拼装式组合钢支架在桥梁工程中的应用

廖勇军 李树昇 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概况

余杭高架PPP项目位于杭州市余杭区城乡结合部，属于典型的江浙地区地形地貌，不仅地表及地下水系比较发育，小型河涌成片连通，地基承载力完全不满足施工需求，而且区域内各种管线错综复杂，对基础换填或者钢管桩施打等地基处理方法有极大制约，针对本项目施工实际情况，地基处理引起的成本及进度压力均为本项目不可承受，且部分位于既有道路上，无法阻断交通封闭施工。

余杭高架PPP项目盖梁为预应力混凝土结构，四工区共157个，63种结构尺寸，盖梁在既有道路段及新建段内实施，其中既有道路段盖梁35 个，新建段盖梁122个。盖梁主要分为T型、F型和M型三种结构形式，分别有109个、25个、23个。T 型盖梁中标准尺寸盖梁72个，结构尺寸为25.6m×2.5m×2.756m，单个盖梁主要工程量为C50 混凝土137.2m3，钢筋19.8t，As15.2钢绞线6t；T型缩短、加宽、加高型盖梁37个，长度为24.35～32.68m，高度为2.756～4.818 m；M型盖梁25 个，长32.55～52.91 m，高2.756～3.326m；F型盖梁23个，长25.681～41.15m，高2.756～3.44m；由于盖梁形式多样，且工期紧张，通过对标段内地质情况的摸排以及墩柱高度和盖梁结构尺寸的分析归类，最终设计并加工出拼装式组合钢支架，拼装式组合钢支架主要由基础、立柱、砂箱、桁架、分配梁、平联和抱箍组成。该组合钢支架的应用解决了红线占地问题、规避了承台四周软弱地基，且性能安全稳定、拆装简单方便并可多次重复使用。

2.立柱基础

项目绝大部分桥墩位于泥塘、洼地及拆迁建筑上，地基承载力较差，且受红线用地、施工便道、以及边通车边施工的限制，可采用T、M、F型盖梁支架，支架立柱全部落在承台上，并与承台预埋件可靠连接，个别M型、F型支架门洞较宽，需在中间增加立柱保证支架刚度及稳定性。支架立柱基础用预埋螺栓+2cm厚钢板+压板的方式用高强螺母安连接。为保证立柱基础具有足够的抗拔力，预埋螺栓采用直径25mm的螺纹钢，一端套丝便于和高强螺母连接，另一端弯钩使其锚入承台混凝土中，预埋螺栓长度80cm，为确保钢管立柱具有足够平整的放置空间，钢板为0.8m×0.8m×0.02m，承台施工时将套丝好的螺纹钢准确埋入预定位置，施工完成后可用灌浆料进行立柱底部及螺栓四周找平，找平好后即可放置钢板作为钢管立柱底座，通过高强螺栓及压板可确保立柱稳定。

3.立柱分节

拼装式组合钢支架立柱为壁厚1cm、直径630mm的螺旋管，两端各焊接直径80cm、壁厚1cm的带孔法兰盘，调整节立柱内外均焊接加劲钢板。通过对项目墩柱高度的统计归类，盖梁支架立柱可分为各标准节段，盖梁支架分节高度为6m，5m，2m，1m，0.5m，0.35m。由于承台尺寸较小，且立柱基础均立于承台之上，立柱无法拉大间距故而6m立柱均带斜撑，以保桁架着力点够且可分布均匀，立柱与立柱之间均采用直径325mm，壁厚1cm的整装平联通过高强螺栓连接；立柱上均设有打孔耳朵板，每根立柱配备有相应的背笼，在地上拼装立柱时一并将背笼通过螺栓安装于立柱之上，6m立柱上焊接有牛腿支座，可放置于行人走道板。各立柱调整节亦通过高强螺栓连接，经过各个标准节段及平联的组合以及下垫钢板和砂箱标高的调整，可以拼出不同高度的立柱，如此可适用于不同墩高的盖梁施工。

4.砂箱设计

为了方便底模的拆除，可采用木楔或者砂箱，由于木楔安拆工作量大致使功效降低，故选定砂箱。T型盖梁大小里程各设置4个砂箱，F型盖梁大小里程各设置5个砂箱，M型盖梁大小里程各设置6个砂箱。如此可让桁架稳稳坐落于砂箱之上。砂箱上亦设置限位装置，保证桁架安装过程中砂箱不发生位移。

