销棒法盖梁支架优化设计方案与施工技术

余功涛（中铁十五局集团第二工程有限公司，上海 201812 )

1 工程背景

上海市虹梅南路高架桥工程的主要施工内容为在虹梅南路既有通车道路中间修建一座高架桥通道。高架桥标准结构形式为：双柱式立柱＋悬挑式盖梁＋预制小箱梁。高架桥标准段桥墩效果图，如图1 所示。

图1 高架桥标准段桥墩效果图

上海市交通管理部门对施工区域的交通组织要求为“占一还一”，即占一个车道还一个车道。因此，为了腾出高架桥工程施工区域，需先将道路翻交至拟修高架桥两侧，腾出道路中间施工区域，围挡封闭施工。这样就导致施工空间狭小。如果使用常规的落地支架施工，将会造成施工区域交通阻碍、施工组织困难等情况。经过对多种盖梁支架方案的比选，最终选定无落地形式的销棒盖梁支架方案（在盖梁支架施工的同时，下方可供施工车辆和机械设备自由通行）。

2 销棒法盖梁支架设计和加工

这个盖梁销棒支架方案包括支撑系统和铺底系统。支撑系统主要由销棒、牛腿、砂箱、主梁和分配梁等组成，是主要承受荷载的构件。为了保证构件的强度与精准度，支撑系统的构件委托专业的钢结构工厂加工制作，除销棒外，统一刷蓝色除锈漆。铺底系统由三角托架、木方和竹胶板组成，三角托架在现场加工，木方和竹胶板采购成品，根据盖梁尺寸制作底模。销棒法盖梁支架详细结构，如图2 所示。

图2 销棒法盖梁支架结构图

从图2 可见，立柱两侧的牛腿通过销棒连接附着在立柱上，通过销棒的抗剪作用力将盖梁钢筋、混凝土、模板及施工荷载全部传递到立柱上。牛腿上安装的砂箱，在支架拆除时使用。主梁落在砂箱上，2 片主梁通过水平剪刀撑和竖向剪刀撑连接固定，抱箍在立柱上面。分配梁纵向分布在主梁上，将盖梁荷载平均分布在主梁上。分配梁上搭设三角托架，铺设方木和竹胶板，作为盖梁的底模。盖梁周围的空间作为施工操作平台。

2.1 销棒

在盖梁施工时，所有的荷载是由立柱上的 4 根销棒承担，因此销棒的设计和加工至关重要。销棒采用 φ 80 mm的 30 CrMnTi 圆钢加工而成。立柱厚度为 1800 mm，因此将销棒长度设置为 2300 mm，两端 200 mm 设置螺纹，由配套螺母将牛腿固定在立柱侧面，用配套的扳手紧固。销棒和螺母采用相同材料，由钢构厂加工制作，并进行热处理，出厂前必须进行探伤检验和荷载试验。图3 为销棒设计图。

图3 销棒设计图（mm）

2.2 牛腿和混凝土箱

牛腿和混凝土箱为钢板组焊结构。立足销棒抗弯强度低但抗拉、抗剪强度高的特点，以牛腿为传力结构，将上部的竖向荷载传递至销棒，使其承受剪力和拉力。牛腿使用 30 mm 厚 Q235 钢板制作，1 套销棒支架需要 8 个牛腿。牛腿加工图，如图4 所示。

图4 牛腿加工图（mm）

砂箱使用 20 mm 厚的 Q235 钢板制作。砂箱对支架拆除有着重要作用，其底部设置有漏砂孔，一旦放出砂箱中的砂子，上部的支架便会缓缓落下，此时砂箱起到了千斤顶的作用。如果预留孔不够精确，当 2 个牛腿的标高出现高度差时，砂箱还可以起到调节作用。砂箱大样，如图5 所示。

图5 砂箱大样图（mm）

2.3 主梁

基于盖梁长度为 17.2 m，考虑到两端的施工操作平台，将主梁长度设定为 20.0 m。为保证主梁的刚度和强度，主梁采用 HN 1008 mm×302 mm×21 mm/40 mm型钢，在钢结构加工厂定制加工成单根长度为 20.0 m 的主梁，并在型钢腹部每间隔 1.53 m 处增设 20 mm 厚的肋板，增强节点部位受力。主梁上的焊缝按一级焊缝要求，进行100% 的探伤检验。

