公路桥梁现浇混凝土箱梁施工阶段钢管桩支架法的应用分析

任志远

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001）

0 引言

在公路桥梁项目施工中，满堂支架法的应用广泛，是桥梁预应力现浇混凝土箱梁施工环节的重要手段，但由于该方案需要使用大量模板且施工工期长，所以在山区桥梁项目施工中应用受限。为解决山区桥梁施工中难以应用满堂支架法的弊端，拟选取钢管桩支架法进行施工，能有效控制工程造价，节约材料消耗并降低地基沉降对施工质量的影响，合理控制现浇混凝土箱梁施工线形。

1 工程概况

某公路桥梁项目设计长度379m，桥梁跨径24.3m，桥梁上部结构包括现浇筑预应力混凝土连续梁和预制混凝土小箱梁。箱梁桥面宽度27m，设计梁高1.6m，腹板为铅垂结构，墩顶设横梁，现浇混凝土箱梁连续梁顶板和底板处均设置横坡。

2 支架受力计算

在公路桥梁现浇混凝土箱梁钢管桩施工前，需通过现场勘测获取支架受力情况，模拟支架受力范围，确定具体数据后方可进行后续施工[1-3]。

2.1 施工荷载计算

现浇混凝土箱梁钢管桩的施工荷载来源多，主要包括施工人员、施工机械设备、钢筋混凝土荷载、混凝土振捣荷载、模板荷载、风荷载等，其计算公式如下：

g 为现浇混凝土箱梁钢管桩施工荷载；g1为钢筋混凝土荷载水平，现场勘测结果显示其水平为42kN/m2；g2和g3为混凝土振捣荷载与施工人员、施工机械设备荷载，取值分别为2.0kN/m2和2.5kN/m2；g4和g5为模板荷载、风荷载，取值均为0.3kN/m2。

2.2 钢管桩支架受力计算

该项目钢管桩高度12m，支架高度6m，贝雷梁高度1.5m，以项目设计要求为基础确定宽度与高度比为2，宽度30m，钢管桩横向布置情况如图1 所示。项目施工需严格执行现行建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范工艺要求，以施工实践为基础，可忽略风荷载的影响。确定钢管桩桩径为0.63m，桩高为12m 时，对应的风荷载均布水平为0.27kN/m2。选取现浇混凝土箱梁钢管桩中间部位为测量点，结合目标监测数据构建受力模型[4-5]，详见图2 所示。

图1 钢管桩的横向布置示意(单位：cm)

图2 钢管桩受力计算模型中的构件示意

水平方向的钢管桩借助焊接槽钢牢固连接，钢管桩立杆连接严格执行操作规范，进行纵向剪切撑搭设并满焊连接部位，以1.2 倍自重为基础计算竖反向作用力水平为1680kN，横向支撑极限值为58kN，弯矩影响下的纵向作用力极限值为49kN，剪切极限值为76kN。借助模型计算钢管桩体受力面积和剪力值，结果显示两项指标均符合Q235 钢各项要求，性能符合规范要求。

该项目支架体系选用现浇混凝土箱梁钢管桩支架，模型结构的稳定性情况为：外部荷载P 为73MPa，小于限定值140MPa，钢管桩支架构件长细比为54，小于标准值150，各项性能均符合设计要求。截面轴心受压构件对应的弯曲系数值为90MPa，小于标准值215MPa，系统稳定性达标。

3 钢管支架法施工技术要点

3.1 地基处理

平整并碾压地基，以项目设计方案为基础进行沉桩，施工环节加强现场勘测，实时监控桩身垂直度及位置，并与设计值相比较，出现偏差时及时调整。沉桩到位后及时进行桩顶标高测量，根据设计方案指标进行桩顶切割与平整，保持钢筋混凝土顶部平齐，在合适位置埋设钢板，确保支架结构稳定，夯实平整地基，以提高结构的牢固程度[6]。

3.2 钢管桩支架施工

钢管桩支架型号为长12m，厚10mm，直径630mm，以载重量25t 汽车吊装钢管桩点，桩点布设需符合项目设计要求，于桩顶部位焊接65cm×65cm 钢托，各桩间合理布设纵向剪力撑。钢管桩安装完毕后，于桩顶部位安装工字钢、肋板，进一步加固钢管桩。布设完毕后，以项目方案为基础，结合施工图纸对钢管桩贝雷梁进行现场调试，借助吊装设备转运至指定位置进行安装。于贝雷梁上设置工字钢分配梁，借助卡扣将贝雷梁与工字钢紧密连接，并搭设支架。选择不同型号的立杆组合，结合项目特点与施工实际情况妥善连接，确保不同连接区段的立杆接头连接妥当，提升支架结构的稳定性。选1.2m 和3.0m 立杆进行首层支架的搭设，利用立杆接长并于顶端位置进行顶托安装，牢固连接[7-8]。

各构件安装完毕后，严格执行技术操作规程与施工规范，完成纵向剪力撑与横向剪力撑布设，提高支架系统的稳定程度与安全性。完成支架搭设后，顶托上方横向、纵向交错布设方木并进行模板安装，安装拼接完毕后对其性能进行详细检查，避免出现松动、连接不牢等现象，实压前全部检查完毕确保系统稳定。

3.3 模板安装

以规格为1.22m×2.44m×15mm 的整块覆膜竹胶板作为箱梁外模板，纵向布设于支架体系上，顶托上布设方形槽钢，使其与竹胶板交错分布，上层铺设方木并调节至适当位置。方木型号为l0cm×l0cm，间隔30cm 铺设，将模板与方木牢固连接，再铺设腹板侧模、翼缘板底模，铺设间距仍为30cm，中间设置加强肋提高结构稳定性。

