临时钢结构支撑在桥梁施工中的应用技术

费国庆

摘要：通过对龙峰桥工程钢结构临时支撑的应用，总结钢结构临时支撑在桥梁工程施工过程和技术方法。针对桥梁工程跨度大、架空高的特点，探索钢结构支撑应用技术的条件，结合工程实践，探讨支撑技术及应用。

关键词：钢结构;临时支撑;大钢管+贝雷架;设计及施工

以龙峰桥工程为例对支撑施工进行论述。根据“十四五”规划及我公司“两商战略”实施，现期正在进行的项目有广宁县绥江罗锅大桥及首约至罗锅公路工程、武汉到大悟高速公路工程项目等，都有需要应用钢结构支撑。本应用技术对类似工程有现实指导意义。

一、钢结构模板支撑施工方案的应用

1.1某桥梁施工中现浇混凝土板梁模板支撑方案

1.1.1工程概况：

龙峰桥为钢筋砼栈道桥，全长约609.6m，桥宽4.1m。采用现浇钢筋混凝+连续板梁，上部结构主梁均采用整联整幅现浇结构，梁高均为650mm上下顶底板厚为125mm，内置PE管分设内腔，PE管规格采用为400X12.3mm，悬臂采用半径1308.3mm圆曲线形外包，整体横断面形状呈一定的鱼腹式，桥墩墩顶处设置中横梁和端横染，其中中横梁宽为1500mm，端横染宽为750mm。桥墩采用单柱/双柱伞型桥墩，墩柱直径1.0m，承台厚1.5m，承台下接单根/两根直径1.0m的钻孔灌注桩基。A轴线中部连接B轴线起终点，其中A轴线桥长295.9m，B轴线桥长103.7m，C轴线桥长210m。

1.1.2工程地质及水文概况

工程场地处于以冲积平原为主地貌，工程场区的外侧河道为晋江西溪、晋江干流汇合口、晋江西溪，属晋江金鸡拦闸库区，沿河道呈狭长型展布，岸边高程上般为-3～1m，I级阶地阶面高程一般为10～14.5m，阶地上主要种植有地瓜、树苗等经济作物。

晋江西溪金鸡闸库区正常蓄水位为7.0m。冲积平原地貌I级阶地道路场地沿线地下水位主要受金鸡闸库水位及沿岸河沟水位的控制，场地地下水类型主要为孔隙潜水、及局部位置的孔隙承压水。场区含泥细砂、中细砂、中粗砂、粗砂和砂卵石为地基主要含水层，水量较丰富，含水层状态一般呈层状，下部强中风化基岩以基岩裂隙潜水为主;一般上部水量较小，中下部水量较大，孔隙潜水主要接受大气降水和山坡高处地下水补给，地下水向平原区潜流或向河沟排泄。

一般地下水位变幅为0.5～1.Om，局部可达2.0m以上。根据当地水文观测资料，工程场区历史最高地下水位达到14.5m，高于现有地表高程，近3～5年最高水位约11.8m。

1.1.3上部结构现浇空心板梁混凝土施工方案A、采用满堂脚手架支撑方案

1、桥位区为龙峰桥A区、C区，陆地施工条件相对较差。施工时，先将桥位地基处理后，采用扣件式满堂脚手架单幅逐跨现浇施工工艺进行施工，施工时，外侧模采用高强度覆膜竹胶合板（按一联长配置一套模板），底模采用高强度覆膜竹胶合板（按一个标准跨和一个首跨长度配置）。

B、采用临时钢结构钢管柱+贝雷片纵梁模板支撑

1、现浇支架总体施工布置

龙峰桥的上部板梁结构施工拟采用钢管桩柱贝雷梁和满堂钢管组合承重支架法施工，钢管桩柱采用D530×10mm螺旋钢管，贝雷梁跨度3.6m～6.5m。采用底部结构为现浇贝雷片支架，在贝雷片支架上设置碗扣小钢管立柱相结合施工措施。

施工时，先将桥位地基处理后，支架方式采用大钢管柱+贝雷片纵梁形式，逐跨现浇施工工艺进行施工。施工时，外侧模采用高强度特制钢模板（按一联长配置一套模板），底模采用高强度覆膜竹胶合板（按一个标准跨和一个首跨长度配置）。

