高墩大盖梁无支架支撑体系结构验算及施工技术研究

收稿日期：2024-01-18

作者简介：马三成（1970—），男，本科，工程师，从事路桥施工工作。

摘要 文章针对G4216线屏山新市—金阳段高速公路桥梁工程中采用的无托架支撑系统，展开了研究。该系统通過在桥墩上预留孔洞，利用高强度钢管固定于钢柱，并在其上设置调整砂桶，布置工字梁进行支撑，确保结构稳定。研究通过验算支撑体系的结构性能，包括工字梁、钢管等的受力情况及变形，以验证其符合设计要求。同时，详细描述了施工过程中的技术操作，并针对施工中可能出现的问题提出了解决方案。研究旨在为类似工程提供施工经验和技术指导，促进我国桥梁工程建设的规范化和高效性。

关键词 高墩；大盖梁；无支架支撑；施工技术

中图分类号 U445.464文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）09-0140-03

0 引言

在传统桥梁建设中，常采用支撑架或支模保障结构施工的稳定性。然而，这种传统支撑系统在高墩、大跨度盖梁的情况下存在一系列问题，如施工周期长、成本高等。因此，需要一种新的支撑系统解决这些问题。在已有研究中，梅争贵等[1]就高墩大盖梁无支架支撑体系的施工技术进行了讨论，探索了其在工程中的应用。闫亚东[2]对桥梁盖梁双抱箍支撑体系的关键技术进行了研究，提出了一种新的支撑方式。李旭锋等[3]对无支架支撑体系在高墩盖梁施工中的设计参数和结构验算进行了深入分析。王鹏等[4]研究了十字花瓶高墩盖梁无落地支架支撑体系的应用与效果。罗浩东[5]则讨论了桥梁排架盖梁无支架施工的应用与效果。这些研究为该文的研究提供了参考依据。基于此，该文针对G4216线屏山新市—金阳段高速公路桥梁工程采用的无托架支撑系统展开了深入研究。通过详细验算支撑体系的结构性能，包括工字梁、钢管等的受力情况及变形，验证其符合设计要求。同时，该文在施工技术方面进行了全面的探讨，解决了可能出现的问题，为类似工程提供了施工经验和技术指导。

1 工程概况

G4216线屏山新市—金阳段XJ7标线是四川省雷波县双河口乡、黄琅镇的一段，由一条主线及一条连接线组成。主干线长度为2 683.490 m（ZK36+796～ZK40

+480，K36+808～K40+480），主要由火烧棚特大桥（85 m+160 m+85 m的钢管混凝土格构墩连续刚构）、火烧棚1～3号桥和双河综合体组成。主干线路基长度154.858 m，占全长的5.8%；桥梁9座，长度2 528.632 m，占全长的94.2%。马湖连接线总长度9 445.593 m（二级公路），主要有马湖隧道（6 520 m）、马湖1～9号桥与连接桥之间的路基组成，路基长度1 989.953 m，占全长的21.1%；桥梁10座，长度1 492.640 m，占全长的15.8%；隧道2座，长度5 963 m，占全长的63.1%。双河连接线总长4 232.608 m（二级公路），该工程由双河1～9号桥与连接桥之间的路基组成，路基长度3 276.868 m，占全长的77.4%；桥梁9座，长度955.740 m，占全长的22.6%。

2 支撑体系结构验算

2.1 计算模型概况

（1）工25a型工字型分配梁的计算模型：工25a型工字型分配梁直承受全部荷载，布置在工63c型梁上，横梁紧邻独柱式桥墩两侧，间距为顺桥向2.6 m。据此，工25a型工字型分配梁的计算跨度为2 m，盖梁底宽2.6 m，分配梁两端分别悬臂0.95 m。鉴于悬臂在跨中受力较大，为保证安全，可忽略悬臂影响，按简支梁模式进行计算。

（2）63c型工字钢纵梁的计算模式：双拼63c型工字钢纵梁各自承担25a型工字钢纵梁的自重，形成均布荷载。在这种情况下，两个双拼63c型工字钢纵梁分别承担一半的受力。63c型工字钢架设于双拼45a型工字钢枕梁之上，而双拼45a型工字钢则安装在顺桥向的预制钢筋上。因此，在作用范围B=4.0 m的条件下，63c型工字钢纵梁需承担的均布荷载q为两个悬臂的外伸量。

（3）工45a工字型钢枕梁的计算模式：45a工字型钢梁承担各一组63c型工字钢的自重。

2.2 计算结果

2.2.1 独柱墩

（1）分配梁I25a的计算：I25a分配梁置于一根长度为0.50 m的双拼型I63c工字钢纵桁上。I25a分布梁跨度中部承受最大弯矩，其值为78.6 MPa＜[σ]=215 MPa，满足要求。I25a分配梁剪应力的最大值出现在与双拼式I63c工字钢的纵桁接触部位，具体如下：剪应力最大值为22.8 MPa＜[τ]=125 MPa，分配梁抗剪强度符合设计要求；（I63c工字钢纵向弯曲导致下挠），I25a在中间段的挠度为8.205 mm?6.636 mm=1.569 mm。I25a分配梁竖向位移最大值1.569 mm＜L/400=2.6/400=6.5 mm，I25a刚度满足设计要求。

