门式高墩大跨径预应力盖梁支架设计与施工

姚晓峰

(山西路桥建设集团有限公司，山西太原 030006)

0 引言

公路桥墩盖梁多为单幅桥普通盖梁，宽度在12 m左右，施工中一般采用“工字钢—钢棒”的无支架法进行施工。在我省临离高速公路建设中，有两座盖梁因跨越省道，设计为门式高墩大跨径预应力盖梁。该盖梁长26.5 m，净跨径21.5 m，高3.5 m～3m渐变，宽2.7 m，混凝土数量226 m3，盖梁总重588 t，施工难度较大;墩柱高32 m～41 m，原地面地势起伏较大。

1 支架方案选用

该预应力盖梁自重大、高度高、跨径大，支架方案直接关系到施工安全和施工质量。在对满堂式支架、钢管柱贝雷架组合支架、钢管柱双排工字钢组合支架等三种方案强度、刚度、稳定性比选后，确定采用钢管柱双排工字钢组合支架方案。钢管柱双排工字钢组合支架使用的钢管抗压强度高，惯性半径可通过调整钢管的壁厚和直径得到提高，稳定性易于控制;双排工字钢抗剪性能好，抗弯强度和刚度可通过选用更高牌号的工字钢来得到提高。若采用满堂式支架，支架搭设的高宽比越大其稳定性越差，承载能力也随之大幅降低，同时也不适合在起伏较大的地形上施工;钢管柱贝雷架组合支架方案，因贝雷架结构特点，抗剪能力较差，即使抗弯强度满足要求，抗剪强度远不能满足要求。

2 支架设计思路

钢管柱双排工字钢组合支架设计思路和受力薄弱点主要考虑以下几个方面的因素:

1)从力学模型看，工字钢为受弯构件。盖梁跨径26.5 m，需在L/3和2L/3处设置两组钢管柱支撑，每组钢管柱2根，分别位于路线大小桩号侧;在混凝土墩柱上预留穿心孔，埋设重轨。工字钢梁受到4个支座反力支撑，形成二次超静定结构，与简支梁受力相比，弯矩和剪力得到重新分配，工字钢在支点处产生负弯矩，弯矩和剪力值明显减小。工字钢规格选用可按受力情况先进行反算，而后通过查表进行选择。

2)受力计算安全系数的选用，按结构安全系数0.90，材料安全系数1.25计算，安全系数为:1.25/0.90=1.39。在对工字钢进行剪力计算时，由于工字钢所受大部分剪力由腹板承受，且腹板中的剪力较均匀，因此剪力可近似按τ=V/(I/S)·d计算，其中，(I/S)为惯性矩与半截面的静力矩的比值;d为腹板厚度，可直接按规范查得。

3)混凝土墩柱预留孔洞中穿设重轨，其受力模型为悬臂结构。无支架施工中常采用的普通碳素钢钢棒强度低、刚度小，远不能满足大跨径盖梁抗弯和抗剪强度要求。而重轨则具有强度等级高(强度等级达800 MPa)，刚度大，墩柱预留孔洞小等特点，经计算，采用43号重轨，其抗弯、抗剪强度和刚度满足受力要求。

4)钢管柱为受压构件，受力计算时通过调整钢管柱规格来满足受力要求。因支架高度较大，钢管柱强度计算通过时，往往稳定性(压杆稳定)计算难以满足。因此在计算钢管柱稳定性时，应通过调整惯性半径的大小，尽可能地将钢管柱调整为中柔度杆，以满足钢管柱稳定性要求。

5)基底处理。支架搭设地面起伏较大，施工时将较高一侧的承台底面标高设为控制标高(应根据地形情况确定)，用石渣将较低一侧地面分层填筑至控制标高，使两组钢管柱长度相同，支架整体稳定性得到提高，同时又方便施工，减少钢管的投入。

分层填筑的石渣基底具有强度高、内摩擦角大、变形量小等优点，经计算可满足地基承载力要求。

6)为了增强支架整体稳定性，在4根钢管柱间沿桥梁纵横向，利用槽钢、钢管柱焊接耳板对钢管柱进行螺栓连接;同时，钢管柱与混凝土墩柱间利用槽钢将耳板与混凝土墩柱上预埋钢板螺栓连接。每个连接单元在高度方向呈三角形结构，连接层高可根据墩高情况每4 m～5 m设置。