两根主梁之间通过剪刀撑连接在一起，形成稳定的框架，剪刀撑采用 14 号槽钢制作。1 套支架系统共设 4 道水平剪刀撑，2 道竖向剪刀撑。水平剪刀撑对称布置在立柱两侧，每侧在主梁的上下翼板上各设置 1 道，连接在主梁翼板上。竖向剪刀撑设置在主梁两端，连接在主梁的肋板上，剪刀撑与主梁之间采用高强螺栓连接。主梁剪刀撑，如图6 所示。

图6 主梁剪刀撑示意图

2.4 分配梁

分配梁采用 I20 a 工字钢，单根长度 6 m，每隔 0.5 m纵向布置在主梁上。在 20 m的主梁上布满，共需要 40 根工字钢。若是单根分别摆放，不仅费时费工，而且间距间还容易产生偏差。为此，本支架方案对分配梁的设置进行了优化，将相邻 6 根或 7 根工字钢的两端分别用 2 根 20 号槽钢焊接在一起，形成整体，共组成 6 片分配梁片。安装时只需将这 6 片分配梁逐一吊放在主梁上。再在每 2 片分配梁之间，定制 1 个连接模块，用高强螺栓将 6 片梁连接在一起，就可以将所有的工字钢连成整体。这样既方便安装又能增强支架系统的稳定性。分配梁布置及连接示意图，如图7 所示。

图7 分配梁布置及连接示意图

2.5 三角托架

三角托架用来调节盖梁底面的横坡。以 10 号槽钢为横梁、8 号槽钢为立杆，由两者焊接而成，上方摆放方木，铺设竹胶板组成支架的铺底系统。三角托架在施工现场加工制作，立杆每 30 cm 1 道。计算好每道立杆的长度，下好料后依次将其焊接在托架下横梁上，再焊接托架上横梁。三角托架加工图，如图8 所示。

图8 三角托架加工图

3 销棒支架施工要点

销棒盖梁支架的安装流程为：埋设预留孔→穿插销棒→安装牛腿混凝土箱→吊装主梁→吊装分配梁→施工放样→铺底系统安装→支架预压（第一次使用）→盖梁施工。

3.1 销棒预留孔

在立柱施工时，需要在立柱钢筋骨架上预埋钢管作为销棒预留孔，预埋钢管采用 Φ95 mm×3.5 mm的不锈钢管。销棒预留孔施工图，如图9 所示。

图9 销棒预留孔施工图

在预埋钢管端部安装 HPB 300 级 Φ10 mm 钢筋网片和螺旋筋进行局部加强。预埋钢管的标高和平面位置要精确，尤其是要保证 1 个牛腿上的 2 根销棒预埋管的间距在误差范围内。间距偏差大会导致销棒预埋管与配套的牛腿装不上。假如两柱间销棒出现较大误差，可以采用在砂箱和牛腿之间垫薄钢板的方式进行纠正。

3.2 构件安装

立柱施工完成后，使用登高车升至预埋管位置，清理管口，检查管内是否进入浮浆；若有浮浆，须清理干净后，再穿销棒。穿销棒时应注意销棒丝口的位置，牛腿背板不得坐在销棒丝口部位，避免由削弱的销棒截面承受牛腿传递剪力而产生安全隐患。销棒穿上后，即可安装牛腿，并用销棒螺母紧固。

在砂箱安装前，要对砂箱进行预压，预压荷载根据盖梁实际情况换算取值。砂箱的砂量需要根据前期试压的经验压缩值，以及对应的牛腿顶面至横向主梁底面的高差等数据进行放置。放入砂箱的砂子应抹平，并在其顶面敷设钢板。这样可以保护预压后的砂层，使其不容易受外力影响，从而避免砂面倾斜。预压过程中应尽量避免偏心预压。砂箱的预压过程中应注意放入砂箱的砂量不宜太少，否则会造成砂箱卸落功能缺陷；但也不宜过多，以防止砂箱阳头无法插入到阴头的合适深度，从而产生安全隐患。

在预压好的砂箱安装好后进行主梁安装。选用 2 台 50 t汽车吊同时单根吊装。第 1 根主梁安装好后，要用钢丝绳将其与立柱拉紧固定，以确保安全，然后再安装第 2 根主梁。待 2 根主梁均安装好后，随即将 6 道剪刀撑装好，使主梁形成稳定的框架。

主梁安装好后，再进行分配梁安装。将制作好的 6 片分配梁按先中间后两边的顺序依次吊放在主梁上，用连接块连接在一起，选择合适的位置与主梁进行限位。

在三角托架搭设之前，先进行盖梁底板标高和中线放样，再根据放样好的标高搭设三角托架。在三角托架上纵向铺设 9 cm×9 cm 的方木，方木间距 30 cm，最后在方木上铺设 20 mm 厚的竹胶板。这样就完成了底模铺设。

