三柱式桥墩柱系梁爬升式支架设计与施工技术探讨

廉 强 卿启忠

（中交第一航务工程局有限公司路桥分公司，天津 300461；中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

烟台港西港区3#立交桥工程位于烟台开发区大季家镇山后顾家村东侧，设计起点与疏港高速连接，终点与顺岸19#、20#泊位通用码头连接。在桥墩柱系梁的施工过程中，模板、爬升式支架、支撑系统及操作平台的设计及受力核算能否满足技术规范，施工工艺能否满足现场适用性要求，是本工程施工的重点，也是本文研究的重点内容。

1 工程概况、地质条件及特点

1.1 工程概况

本工程桥梁全长240.23m，共三联由南往北依次为：（23.5+33.23+23.5）+（4×20）+（4×20）m，采用预应力混凝土连续箱梁，每联桥由东、西2幅箱梁组成，设计宽度单幅14.5m、双幅29m。桥梁基础采用灌注桩支撑桩，上部结构采用立柱与连系梁形成框架结构支撑连续箱梁。桥梁横向坡度为2%，纵向坡度为3.5%，导致每根立柱高度不一致，每榀盖梁、柱系梁均有2%的坡度，如图1所示。

图1 聚苯板

图1 柱系梁断面图

1.2 主要工程量（表1）

表1 主要工程量

1.3 工程特点及难点

a.立柱高度不一致，模板制作时应详细考虑分段模板的制作高度，以提高模板的周转使用次数；

b.立柱高度较高，难以控制立柱轴线位置，导致柱系梁模板安装难度较大，施工过程中应重点考虑；

c.柱系梁模板由圆台型侧模、系梁侧模及底模组成，装、卸模板时施工难度较大，且柱系梁东西侧有2%的坡度，制作模板及铺装底模时应重点考虑；

d.柱系梁底模承受荷载较大，底模爬升式支架设计应重点核算，施工技术要点应重点考虑。

2 施工总体安排

项目部积极组织、详细安排、精心编制施工方案，计划先进行第二联桥灌注桩、立柱、柱系梁、盖梁施工，再进行第一联、第三联墩柱体系施工。为保证施工质量及施工可行性，柱系梁侧模采用定型组合钢模板拼装，底模采用爬升式钢架的施工措施。

3 柱系梁施工工艺流程及操作要点

3.1 柱系梁施工工艺流程

施工前准备→柱系梁模板设计→柱系梁爬升式支架设计→柱系梁爬升式支架安装→柱系梁底模铺装→圆台柱底模安装→绑扎钢筋→柱系梁侧模安装→钢圈安装→混凝土浇筑→模板、爬升式支架拆卸

3.2 柱系梁设计及施工技术要点

3.2.1 柱系梁施工前准备

本工程墩柱施工完成后，墩柱垂直度、高度、直径等均满足设计及规范要求，两墩柱中心距偏差均在8mm内，确保满足上部柱系梁装模施工要求。墩柱钢筋调直完成，场地整平完毕，机械设备就位。

3.2.2 柱系梁模板设计

本工程柱系梁由圆台柱及系梁组成，柱系梁模板制作时分为圆台柱底模Ⅰ、圆台柱顶模Ⅱ、系梁底模、系梁侧模Ⅲ。其中圆柱底模Ⅰ与圆柱顶模Ⅱ间、圆柱顶模Ⅱ与系梁侧模Ⅲ间采用法兰连接，法兰厚12mm、宽100mm，螺栓孔间距为200mm，孔中心距离法兰内边缘40mm，孔径为18mm便于穿50mm长Φ16螺栓。因圆柱顶模Ⅱ与系梁侧模Ⅲ间紧密接触，拆模难度较大，在系梁侧模Ⅲ其中一端预留30mm缝隙,便于填塞橡胶止浆条，并采用80mm螺栓紧固连接。系梁底模采用爬升式钢架支撑竹胶板底模，底模坡度为2%，宽度为设计宽度，底模两端与圆台柱底模Ⅰ平滑接触，缝隙间采用2mm厚止浆条进行止浆处理。系梁底模与侧模Ⅲ采用侧模包底模工艺，侧模Ⅲ制作时严格按照图纸坡度要求设计，高度比图纸高度高50mm便于包底模，并在底口、顶口设置双5[槽拉条口，拉条采用Φ25圆钢，上下各三道，如图2所示。

图2 柱系梁模板图

3.2.3 柱系梁爬升式支架设计

本工程柱系梁支架由内层支架、外层支架、顶撑块组成，其中内层支架采用6根10#工字钢作支撑，并在其上、中、下设置三道10#工字钢作横撑及斜撑；外层支架采用4根Φ180×12mm钢管作支撑，其上口及底口采用20#工字钢焊接连接，并在每个底脚处焊接1个Φ30顶丝，便于调节模板高度，在顶口处采用10#工字钢作斜撑，保证钢架整体稳定性；顶撑块由2个长35cm、宽25cm、高25cm楔形块及Φ25对拉螺栓组成。