二、临时钢结构支撑在现浇模板支撑中设计及施工技术

2.1大钢管+贝雷梁模板支撑系统的设计

2.1.1支架系统结构形式

龙峰桥A区、C区，陆地施工条件相对较差，支架方式采用钢管柱+贝雷片纵梁形式，外侧模采用高强度特制钢模板（按一联长配置一套模板），底模采用高强度覆膜竹胶合板（按一个标准跨和一个首跨长度配置）施工时，先将桥位地基处理后，逐跨现浇施工工艺进行施工。施工支架采用贝雷梁钢管支架。支架结构从下到上依次为：钢筋混凝土基础+钢管桩（530×10mm）+桩帽+砂箱+横梁分配梁（2I36a型钢）+纵梁（贝雷片）+底模横向分配梁（10cm×10cm木方满铺）+模板（15mm厚竹胶板），具体结构及布置见附图

2.1.2钢管柱贝雷片支架支撑系统受力验算

一、验算2I36a工字钢横梁

根据《路桥施工计算手册》各项竖向荷载和有关材料特征值如下：

验算刚度荷载组合：q2 1 2 6 1.2 0.75 1.2 25 0 30.9kN/m2查表得：2I36a工字钢横梁弹性模量E 2.1 105MPa;弯曲应力[ W] 205MPa

查表得，2I36a工字钢横梁截面特性：截面面积A=152.88cm2;质量120kg/m;Ix=31592cm4;Iy=1109.8cm4;Wx=1755.2cm3;Wy=81.6cm3。

2I36a工字钢横梁按照均布荷载下跨度3.1m的简支梁计算应力和挠度。Q1=q1l=40×3.1=124kN/m

跨中最大弯矩：M=Q1l2/8=124×3.1×3.1/8=149kN.m。

支点剪力：τ=Q1l/2=124×3.1/2=192.2kN。

（一）、強度验算：

=3=84.9MPa<[σ]=205MPa

（二）、刚度验算：

Q2=q2l=30.9×3.1=95.79kN/m

f 5Q2l4 5 95.7

二、验算Φ530*10mm钢管支架立柱

设钢管立柱长度为5.0m，钢管支点处的荷载为：N=223.43kN。

截面回转半径：r     186mm

面积A=8242.5mm2

长细比：

l 2 5 54   150

查规范《钢结构设计规范》（GB50017-2017），查得ψ=0.837。

（一）、强度验算

N 223.43 1000 27.11MPa<    205MPa

强度满足要求。

（二）、稳定性验算（按轴心受压计算）

N= Af=0.837 8242.5 205=1414.3kN N=223.43KN稳定性满足要求。

三、钢管支架钢筋混凝土独立基础计算

采用钢筋混凝土独立基础作钢管支架支承，基础必须落于粉质粘土或含泥细砂上，如果地质不符，须换填砂砾处理，查该工程地质勘探报告得知，地基承载力为150kPa及以上。

独立基础承载力计算，按钢管支架受轴心压力最大进行，即取223.43kN。基础尺寸為1.50×1.50×1.0，内配单层钢筋网片 16@200，C25混凝土。承载力计算如下：

钢筋混凝土基础自重：1.50×1.50×1.0×25.0=56.25kN

上部钢管支架荷载：223.43kN

124.3kPa 150kPa

故独立基础的截面尺寸满足要求。

四、贝雷桁架的设计验算

根据《路桥施工计算手册》各项竖向荷载和有关材料特征值如下：

1、模板、支架、拱架、脚手架自重：取0.5kN/m2

2、新浇钢筋混凝土重度：取25kN/m3

3、施工人员、施工料具运输、堆放荷载：取2.5kPa，即2.5kN/m2

4、倾倒混凝土时产生的冲击荷载：2.0kPa，即2.0kN/m2

5、振捣混凝土产生的荷载：取2.0kPa，即2.0kN/m2

6、其它可能产生的荷载：按实际情况，不考虑。计算承载力荷载组合：

q1 1 2 3 4 5 6 1.2 0.5 1.2 25 1.4 2.5 1.4 2.0 1.4 2.0 0 39.7kN/m2

验算刚度荷载组合：q2 1 2 6 1.2 0.5 1.2 25 0 30.6kN/m2

按照均布荷载下跨度6.0m的简支梁计算应力和挠度：

查表得：贝雷梁弹性模量E 2.1 105MPa;弯曲应力[ W] 210MPa查表得，六道贝雷梁截面特性：Ix 751491.6cm4，Wx 10735.6cm3