3.3 构件连接

在支架系统的牛腿、砂箱和主梁之间，剪刀撑与主梁之间，分配梁之间，均采用高强螺栓连接。在保证连接强度的同时，高强螺栓能够最大限度地减少构件的损坏，方便构件的拆除，使各个构件能够周转使用。高强螺栓紧固要使用扭矩扳手，初拧和终拧两次进行，紧固顺序一般应由接头中心顺序向外侧（3 个方向）进行。牛腿、砂箱与主梁的连接细部，如图10 所示。

图10 主梁连接细部图

3.4 防倾覆措施

主梁固定后，为保证主梁受力稳定性及预防支架侧翻，采取增加防倾型钢措施。防倾型钢采用 20 号槽钢，设置在立柱两侧和内侧，紧贴立柱，与主梁上翼板用高强螺栓连接，如图11 所示。

图11 防倾型钢示意图

3.5 支架预压

销棒盖梁支架在第一次使用时，为了验证支架结构的可靠性，保证支架能满足支撑盖梁自重及各种施工荷载，需要对支架进行荷载预压。同时检测支架的沉降量，消除支架结构非弹性变形，确保盖梁施工的绝对安全，并以此工艺试验指导后续盖梁施工任务。

3.5.1 预压荷载计算

预压荷载重量＝混凝土自重+盖梁钢筋重+钢绞线重+模板及分配梁重+施工荷载。将设计数据代入后得出：预压荷载重＝227814 kg；预压面积＝4.4 m2；单位面积预压荷载的加载重＝4.19 t/m2。

3.5.2 荷载材料

荷载材料采用砂袋和支架型钢，使用砂袋只堆载 1 层，以防砂袋堆载过高而失稳，砂袋上面再堆载另外的销棒支架型钢。

3.5.3 加载顺序

从立柱中线开始向 2 个支点进行对称布载，直至盖梁端头位置；横桥向加载时也要从结构中心线向两侧进行对称布载。在支架预压过程中要密切注意天气变化，遇到雨天时应对预压混凝土袋进行覆盖，防止因为雨水进入混凝土袋中使支架荷载变大，造成支架倾覆事故。

3.5.4 观测点布置

支架的变形主要是主梁在竖直方向的挠度变化，位置在主梁型钢的两端，因此在主梁的中间和 L/2、L/4 处各布置 2个对称的观测点，以监测预压时支架的变形量。观测点的平面布置，如图12 所示。

图12 观测点平面布置图

3.5.5 支架变形观测

预压荷载按照 60%（136.7 t）→100%（227.8 t）→110%（250.6 t），分 3 级加载。每级加载完成后，对支架变形进行 1 次监测；3 级加载完成后，每 24 h 对各观测点观测 1 次，连续观测 3 d；预压卸载后再观测 1 次，记录好测量数据。观测过程中，支架变形明显加大时，加大观测密度，并随时反馈信息。如变形量超过挠度容许值，应立即停止加载，及时通知相关技术人员调查原因并采取相应措施。

将预压卸载后的观测值与预压前进行对比，得出的差值属非弹性变形。在后续的盖梁施工中，放样盖梁底板到达标高时，需要加上这一非弹性变形量和加载 100% 荷载时的弹性变形量进行修正。

3.6 支架拆除

支架拆除采用如下整体落架方式：① 采用 2台50 t 吊车，分别从主梁的两端起吊，施加向上的拉力；② 施工人员使用登高车升至砂箱处，卸载砂箱和主梁之间的螺栓，拧开砂箱漏砂孔，用水管往砂箱里注水，砂子会随水从漏砂孔流出，砂箱便会缓缓落下，随即拆除砂箱，然后拆除牛腿和销棒；③ 2 台吊车同时缓慢落钩，主梁和主梁以上支架系统一下落至地面，然后在地面拆除各种构件，堆放整齐，以便进行下一个盖梁施工。

4 结 语

应用于上海市虹梅南路高架工程施工中的销棒法盖梁支架系统，已经是一套成熟的施工技术系统。与传统的落地支架系统相比，这套系统具有以下特点：① 强度高，整体稳定性强，利用立柱承担荷载，对地面承载力无要求；②搭设速度快，能够缩短工期；③ 支架安装以机械施工为主，减少劳动强度；④ 材料损耗小，能够循环使用，节约成本。通过工程实践总结出的销棒法盖梁支架优化设计方案和施工技术措施，可供类似的盖梁支架施工项目借鉴。