以加工好的型号为5cm×8cm 和l0cm×l0cm 方木铺设于箱梁内部并用木质支架作为支撑，制作腹板模板时脚底部增加20cm 作为压浆板，避免浇筑过程中混凝土泄漏。内模合理布设20mm 直径的钢马镫、混凝土模块，均匀布设在内模支架立杆不同位置，确保结构稳定性。

3.4 支架预压

施工过程中对支架弹性形变进行准确测量，同时检测地基沉降值，采用水袋预压法进行超载预压试验，预压总荷载为综合荷载的1.1 倍。

3.4.1 加载顺序。以钢管桩支架受力状况为基础，分5 级标准加载荷载，按照20%预压总荷载—40%预压总荷载—60% 预压总荷载—80% 预压总荷载—100%预压总荷载的顺序进行加载。

3.4.2 观测点布设。在满堂支架端部的左侧、中间、右侧分别设置三个沉降观测点，三跨贝雷梁跨中位置设置沉降观测点，观测点位于顶托木上方。

3.4.3 预压观测。在上一层荷载加载完毕后，方可进行下一层荷载预压，两层荷载施加需间隔1h，并连续进行钢管桩支架沉降量的监测。支架顶端监测点结果显示，支架12h 沉降水平小于2mm 为质量达标，可进行后续加载。连续测量高程差水平低于2mm表明沉降值可控，将记录结果提交给总监理工程师，经其签字确认后继续增加荷载至100%预压总荷载，记录高程值并反复测量，对结构稳定性进行评估。日沉降量小于2mm，或连续3d 监测结果显示直接荷载水平累计值小于5mm，可将荷载逐步卸载[9]。

3.4.4 卸载及支架调整。按照荷载预压相反的施加顺序进行卸载，观测支架形变量，同时以起拱度为基础合理调整梁底杆高度。

3.5 钢筋加工及安装

现浇混凝土箱梁钢管桩支架为钢骨架，骨架钢筋焊接中需严格把控质量关，避免因结构变形、弯曲、移位而影响施工质量。根据项目需求提前在钢筋料场内，结合材料尺寸进行钢骨架的制作，将型号合适的型钢固定在骨架内部，并完成放样焊接。采用点焊对称焊接的方案进行，且按照从中间向两侧的顺序从上到下进行焊接，需注意焊接工序一次完工，同侧同步对称焊接焊缝，并借助22#铁丝绑扎牢固，将铁丝头部弯向混凝土内部，增强钢筋骨架结构的稳定性。以塑料垫块作为保护层并按照梅花形状进行布设。

3.6 钢绞线安装

钢绞线安装需严格执行施工图纸方案，合理选择波纹管放置位置，精确定位后以钢筋井字架固定并焊接。施工中预应力束长度大，易弯折，增加了混凝土浇筑后穿束工艺难度，为提高施工便捷性，采取后张法进行施工，安装完波纹管后即进行穿束，根据项目特点和施工现场情况制作型号合适的钢束，以人机配合方案进行施工。

3.7 混凝土浇筑

箱梁混凝土浇筑分两次进行，首次浇筑高出腹板与翼缘板交界处2cm，顶板钢筋绑扎完毕且凿毛施工后，布设好标高控制点后进行二次浇筑[10]。

第一，纵向沿箱梁一端从高处向低处的顺序进行浇筑，先浇筑中间后浇筑两侧，对称施工从上到下分层、分段进行。

第二，监测混凝土入模温度，并严格控制工艺指标，30℃以下方可进行入模施工。以8m3商混车将混凝土运送至施工现场，并利用汽车泵输送入模，选定合适型号的泵车，使其扬程符合条件。混凝土浇筑过程中保持出料口与浇筑面之间的高程差不超过2m，严格按照施工顺序有序浇筑，加强现场监测并控制工艺参数。

第三，各施工作业面配备专业振捣人员进行操作，采用人机配合的方案施工，需使用的设备包括30型振动棒2 台和50 型振动棒5 台，小间距作业时选择30 型振动棒进行振捣作业，其余情况下选择50 型振动棒进行振捣作业。施工中严格控制作业时间，振捣施工需到位，不可触碰预埋件及模板，不可触碰钢筋，防止振捣作业中出现振捣过度、漏振情况影响施工质量。

3.8 安全管理保证措施

第一，建立健全机构，明确岗位职责，是开展安全生产工作的基础。遵循“建设单位主导、监理单位督促、施工单位负责”的要求，与安全生产小组相结合，对其机构设置与职责进行规范。

第二，为了保证安全监管的有效性，安全管理部门要对工程建设的安全管理工作进行合理分工，使工程建设的安全管理更加有效。

第三，加强安全管理，做好安全生产和劳动防护工作。确保施工现场工作人员的人身安全，全面落实安全施工责任制，实行责任管理，责任到人。

第四，加强安全管理，对安全隐患进行排查，对违规指挥、违规操作坚决予以制止。做好安全宣传、教育、培训工作，严格遵守安全生产规定。

第五，在执行施工技术措施时，也要执行安全、文明施工措施。施工现场应设置显著的安全标志、标识、标牌，车辆进出施工区时应按照规定的路径行驶。

4 结语

综上所述，基于公路桥梁现浇混凝土箱梁钢管桩支架施工实践，借助钢管桩、贝雷梁设计现浇箱梁钢管桩支架支撑系统，并建立钢管桩受力计算模型对支架受力情况进行分析，通过对地基处理、钢管桩支架施工、模板安装、支架预压、钢筋加工、钢绞线安装、混凝土浇筑等工艺要点进行分析，总结现浇箱梁钢管桩支架施工的关键点。通过案例分析证实钢管桩支架法能有效避免常规满堂支架法的不足，在各类桥梁项目工程中适用性强。