跨中最大弯矩：M1/2=1q1l2=0.125 39.7 6 6 6=1071.9kN.m

支点剪力：Q=1q1l=0.5 39.7 6.0 6.0=714.6kN

M1/21071.9 106

x

强度满足要求！

（二）、刚度验算：

f 5q2l4 5   1103 6   103 1.96mm   l 6000 15mm

刚度满足要求！

2.2大钢管+贝雷梁模板支撑系统的施工技术

2.2.1施工工艺流程

施工准备→地基处理→钢管柱安装→安装砂箱2I36a工字钢横梁安装→纵梁安装（贝雷片）→安装I16工字钢及方木→安装模板→支架预压→钢筋绑扎→混凝土浇筑→拆除模板及支架。

2.2.2支架系统结构形式

施工支架采用贝雷梁钢管支架。支架结构从下到上依次为：钢筋混凝土基础+钢管桩（530×10mm）+桩帽+砂箱+横梁分配梁（2I36a型钢）+纵梁（贝雷片）+底模横向分配梁（10cm×10cm木方满铺）+模板（15mm厚竹胶板）。

2.2.3钢管柱+贝雷片纵梁施工方法

1、地基处理

原有地基整平压实后，铺设，采用20吨压路机碾压平整，采用C25钢筋混凝土独立基础作钢管支架支承，基础尺寸为1.5×1.5×1.0m，内配单层钢筋网片Φ16@200mm.。基础必须落于粉质粘土或含泥细砂上，如果地质不符，须换填砂砾处理。

2、钢管柱拼装

钢管柱安装在已浇筑完的混凝土基础上，混凝土强度达到100%方可进行钢管桩的支设，钢管桩采用φ530钢管，壁厚为10mm，每根立柱高度根据施工图确定，立柱用标准管节为6m、4m、2m、1m、0.5m、0.3m、0.2m的管节组拼而成，在吊装前进行柱底、柱顶结构的焊接以提高钢管端部的抗剪能力，柱顶结构做法：先在柱子底端环向开4个长度40cm、宽1cm的口，间距90°，然后往口内插入钢板，使钢板在孔内呈“十”字状。最后在钢板底端焊接1块800mm×800mm×10mm钢板。柱底结构做法：在柱底外侧环向焊接4块加劲钢板，间隔角度90°。

3、钢管柱支设

根据钢管柱位置，在混凝土基础上标记出钢管中心线，安排汽车吊就位，计划使用25T汽车吊进行吊装施工。钢管桩支设过程中需在至少两个角度安排两个施工人员进行垂直度控制，指挥吊臂前后、左右摆动以调整钢管桩的垂直度。

4、安装砂箱、2I36a工字钢横梁

在桩顶结构顶部利用φ462×12（筒体）和φ430×10钢管（筒塞）做砂筒，用来调整标高和落架。在筒体中填入干砂、筒塞中填入C30混凝土，可通过控制筒塞的角度来调整支架的横坡，每个砂筒顶面用2根6m长的I36a工字钢做分配横梁。

5、贝雷片安装

贝雷架安装时先在场地先组拼装好，然后一次性吊装至I36a工字钢横梁上。贝雷梁吊装时用支撑架螺栓将竖向支撑架、水平方向支撑架和贝雷连成一个整体，每节贝雷接头位置安装一片支撑架。为保证梁的刚度，贝雷、加强杆、支撑架之间采用接头错位连接，这样可减少由于贝雷桁架接头变形产生的主梁位移。连接贝雷桁架的所有螺栓螺帽必须拧紧，涂上黄油的贝雷桁架销子穿到位后，必须插好保险销。