（2）I63c双拼式工字梁的计算：双拼式I63c型工字钢纵向梁各承担I25a型钢桁梁的自重，在双拼型工I45a型枕梁上设置双拼型I63c型工字钢，其荷载等效为悬臂梁线单元荷载。双拼式I63c型工字钢在悬臂端部受到最大的弯曲应力，其值为181.4 MPa＜[σ]=215 MPa。双拼式I63c工字型工字钢的最大剪力出现在悬臂末端根部，具体如下：

最大剪应力为34.20 MPa＜[τ]=125 MPa，双拼式I63c型工字梁的抗剪强度达到设计要求。

双拼I63c型工字钢纵桁的最大竖向位移为28.42 mm＜L/400=13.45/400=33.63 mm，双拼式I63c工字型桁条的刚度满足规范。

（3）I45a型工字钢枕梁的计算：双拼式I45a工字型钢枕梁承担2对I63c型工字钢横梁的自重，双拼式I45a工字型钢的枕梁置于φ140 mm高强度钢筋上，作为节点荷载。双拼式I45a型工字钢的枕梁在悬臂末端承受最大弯曲应力，其值为64.1 MPa＜[σ]=215 MPa，满足要求。剪应力最大值68.50 MPa＜[τ]=125 MPa，双拼型I45a型工字钢枕梁的抗剪强度达到设计要求。

2.2.2 双肢墩

（1）分配梁I25a计算：I25a分配梁置于一根长度为0.50 m的双拼型I63a工字钢纵桁上。分配梁跨度中部的最大弯矩为I25a，其值为124.2 MPa＜[σ]=215 MPa，满足要求。剪应力最大值为38.7 MPa＜[τ]=125 MPa，分配梁抗剪强度符合设计要求。I25a分配梁跨中段的挠度为7.458 mm?4.384 mm=3.074 mm（I63a工字钢纵向引发下挠）。梁竖向位移在I25a中的最大值为3.074 mm＜L/400=2.952/400=7.38 mm，I25a分配梁具有满足设计要求的刚度。

（2）I63a双拼式工字梁的计算：双拼式I63a型工字钢纵向梁各承担I25a型钢桁梁的自重，双拼式I63a型工字钢采用φ140 mm高强度钢筋，按线性单元荷载计算。双拼式I63a工字钢在悬臂末端承受最大弯曲应力，其值为87.6 MPa＜[σ]=215 MPa，满足要求。双拼式I63a工字钢纵向最大竖向位移为6.522 mm＜L/400=19.25/400=48.125 mm，双拼式I63a型工字钢纵梁具有满足设计要求的刚度。

（3）高强度φ140 mm钢筋的计算：采用Φ140 mm高强度钢筋，对两根I63a工字钢进行节点承载力计算。高强度钢管直径为φ140 mm时，悬臂端部承受最大弯曲应力，其值为295.4 MPa＜[σ]=560 MPa，满足要求。剪应力最大值为40.70 MPa＜[τ]=323 MPa，高强度φ140 mm钢筋的抗剪性能达到设计要求。高强度φ140 mm钢筋的最大垂直位移为0.656 mm＜L/400=0.6/400=1.50 mm。高强度钢筋直径为φ140 mm，其刚度满足设计指标。

3 施工技术

3.1 测量放样

在施工过程中，由测量组对墩柱的标高进行测量，并利用坐标法放样出墩顶的中点。

3.2 安装无支架支撑体系

使用穿孔实心钢棒法安装无支架支撑体系，具体步骤如下：先将钢筋插入桥墩预留孔，随后将牛腿紧固于钢筋之上，安装调节砂桶，确保标高的精确度；最后，在砂筒顶部铺设纵向工字钢。为确保结构稳定性，应将纵向工字钢与拉杆连接并紧固为一体，形成一个统一整体。

3.3 底模安装

盖梁下的模板选用坚固的钢制模板，应先打磨后预组装。安装斜段底模板前，需置三角形支架于梁上，用木楔进行稳固。下模板用塔吊进行吊装，用双面胶密封接缝处，以防渗漏。

3.4 盖梁钢筋绑扎、验收

所有钢筋均在综合加工车间进行加工，加工完毕后使用自卸车横向运输至现场，通过塔吊进行垂直输送。钢筋与箍筋应精确放置于模板内，高强度混凝土保护层应在绑扎前铺设。钢筋绑扎要遵循基本原则，采用缠绕法进行绑扎，以确保箍筋与主筋、水平筋的垂直度。交接处要牢固束紧，非转角位置的钢筋与箍筋应以“梅花”形交叉捆绑。在盖梁钢筋、垫石、挡块预埋筋的安装时，应严格遵循设计图纸，在监理工程师检查确认后进行侧模和端模的安装。