3 支架施工重难点控制

1)施工单位应编写全面系统的专项施工方案和支架计算书;绘制构件总体布置图和各构件细部图、组装图;计算材料总用量和各构件材料规格、数量;专项施工方案经专家评审后报请总监理工程师批准。因支架构件规格、品种较多，支架施工队伍应具有钢结构施工资质，支架焊接、安装和拼接人员均需持证操作，提前进行技术交底，以保证支架的施工安全和施工质量。支架构件可先在工厂内加工制作，运至现场进行拼装、焊接。

2)受力计算时所采用的构件的几何特性、强度等级均是按现行规范和标准来选取的，施工时应严把材料质量关，所用材料规格和强度等级均应符合现行国家标准要求。因钢管柱为受压构件，钢管用螺旋焊管即可，不必采用无缝钢管，可大幅降低工程成本。

3)钢构件的焊接严格按规范要求的方法进行，焊工持证上岗。施工时重点控制受弯构件(即工字钢)焊接质量。工字钢连接焊口应按斜45°的方式进行，并在腹板加焊钢板。焊缝应尽量远离受力最大处。钢管柱间、钢管柱与混凝土墩柱间用三角形连接，采用预先在耳板和槽钢上打孔，而后用高螺栓连接的方法，以提高工作效率。

4)钢管柱按支架总高度划分成易于施工的若干段。如在本桥中钢管柱高度在32 m左右，钢管材料的标准长度为12 m，施工时将钢管柱分为4段，每段高8 m，便于加工和连接。

钢管柱施工垂直度是质量控制的重点。钢管柱施工时，采用两台全站仪分别从接近90°夹角方向对垂直度进行检测和纠偏，两个方向的垂直度观测值经计算后为钢管柱的垂直度。经过施工中对支架垂直度检测，垂直度控制在0.5%以内，施工中能够达到且施工安全和质量可满足要求。工字钢安装时严格控制中心轴线与钢管桩一致，保证垂直受压。钢管柱法兰间连接采用高强螺栓，法兰间、法兰盘与工字钢间接触面有空隙时，采用下垫钢板的方法将空隙塞实塞紧，支垫稳固。

5)盖梁混凝土浇筑应分层对称进行，在规范允许的范围内适当延长浇筑时间，以利底层混凝土形成强度，减小支架受力。做好预压和混凝土浇筑过程中支架沉降观测，观测周期应根据加载速率确定。本盖梁混凝土浇筑共用时约35 h，经沉降观测，最大沉降量为14 mm，可满足规范要求。

4 支架施工安全控制

支架属高空作业，施工中应加强安全管理，全面执行“安全第一、预防为主”的安全生产方针。首先要成立安全管理组织机构，明确各级安全人员责任;制定安全生产管理办法，落实安全交底制度，编制安全应急预案。针对支架施工特点，重点应对以下几个方面进行严格控制:

1)严格按规范要求搭设“Z”字梯，方便人员上下，严禁采用吊车上下人。“Z”字梯应紧贴混凝土墩柱，并与墩柱连接牢固。施工时可利用碗扣支架和竹架板搭设，并围护安全网。

2)施工人员要分工明确，统一指挥，利用对讲机、哨声上下呼应，操作过程中要精力集中，不得东张西望和聊天。如遇大风、大雨、大雾等特殊天气，禁止进行构件吊装、搭设、拆除工作，夜间确需实施作业时，应具备良好的照明设备。

3)底模板和支架拆除应在钢绞线张拉压浆后水泥浆强度达到规范和图纸要求后进行。拆除时在作业区周围设警示标志，禁止行人和作业人员入内。拆除顺序由两边对称拆除，由上而下，后搭者先拆，先搭者后拆。

5 结语

高墩钢管柱双排工字钢组合支架具有结构受力好、稳定性高、钢构件用量少、施工成本较低等优点。但该支架结构尺寸受混凝土构件影响较大，支架周转次数少，不利于工厂化生产和标准化施工，现场施工影响因素和质量控制重难点较多。施工时应组织专业施工队伍进行施工，且应明确现场施工质量控制责任人，项目总工和力学计算人员重点指导，确保将支架设计理念和施工控制重点落实在现场各施工工序中。

［1］ JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.