复杂环境大挑臂盖梁型钢焊接托架全悬挑施工技术

刘青桦

摘要：随着国内城市发展进程加速推进，乡镇土地绿色发展理念，更加深入人心，在桥梁工程设计方面，越来越重视桥梁下土地综合利用规划，大挑臂盖梁结构的使用逐渐广泛，常规采用满堂支架现浇、钢管支架现浇的施工方案，虽有悬挑，但宽度有限，在一些复杂环境下，要求悬挑宽度大幅增加，常规施工方案已无法满足现场施工需要，本文介绍一种型钢焊接托架全悬挑施工技术。

Abstract： With the accelerated progress of domestic urban development， the concept of green development of township land has become more popular. In the design of bridge engineering， more and more attention is paid to comprehensive land use planning under bridges. The large suspend coping structures is gradually becoming more and more widely used. In conventional， the construction schemes of full frame cast-in-place and cast-in-situ steel pipe support are used. Although there are overhangs， the width is limited. In some complex environments， the overhang width is required to increase significantly. Conventional construction schemes cannot meet the needs of on-site construction. Fully cantilevered construction technology of steel welding bracket is introduced in this paper.

关键词：拆迁困难;大挑臂;全悬挑;型钢焊接托架

Key words： difficulties in demolition and removal;large cantilever;full cantilever;steel welded bracket

中图分类号：U445                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0211-03

0  引言

韩江西特大桥常规桥14#-16#墩，位于潮州市江东镇菜市场内，采用大挑臂盖梁设计结构，因拆迁影响，线路右侧商铺距离承台边4m，严重侵入桥梁桥梁限界，大挑臂盖梁施工条件极度受限，采取型钢焊接托架全悬挑方案，施工任务顺利完成，通过经验总结，为其它类似工程施工提供一些借鉴。

1  工程概况

潮汕环线高速公路韩江西特大桥，分为东岸跨大堤桥、西岸跨大堤桥、主桥及常规桥，其中14#-16#墩段为常规桥设计，群桩基础，双矩形墩，墩身高度14m，设计大挑臂盖梁结构，跨度为30m。

14#-16#墩位于潮州市江东镇菜市场内，并将其一分为二，因征地拆迁问题，线路右侧17家临街商铺侵入桥梁限界4.3m，但未拆除，商铺前设有1条2.5m宽通行道路，道路边缘距承台边缘仅1m，线路左侧为主要通行道路。

大挑臂盖梁结构尺寸：14#-15#墩，长度24.2m，顶部宽度1.6m，底部宽度3.6m，高度3.715m，体积为190.74m3，悬挑8.6m。16#墩，长度24.7m，顶部部宽度1.6m，底部宽度4.06m，高度4.815m，体积为290.17m3，悬挑8.85m。均采用C40混凝土预应力结构。（图1、图2）

2  施工方案選择

2.1 满堂支架方案

适用于高度低于20m左右的墩身上部结构现浇施工，对地基处理要求较高，若是软基，则需特殊处理后，方可适用，目前广泛应用于施工现场现浇支架。软基处理后不均匀沉降，对工程质量影响较大;施工场地占用较大;外侧悬挑长度较小。

2.2 钢管贝雷架方案

承台外设置钢管立柱，立柱基础常采用独墩基础、条形基础、桩基础，钢管顶设置卸落装置，安装贝雷架、分配梁等。适用于墩身较高，偏重于机械化作业、焊接作业，对施工人员能力要求较高;安全风险较高;经过计算外侧悬挑4.5m。

2.3 钢管贝雷架斜支撑改进施工方案

钢管贝雷架方案改进，通过增加斜支撑，增加外侧悬挑长度;其它同钢管贝雷架方案。经过计算悬挑5.2m后钢管应力超标。

2.4 型钢焊接托架悬挑8.3m施工方案

在承台上安装4个钢支撑立柱，立柱上安装倒梯形钢支撑桁架，通过桁架设置支撑点支撑贝雷架，实现悬臂浇筑。可实现盖梁挑臂部分完全悬挑施工;对地基无要求;不占用施工场地。