砂箱由孔芯和孔座及卸砂孔构成。孔座为长宽各65cm、厚2cm的钢板和直径377mm、厚2cm的钢管焊接而成；孔芯为长宽各45cm、厚2cm的钢板和直径325mm、厚1cm的钢管焊接而成，孔芯内焊1cm厚的米字型加劲板；为便于砂箱卸砂，卸砂孔采用直径48mm、壁厚5mm的钢管加法兰盘的形式打孔焊接于孔座之上。砂箱孔芯孔座未装砂时的组合高度为30cm，最大装砂高度为40cm，为便于后续底模拆除及砂箱安全，砂箱高度在33～40cm最为适宜。砂箱里的砂采用金刚砂或经洗净筛选后的中粗砂，砂箱装砂时应注意控制装砂高度及密实度，砂箱中的砂必须为干砂。盖梁施工完成后，落架卸砂用水冲洗可很快掏空砂箱内的砂，使桁架下落，砂箱卸荷时必须同步对撑进行，防止单个砂箱卸砂过多至使桁架受力不均。

单个砂箱受力最大N=1622.8/2=811.4kN，根据《路桥施工计算手册》砂箱受力计算如下式（1）：

式（1）中，σ—筒壁应力，取215MPa；H—降落高度，取0.32m；h0—顶心放入砂筒深度，取0.08m；d2—放砂孔直径，取0.02m；δ—筒壁厚，为15 mm；d0—砂筒顶心直径，取0.517m；d1—砂筒直径，取0.527m；

经计算，砂筒所能承受的最大力P=1525kN＞N=811.4kN，因此砂筒强度满足工程要求。

5.桁架分节

由于本项目T型盖梁悬挑部分过长，经过计算采用贝雷梁无法满足盖梁施工受力要求，故采用上下双层型钢组合成为桁架系统；桁架系统采用上下HM488的型钢，中间用HN350型钢焊接作为竖杆和斜杆，大小里程采用20槽钢作为连接剪刀撑，使桁架形成一个整体，每一片桁架用等厚腹板和翼板用高强螺栓连接。考虑拆装及转运方便，桁架片长度为12m、9m、2m节段。为节约型钢用量及减轻桁架自重，对于盖梁投影下的受结构物荷载部分需为双层型钢，对于盖梁两端操作平台采用单层悬挑型钢即可。通过不同节段桁架片的拼装，可拼装出适用不同长度盖梁的桁架，从而使T型、F型、M型桁架达到组合通用的目的。

6.抱箍平联及分配梁布置

由于盖梁上部结构承重较大，最大T型盖梁上部混凝土达209m3，钢筋26T，两端悬臂达到9.05m，为保证盖梁支架在承受上部不均匀荷载时的稳定性，特加设立柱前后平联和抱箍，使整个支架和墩柱固结成一个整体，提高支架的抗倾覆力。平联和抱箍均为拼装栓接形式，抱箍采用双拼I18长2.8m的工字钢加4条直径32mm的精轧螺纹钢组合而成，6m立柱和5m立柱均设置两道抱箍，立柱前后平联采用槽20a前后对拉住钢管立柱。

7.分配梁及安全操作平台

为便于施工在主桁架上布置长6 米的I25 a 分配梁，间距为40～60cm，分配梁布设完毕，盖梁投影以外部分布设5mm厚花纹板作为作业平台，并采用长1.5米φ48mm钢管焊接于分配梁两端作为防护栏杆立柱并用6m长φ48mm钢管布设两道横杆，防护栏杆内侧布设竹胶板，由于盖梁较高，竹胶板无法达到盖梁的高度，特在竹胶板内侧增加3m高的绿色铁丝网作为防抛防坠网，如此整个盖梁操作平台处于临边封闭状态，规避掉物坠人的风险，整个临边防护及花纹板布设完成后，测量放样后即可布盖梁底模于分配梁上进行盖梁的各工序施工。

8.结束语

通过余杭高架四工区已施工完成的62榀盖梁，拼装式组合钢支架在软土地基或既有道路的大悬臂预应力盖梁施工上有非常大的优势，可避免地基处理，拆装便捷，功效得到极大提高，平联和抱箍的设置让钢支架处于平稳抱墩柱的状态，使钢支架的稳定性得到了保证，砂箱的运用不但保证了盖梁桁架的稳定，更给拆卸带来极大便利，背笼及走道板的布置可使拆装方便且提供了支架搭设和检查的操作平台。但对于拼装场地有限的条件下应合理设置桁架及立柱节段，且需较大起重设备配合钢支架的拆装。