6、底模分配梁、木方安装

底模分配横梁采用10cm×10cm木方满铺布置在贝雷片上，底模分配横梁与贝雷片弦杆安装贴紧即可。

2.2.4钢管柱贝雷片支架堆载预压

1、目的

为消除支架在搭设时接缝处的非弹性变形和地基的非弹性沉陷而获得稳定的支架，应逐孔进行预压。为获得支架在荷载作用下的弹性变形数据，确定合理的施工预拱度，使箱梁在卸落支架后获得符合设计的标高和外形，应进行沉降观测。（支架预压的目的：1、检查支架的安全性，确保施工安全。2、消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于桥面线形控制。）

2、堆载

支架预压时因考虑到堆载的物品和施工过程中工人的操作误差等因素，则取1.2的不均匀系数，用编织袋装砂作预压材料，砂袋的堆积高度按梁体自重分布曲线图变化取值，从而使预压荷载的分布与梁体荷载的分布相吻合。设计一联30m，混凝土52.1m3，每跨10m，17.4m3，重量为44t，1.4倍取重量，53t，实际预压计划为67t。

3、监测方法

为了找出支架在上部荷载作用下的塑性、弹性变形，在加载50%和100%后均要复测各控制点标高，加载100%预压荷载并持荷24小时后要再次复测各控制点标高，如果加載100%后所测数据与持荷24小时后所测数据变化很小时，待24小时内累计沉降量不超过1.5mm，方达到设计要求，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸载，否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降到位方可卸压。卸压完成后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架和地基的弹性变形量（等于卸压后标高减去持荷后所测标高），用总沉降量（即支架持荷后稳定沉降量）减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形（即塑性变形）量。预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。

沉降观测一直持续到整个箱梁浇注完毕，特别注意砼浇注时支架的沉降，若浇注时，支架沉降超过预压沉降观测时预留沉降量时，应停止继续浇注，以防事故的发生。

三、使用临时钢结构支撑方案的对比

3.1施工难易度比较

3.1.1A、C区采取两种方案，其不同之处在于方案一采用临时满堂小钢管脚手架，这个技术现在比较成熟，比较通用;方案二采用大钢管支撑，大大减少了临时钢结构件的数量，同时其在安装及制作上可以使用机械吊装及焊接;方案二难度要大，但在熟练技工操作上难度相当;

3.2进度效率比较

3.2.1A、C区满堂脚手架主要采取人工操作，临时钢管钢结构件成千上

万，同时满堂脚手架需要在整个架体区进行基础处理;大钢管支撑在结构设计上简单明了，经计算在一联区域（10mX10mX10m），按高支模区域计算，满堂架体搭设工程量：12X8X30=2880m3，而大钢管支撑只需要6组，满堂脚手架施工大概需要30个人工完成，6～10个人需要3～4天完成，大钢管支撑大概需要3～6个人工，吊车一台班计划1～2天完成，在进度上大钢管利用机械作业效率要高出30%～50%;

3.3成本比较

3.3.1满堂脚手架在一联区域内使用材料费用基本相当，但在人工及其它费用上，因为经过近10年的建筑行业发展，人工费用涨幅较大，机械费用还有所下降，满堂架一联费用预计：30X400=12000元，大钢管支撑费用预计：1300X2+6X400=5000元，只有满堂架费用的40%，大大降低了施工成本;

四、结论

现浇混凝土支撑系统是模板工程最重要的组成部分，优化支撑系统、减少模板工程费用、节约劳动力、提高施工效率等成了现浇混凝土施工的主要发展方向之一。

大钢管+贝雷梁支撑体系，其特点是装拆方便，可按需要组成不同形状，通用性强，临时钢结构在模板支撑体系广泛应用，对建筑的施工进度、造价等方面发挥了重要作用，传统现浇楼板支撑体系具有较好的经济性，但技术性能相对较差，若能提高其技术性能，经优化后的临时钢结构模板支撑系统安拆更方便，周转率更高、操作简单，可广泛用于现浇板混凝土结构施工。

参考文献：

[1]设计图纸文件

[2]周水兴，何兆益.路桥施工计算手册.人民交通出版社

[3]钢结构设计规范GB50017-2017