结合本项目特点，就需要完全悬挑施工这一条件，就完全否定了前三种方案实施的可能性，只有采用型钢焊接托架+贝雷架，悬挑8.3m的方案。

3  型钢焊接托架全悬挑施工方案

采用承台顶面设置型钢焊接托架，安装砂筒、垫梁、贝雷梁、横向分配梁、盖梁底摸后，预制混凝土块预压，根据沉降观测数据调整完毕后，绑扎钢筋，模筑施工混凝土的方案。

4  型钢焊接托架制作

在承台上用双拼390*300H型钢作为立杆，双拼40工字钢作为斜腿、直撑。双拼45工字钢作水平横杆，先用型钢做成倒梯形支架，支架上结构和常规方案相同。支架体系自下而上为：承台→型钢柱-（2-390*300H型钢）→横梁（2-45工字钢）→砂筒→纵向垫梁（2-45工字钢）→贝雷架→分配梁（20工字钢，间距0.3m）→底模。砂筒间距为：6.8m+7.4m+6.8m。

5  型钢焊接托架全懸挑结构验算

5.1 分配梁

纵向分配梁放置在贝雷梁上，用以支撑底模板等。横向分配梁采用热轧普通20a工字钢。纵向中心距按2.6m计算，以此跨度计算横向分配梁的受力。纵向分配梁在纵向以30cm的间距布置。根据迈达斯建模，横向分配梁的最大向下变形是2.2mm

5.2 贝雷架

贝雷梁结构放置在三角斜腿支撑上，以留出下面的车道空间，盖梁墩身两侧各放置4片单层普通型贝雷梁。钢筋混凝土盖梁是变截面梁，墩身位置（根部）截面面积是 13.2m2，而端部面积则是9.1m2。根据迈达斯建模，最大剪力是1369kN，施工时实际采用8片普通型贝雷梁，那么每片贝雷梁的剪力是171kN<[T]=245.2kN;最大弯矩是 1423kNm，每片贝雷梁的弯矩是177.9kN<[M]=788.2kNm;贝雷梁最大向下的位移是11mm，每片贝雷梁的向下位移是1.4mm，小于L/400=6.8m÷400=17mm，满足要求。

5.3 垫梁

贝雷梁是放置在垫梁上的，而垫梁放置在四个砂筒上面，砂筒横向中心间距为2.9m。盖梁上的荷载是贝雷梁计算的支点反力，即2186kN、1542kN，只需计算较大的2186kN即可。根据迈达斯建模，垫梁上贝雷梁随之变形最大是 2mm，能够满足现浇施工要求。垫梁的最大弯曲应力是86.9MPa<[σ]=150MPa;垫梁的最大剪切应力是 70.5MPa<[τ]=90MPa，满足要求。

5.4 斜腿钢架

斜腿钢架支撑在桥墩承台上，由四个支腿、四根斜腿及横梁构成。斜腿钢架立柱由四根2-HM390×300×10/16规格的H型钢组焊而成，下横梁、斜腿（压杆）则采用2-I40a工字钢组焊而成，横梁（拉杆）采用2-I45b工字钢组焊而成。斜腿钢架承受砂筒传递的荷载，分别是771kN、1093kN、1093kN、771kN，以此四个荷载来计算斜腿钢架的结构受力。根据迈达斯建模，斜腿钢架的悬臂端变形最大，竖向变形为12mm;各杆件的最大组合应力是88.9MPa（斜腿杆2-40a工字钢），均小于容许应力150MPa，满足要求。

5.5 焊缝计算

根据迈达斯建模计算可知，斜腿的轴力是1278kN，两端通过焊缝与相关板件焊接起来，接触线满焊，焊缝高度不小于12mm。上端焊缝承受水平分力1052kN，而下端焊缝承受竖向分力727kN。上端是2-I40a截面斜交于拼接板，按一半接触线考虑，总长度是1800mm，下端也是2-I40a截面斜交于拼接板，同样按照一半接触线考虑，总长度是1400mm。因此计算上端焊缝是否满足要求即可。上端焊缝长度是1800mm，承载式1052kN，焊缝高度是12mm（计算高度按10mm考虑），焊缝有效面积是1800mm×10mm=18000mm2，焊缝剪切应力是τV=1052kN×18000mm2=58.4MPa<[τ]=90MPa，满足要求。