柱系梁支架安装时，先安装外层支架，并在其支撑杆上标记内层支架安装线，然后吊装内层支架，待内层支架就位后，在外层支架顶端四角处穿插4根20#工字钢搁置内层支架，再通过微调外层支架四角Φ30顶丝，检查底模位置、顶标高及坡度均满足设计及规范要求后，在外层支架底部摆放顶撑块，并拧紧Φ25对拉螺栓。再次查验系梁底模标高，符合要求后，即可进行柱系梁钢筋及侧模安装施工。

3.2.4 柱系梁爬升式支架受力验算

3.2.4.1 内层支架受力验算

本工程系梁尺寸为2775mm×1100mm×1300mm，内层支架顶部纵、横向各布置3根10#工字钢，呈“田”字形布置，横向间距为550mm，纵向间距为1200mm，支架步高为1200mm。

模板体系：1.5kN/m2，方木自重：7.5kN/m2，施工荷载：2.8kN/m2，振捣荷载：取4.0kN/m2。

⑴内层支架顶部10#工字钢受力验算

系梁混凝土自重：1.3×25=32.5(kN/m2)

线荷载q=0.55×（1.2×(32.5+1.5+7.5×0.1)+1.4×（2.8+4.0））=28.2(kN/m)

顶部10#工字钢弯矩为：

图3 顶部10#工字钢内力简图

顶部10#工字钢最大弯矩为：

图4 顶部10#工字钢弯矩图

10#工字钢截面抵抗矩W=4.88×104mm3，截面惯性矩I=244×104mm，弹性模量E=2.1×105MPa，钢材容许应力取215MPa。MPa=104.1MPa<215MPa，满足要求。

顶部10#工字钢最大剪力为:

图5 顶部10#工字钢剪力图

顶部10#工字钢最大剪力为：

τ剪=Qmax/A=21.15×1000/1430=14.8(N/mm2)<[τ]=125(N/mm2)，剪力强度满足要求。

顶部10#工字钢最大挠度为：

顶部10#工字钢挠度满足要求。

⑵内层支架支撑杆10#工字钢受力验算

①支撑杆轴方向荷载验算

σ=F/A=(21.15+21.15)×1000/1430=29.6(N/mm2)<[σ]=215(N/mm2)，满足要求。

②轴心受压稳定性验算

N/（φA）≤f

N-轴心压力

φ-轴心受压构件的稳定系数,长细比L/b=1.2/0.1=12，查表得φ=0.968

A-工字钢截面积

f-钢材的抗压强度设计值，取215(N/mm2)

（21.15+21.15）×1000/(0.968×1430)=30.56(N/mm2)<215(N/mm2)，满足施工要求。

3.2.4.2 外层支架受力验算

本工程柱系梁外层支架顶部横向间距为1.3m，纵向间距为2.6m，支架高2.4m。因外层支架横杆受力较小，可不作受力分析，只对支架立杆进行受力计算即可。

外层支架最大支座反力为：

3.3 柱系梁实施效果

本工程柱系梁施工完成后，圆台柱与立柱、系梁接缝结合紧密，无漏浆现象，柱系梁尺寸、坡度、顶面标高等均满足设计及规范要求，且柱系梁混凝土色泽一致，表面光滑平整，外观质量美观。

4 实践中的经验、教训

本工程采用爬升式支架模板设计安装，并按现有施工规范进行设计验算，根据典型施工的技术参数优化，各项指标能够满足规范要求，可为类似项目施工提供经验数据。柱系梁模板由定型组合钢模板拼装而成，模板与立柱混凝土接缝处易因两者模板尺寸不一致，出现模板包不住混凝土面或模板缝隙较大，影响混凝土外观质量。为防止类似质量通病发生，模板使用前需打磨光滑，并涂擦蜡油，确保柱系梁混凝土面光滑，待立柱施工完成后，现场测立柱直径，控制柱系梁模板底部比立柱直径测量值大约4mm，且在柱系梁底模及模板拼缝处可贴止浆条，止浆条应贴平整，接茬部位平滑，不出现褶皱现象，可有效达到止浆处理的效果，确保混凝土质量受控。

5 结语

本文采取理论与实际相结合的方法，总结了三柱式桥墩柱系梁爬升式支架设计与施工技术，总结了桥墩柱施工过程中的经验和教训，提供了宝贵的施工技术参数，对同类项目的施工具有较强的指导意义。