3.5 安装侧模、验收

侧模采用平板钢模头，通过螺栓與侧模和底模连接，用胶带或泡沫胶进行接缝防水。施工常用对拉措施，必要时用内撑调整，安装完成后清理墙面杂质并请监理工程师检查模板，重点关注模板和支撑系统的稳定性。

3.6 盖梁混凝土浇筑

进行混凝土浇筑前，对预埋件及支撑体系进行全面检查。确认符合相关规定后，方可启动浇筑作业。混凝土在拌和站统一拌制后，使用罐车运输至施工现场进行装载。施工前对混凝土的坍落度和温度进行检测，合格后方可进行浇筑。混凝土浇筑过程中，务必对模板、支架、垫石、挡块等预埋件进行严格检查，确保其稳定性和预埋件尺寸、位置的精准度，如出现走模、鼓模、漏浆等问题，须迅速予以解决。浇筑完成后依据控制标高进行盖梁顶面的人工抹平，并在埋入垫石、挡块内的钢筋表面涂抹水泥灰浆。

混凝土浇筑过程中，需重点关注的要点如下：

（1）分层浇筑，层厚保持在25 cm～30 cm。

（2）均匀浇筑，防止偏压造成模架系统变形。

（3）连续浇筑，确保上梁质量。

（4）采取“快插慢拔”的插棒方式，每隔20 cm进行一次振捣，保证混凝土表面不下沉、不冒气泡、表面完全泛浆。

3.7 混凝土养护

混凝土养护过程可分为两个阶段：第一阶段为浇筑完成后，用土工织物进行覆盖，并设置滴头，实施人工喷洒养护，确保土工布始终保持湿润；第二阶段为拆除侧模后，将整个外表面覆盖至塑膜，并进行浇水养护，确保盖梁表面始终保持潮湿，养护时间需符合设计及规范要求。

3.8 拆卸模板，落架

拆除模板、端模板时，应确保混凝土强度达到2.5 MPa以上，避免损坏表面和边角。拆盖梁底模时，混凝土强度须达到设计要求。拆卸模板、落架时应遵循“先支后拆，后支先拆，自上而下”的操作原则，具体步骤如下：

（1）降低支架，确保模板和支架顺利落下。

（2）自上而下依次拆除模板（模板、槽钢横梁、工字钢纵梁、砂桶、牛腿）。

（3）拔出实心钢管，堵塞柱身预留孔。

3.9 盖梁浇筑过程中的变形监控

为研究盖梁在浇筑混凝土时的变形情况，以评估盖梁的安全和稳定性，项目部在7、8号墩盖梁的施工期间，对工字钢纵梁中心点的变形和沉降进行了实时监测。根据实际测量数据，对上桁梁在浇筑过程中的挠度指数进行分析，具体如下：

（1）设置监测点。监测点布置于工字钢纵梁中部，在易于观察的部位贴上反光板（2.5 cm处），左右各一处，共计两处。

（2）资料收集。①在浇筑混凝土之前做好初步资料的收集工作。②盖梁的混凝土采取分层浇筑的方式，并在每一层浇筑完毕后，对监测点进行一次监测。③在混凝土初步浇筑完毕后，对其进行终测。

（3）检测结果的汇总与分析。通过对两座无托架支承的双墩盖梁的工字钢纵桁中心点的变形情况进行观察，得出纵桁中部变形为12 mm、14 mm，均能满足设计要求。通过上述监测资料，绘出了无托架支承系统在混凝土浇筑时的跨中累积挠度与位移的关系，参见图1和图2所示。

4 结语

该文以G4216线屏山新市—金阳段公路桥梁为研究对象，针对其高墩多的特点，为适应桥梁高墩工法的规范化建设需要，该项目提出了基于钢筋绑扎、系梁、盖梁模板等标准化的操作平台体系。该文从高墩大跨度盖梁的受力特点出发，对其传力机制进行了深入研究，为该高速公路大盖梁斜拉桥施工方案的优化提供理论依据与科学依据。该标段的高桥墩全部在短时间内完工，各项施工方案设计合理、高效。

图1 左幅7号墩累计挠度的变形曲线图

图2 左幅8号墩累计挠度的变形曲线图

参考文献

[1]梅争贵， 孔买群. 论高墩大盖梁无支架支撑体系施工技术[J]. 云南水力发电， 2021（4）： 51-54.

[2]闫亚东. 桥梁盖梁双抱箍支撑体系施工关键技术[J]. 交通世界， 2021（25）： 29-30.

[3]李旭锋， 李永国， 吕大武， 等. 无支架支撑体系在高墩盖梁施工中的设计参数选取及结构验算[J]. 水电站设计， 2019（1）： 67-71.

[4]王鹏， 何海英， 张玉斌. 十字花瓶高墩盖梁无落地支架支撑体系的研究与应用[J]. 建筑结构， 2020（s1）： 1156-1159.

[5]罗浩东. 桥梁排架盖梁无支架施工的应用与效果[J]. 住宅与房地产， 2019（19）： 188.