5.6 立柱计算

立柱的最大受压应力是78.5MPa，需要计算其抗压稳定是否满足受力要求。立柱采用2-HM390×300规格的H型钢，立柱杆件的弱轴回转半径是i=167mm，杆件的自由长度按照6m计算，那么其柔度λ=6000mm÷167=36。查表得抗压稳定折减系数是？准=0.914，因此该斜腿抗压稳定折减后的应力是78.5MPa÷0.914=85.9MPa<[σ]=150MPa，满足受力要求。

6  主要施工工艺及控制要点

6.1 施工工艺

承台立柱预埋件制安→墩身预埋件制安→型钢立柱制安→立柱与墩身临时连接→下横梁安装→立柱顶横梁安装→斜腿制安→支架稳定杆件制安→砂筒安装→垫梁安装→贝雷架安装→分配梁安装→施工平台安装→底膜安装→预压点布置→预压→卸载→更换悬挑底膜安装→盖梁钢筋制安→预应力管道安装→侧摸安装→钢绞线安装→浇筑混凝土→养护→侧摸拆除→第一次张拉压浆→降低砂筒高度→拆底膜→拆分配梁→拆贝雷架→拆垫梁→拆砂筒→拆稳定杆→横梁斜腿→拆下横梁→拆立柱→预埋钢板处理→第二次张拉压浆→封端。

6.2 主要施工控制要点

6.2.1 承台、墩身预埋件

承台上预埋四块600mm*800mm*10mm的钢板，墩身靠近立柱位置每6m高安装一块300mm*300mm*10mm的钢板，钢板后焊接锚筋;承台上预埋件安装水平，墩身预埋件安装竖直，钢板顶面低于混凝土表面1-2cm，以便施工完后钢板处理。

6.2.2 焊接型钢立柱

立柱由四根2-HM390×300×10/16规格的H型钢组焊而成，立柱高度根据盖梁底标高及实测承台顶标高减去各种杆件高度确定，立柱顶底均焊接500mm*700mm*20mm的钢板，型钢立柱拼接焊缝采用通长焊接，每2m焊接缀板，缀板设置时应避开立柱与墩身连接和下横梁焊接位置，立柱安装时铅锤，H型钢受力面为横桥向，四个支腿纵横向相互连接，并与墩身临时连接在一起，焊缝高度6mm。

6.2.3 横梁及斜腿

上横梁采用2-I45b工字钢组焊而成。横梁拼装时上下两道通长焊缝，每两米设缀板，上缀板应避开砂筒安放位置，下缀板应避开支架稳定杆及斜腿焊接位置，在支架稳定杆及斜腿焊接位置增设3道加劲板。横梁下缀板面，在斜腿水平钢板外侧适当位置增设抗滑钢板，钢板尺寸应介于横梁工字钢组合宽度及缀板宽度之间，抗滑钢板焊缝高度不小于12mm。横梁安装前，横梁及立柱上钢板定位准确便于安装，横梁中心与立柱中心重合，安装后横梁与立柱顶钢板需临时连接，防止横梁滑移。

下横梁、斜腿（压杆）则采用2-I40a工字钢组焊而成。下横梁及斜腿制作同横梁，另增加两端焊接钢板，斜腿两端倾斜角度严格按照支架设计图制作，斜腿水平钢板平面尺寸应比横梁2-45b工字钢组合宽度大10cm，钢板中心與杆件中心重合。安装斜腿前需要多次调整重心，斜腿杆件重心与横梁中心、立柱中心重合，以便受力在同一平面上，防止产生偏压。

