预压

为保证支架变形符合要求，支架拼装完成后，预压3 d以消除支架的弹性变形、塑性变形，具体措施严格按照《钢管满堂支架预压技术规程》(JGJ/T 194—2009)的要求进行。

图3 中横梁及桥面板支架纵断面构造

图4 跨中支架立面

3.6 支架的拆除

横梁区间的扣件式钢管支架及挑梁区间的碗扣式钢管支架在顶板混凝土强度达到设计要求后即可拆除，挑梁区域的碗扣式钢管支架需在梁拱组合体系形成后拆除。小钢管支架体系完成拆除后，通过割除大钢管的方式实现贝雷桁架及型钢支架的整体落架，再依次拆除。

支架体系全部拆除完成后，安排潜水员割除河床底区域的钢管，将其上部分的钢管从主梁预留的孔中移除。

4 质量控制

(1)严格检查原材料，对大钢管、型钢等周转材料进行规格、锈蚀、弯曲等外观情况检查，不符合要求不得使用。型钢性能应符合《热轧型钢》(GB/T 706—2008)、《型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定》(GB/T 2101—2008)的要求，其材质性能应符合《碳素结构钢》(GB/T 700—2006)的规定。

(2)钢结构焊接应按现行《钢结构焊接规范》(GB 50661—2011)要求执行，焊接材料应满足《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》(GBN/T 12470—2003)的要求，焊脚尺寸不低于设计图纸要求。

(3)碗扣式脚手架及扣件式脚手架所用钢管应符合《直缝电焊钢管》(GB/T13793—92)中的Q235A级普通钢管要求，其材质性能符合《碳素结构钢》(GB/T700)的规定。上碗扣、可调底座及可调托撑螺母应采用可锻铸铁或铸钢制造，其材料性能符合《锻铸铁件》(GB/T 9440—2010)及《一般工程用铸造碳钢件》(GB/T 11352—2009)的要求。下碗扣、横杆接头、斜杆接头采用碳素铸钢制造，其材料性能符合《一般工程用铸造碳钢件》(GB/T 11352—2009)的要求。严禁利用废旧锈蚀钢板改制。

(4)碗扣架用钢管规格为Φ48 mm，壁厚不小于3.5 mm。立杆连接外套管壁厚不小于3.5 mm，内径不大于50 mm， 外套管长度不小于160 mm，外伸长度不小于110 mm。

(5)杆件的焊接在专用工装上进行，各焊接部位应牢固可靠，焊缝高度不小于6 mm，其组焊的形位公差应符合规定要求。

(6)立杆上的上碗扣能上下串动和灵活转动，无卡滞现象；杆件最上端有防止上碗扣脱落的措施。立杆与立杆连接的连接孔处能插入Φ12 mm的连接销。在碗扣节点上同时安装1～4个横杆，上碗扣均能锁紧。

(7)钢管柱采用全站仪定位，以控制钢管柱平面位置和垂直度，柱顶平面误差不得超过5 cm。控制各部位焊接长度、焊接质量，按方案进行横向、斜向联接。

5 结 语

(1)本支架施工结合工程实际，技术合理，有一定的创新，不仅节省了满堂支架与贝雷桁架间的过渡型钢平台，而且布置灵活，材料利用率高，可靠性强。

(2)较目前常规的满堂支架体系或组合式支架体系，缩短了支架搭设工期，节省了支架搭设费用，综合效益好，可为类似工程提供借鉴。