6.2.4 砂筒制作与安装

砂筒制作前应进行结构简算。法兰钢板和砂筒钢管之间采用角焊缝，为保证用来做砂筒的钢管质量，以及各板件之间的焊接质量，其焊缝高度不小于10mm。下部设置两个出砂筒，用螺栓事先拧紧并用沥青封闭。砂筒上下套筒安装好后，要用沥青封闭连接缝隙，防止水分进入。砂筒使用前要保证上下套筒之间压实后用4根10#槽钢将上下板焊接起来，形成稳定牢固的一体结构，砂筒高度确定是在试验室进行模拟受力预压，斜撑处砂筒前可以事先垫高12mm，确保斜腿钢架受载变形后与中间支点在一个水平线上，有利于贝雷梁的受力。砂筒安装时，砂筒中心应与横梁中心重合，位置准确。

6.2.5 垫梁制作与安装

垫梁采用2-45工字钢制作，拼装时上下两道通长焊缝，在安放砂筒位置增加3到加劲板。垫梁中心与砂筒中心重合。垫梁、砂筒及横梁焊接稳定杆件，防撞倾覆。

6.2.6 贝雷架拼装

贝雷片采取普通型贝雷片，墩身两侧并排放置两组单层双排普通型贝雷梁。每组贝雷架用45cm花架连接，每组贝雷架拼装过程中需对每个插销、螺栓进行检查，检查合格后进行吊装，贝雷架紧贴墩身，紧贴处用土工布进行隔离保护墩身混凝土表面，以防混凝土表面污染破坏。吊装完成后，在两端及墩身两侧设置四道剪刀撑，用U型卡扣将贝雷架连接成整体。在立柱顶位置贝雷架增设2*14槽钢竖向加强杆。

6.2.7 分配梁安装

纵向分配梁采用热轧普通20a工字钢，在横向以 30cm的间距布置。分配梁分为6m和2.2m两种类型，6m工字钢在没有墩柱影响区段通长铺设，2.2m工字在墩柱区段铺设。

6.2.8 安全操作平台

利用盖梁两侧I20工字钢预留出1m的空间沿盖梁四周搭设施工操作平台。平台上铺2cm厚木板，并设置30cm高的挡脚板，防止物体掉落，并安装安全护栏，护栏采用普通钢管搭设，立杆间距2m，高度1.5m，横杆搭设两道，第一道距平台木板高度为70cm，第二道距作业平台木板高度为150cm，栏杆涂刷红白相间的油漆，并在四周挂设绿色的铁丝网。

6.2.9 预压施工要点

盖梁支撑系统搭设完毕后，安装盖梁底模，为得到盖梁的弹性和非弹性变形，对盖梁进行加载预压，以消除支架的非弹性变形。预压前一定要仔细检查支架各节是否连接牢固，焊缝高度是否符合要求。预压时各点压重均匀对称，防止出现反常情况。预压荷载为施工总荷载的120%（总重量为盖梁的混凝土、模板自重及施工荷载总和）。预压均分四级进行，每级加载完成四小时后测量，第四级加载完成后24小时测量，预压以沉降达到稳定结束稳定后，方可进行卸载，卸载同样分为四级，每级卸完测量沉降，最后形成书面的支架预压报告。

7  型钢焊接托架全悬挑结构优势

①外侧悬挑长度大，实现悬挑8.3m，即完全悬挑;

②支撑直接设置在承台上，不必地基处理，且承载力有保障;

③对于具有通行要求的环境，相对满堂支架而言，不必专门设计门洞方案;

④不占用承台以外的任何场地，对于地质复杂，征拆困难区域，施工优势尤为显著;

⑤施工材料使用完毕，仍可作为他用，特别是在存在深基坑、连续梁施工中，重复利用率极高，符合绿色发展理念，利于节约成本。

8  结论

目前韩江西特大桥14#-16#大挑臂盖梁已施工完毕，经实践证明“型钢焊接托架全悬挑”施工技术，在复杂环境环境施工中，有着独一无二的优势。“型钢焊接托架全悬挑”在施工技术，不仅有利于项目节约成本，而且还对可持续发展的理念进行了完美诠释。

参考文献：

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