山区公路高墩现浇箱梁施工安全关键技术探讨

孙小雷

(青海省交通建设管理有限公司 西宁 810003)

引言

随着青海省经济的不断增长，道路交通领域得到了突飞猛进的发展，要在青海山区修建高速公路，桥梁工程成为跨越山谷地带的一个重要措施。现浇预应力砼连续箱梁桥因易于质量、线型等控制和抗震性能好而广泛用于曲线桥梁的设计，而山区高速公路高墩现浇预应力砼连续箱梁桥的建造成败离不开安全生产，故对相关施工安全关键技术应用进行研究是必要的[1]。

1 工程概况

新建PK0+317.005 P匝道桥位于G569曼德拉至大通公路克图至大通段公路工程克图枢纽互通，全桥共有4联，桥跨组合为(3×30)m+(3×28.438)m+(3×28.438)m+(2×30+29.51)m，上部结构采用预应力钢筋砼连续箱梁，下部结构桥墩采用实体墩接承台、桩基础，墩柱最小高度23.9m，最大高度37.7m。

该桥梁墩柱施工完成后逐联进行连续现浇箱梁的施工，现浇支架采用“贝雷梁+钢管支撑”形式，翼板下方采用碗扣式支架支撑，贝雷梁在桥墩与中间临时支墩处断开。根据箱梁结构形式及施工现场地质情况，钢筋在加工场进行下料加工，现场进行绑扎和连接。支架预压完成后，进行支座安装和梁体各工序施工。底模、侧模、内模均采用15mm厚竹胶板加工。底模下设方木纵梁及工字钢横梁，由贝雷支架支撑，内模设钢管顶撑、横梁和纵梁顶撑支撑。砼采用砼拌合站集中拌制，罐车运输，泵车输送入模。支架体系各项指标控制需进行严格的承载力计算确定。

2 支架体系安全施工技术要求

2.1 调平砂浆及砼基础施工

为保证钢管支撑竖直度，在承台砼强度达到设计要求后，将承台顶面清理干净，用全站仪放样出临时支墩位置，安装模板并浇筑高强度调平砂浆，砂浆尺寸100cm×100cm×3cm，砂浆按照厂家配比调整。每跨中间需要增设临时C20砼基础，砼基础采用二级台阶，总高度1.3m，基底进行夯实碾压处理，并铺填20cm厚级配碎石垫层，通过地基土载荷实验检测地基承载力，确保基底承载力达到250kPa，否则应进行换填处理，同时，基础底部应铺设细砂及卵石，以增加地基稳定性。要做好临时C20砼基础四周排水设施，必要时四周设置截水沟，确保基础不被水浸泡，以尽可能减小沉降对临时基础的影响[2]。

2.2 钢管立柱及分配梁施工

立柱采用Φ609×12mm钢管立柱，钢柱顶部及底部焊接Φ90×3cm厚钢板，钢板四周焊接8块10cm×20cm三角钢板以加强钢柱稳定性，立柱底部用8颗M24高强螺栓锚固在承台顶面或通过预埋钢板预埋在砼基层顶面，注意预埋钢板顶部需调水平。立柱之间接长采用对接满焊，焊缝必须饱满，并在焊缝四周加焊8块30mm×15mm×8mm钢板补强。安装过程中需严格控制好立柱的垂直度，偏差不超过H/600，且不超过3cm。钢管立柱与墩柱之间采用槽钢连接，每隔3m安装一道连接槽钢，一端采用M16膨胀螺栓固定于墩柱上，一端焊接在钢支撑上。2根钢立柱之间间隔3m,用双16#槽钢焊接，拼接必须平整，上下焊接成整体，底部与钢柱顶连接成整体，并保证工字钢中心与钢管立柱中心重合。工字钢顶部安装砂筒，调节箱梁的横坡，使得梁底标高与设计标高一致。

2.3 贝雷梁及工字钢(14a)施工

贝雷梁采用国产“321”公路钢桥桁架(3m×1.5m)。在对贝雷梁进行纵向布设时，必须保证它的节点位于各临时支墩横梁之上，以免造成贝雷梁的弦杆出现局部失稳破坏，若节点不能放置在横梁上，需设置加强竖杆，加强竖杆采用双12#槽钢，用螺栓夹在斜杆上，并确保12#槽钢上下与其弦杆紧靠。

贝雷梁各片横向之间应采用16#槽钢作为剪刀撑进行连接，每段桁架均设置一个支撑架，支撑架为行架结构，同时在上部和下部弦杆之上每间隔6m用螺栓、16#槽钢进行横向连接的加强，以提高贝雷梁结构的整体稳定性。为提高贝雷梁结构的抗弯强度，在上部和下部弦杆之上增设弦杆进行加强。贝雷梁各片跨间销钉须打牢靠，防止出现松动的情况。安装采用25t汽车吊，专人指挥操作。为确保起吊时贝雷梁不出现失稳，贝雷梁单组进行起吊时起吊点须设置两处，且等距布置。

安装前，将贝雷梁在地面连接好,在支墩工字钢横梁上准确标记贝雷架安设位置,再严格按照先中间后两侧的要求将连接牢固的贝雷梁起吊安装就位。安装过程中要随时对连接杆件进行检查，安装完成后，再次对全部连接杆件进行检查，防止出现松动现象。贝雷梁安装固定完成后顶部间隔90cm布置14a工字钢如图1所示。

图1 支架体系布置图

2.4 翼缘板支架搭设

翼缘板支架采用碗扣式脚手架，钢管直径φ48mm，壁厚3.5 mm。组成脚手架的钢管等材料须满足国家和行业各种规范的要求，且符合承载力和稳定性的计算要求，横杆和立杆出现扭曲、变形、裂纹和破损等不利情况时应立即更换，碗扣完好无损，以保证横杆和立杆咬合紧密，用于立杆高度调节的上、下托要牢固的和立杆套接。脚手架采用可调式底托和顶托，可调式顶托采用厚度≥5mm的钢板，底托是厚度为6mm的钢板，且调节螺母与调节丝杆咬合长度≥6扣，提高脚手架稳定性的剪刀撑采用壁厚3.5mm的用钢管、外径φ48。纵向不大于4.5m布设一道剪刀撑，严禁剪刀撑连接在横杆上，且剪刀撑相交处采用回转扣件连接。每道剪刀撑应与地面的夹角α∈[45°，60°][3]，剪刀撑采用搭接长度≥1m的方式连接，用3个可旋转碗扣等间距固定，主搭接杆端与端部扣件边缘的距离≥10cm。翼缘板处直接采用钢管及槽钢焊接成型的固定支架，可重复使用。槽钢采用12#普槽，钢管采用φ48mm、壁厚3.5 mm的钢管，中间钢管上下分别与槽钢及钢管焊接牢固。支架顶部设置作业平台及防护栏杆。同时在作业平台外侧设置高18cm的挡脚板，防止工具从外侧滑落，挡脚板用铁丝与栏杆固定。

2.5 支架的预压

(1)荷载设置

当箱梁底模铺设完成后，对全桥的模板、支架进行预压，预压的荷载采用箱梁自重的1.2倍。

(2)加载方法及顺序

预压荷载分3级按总荷载的60%、80%、100%进行加载，总荷载为箱梁自重的1.2倍[4]，各级荷载施加完后，先停止下级荷载施加，且每隔12h监测、记录一次支架顶部的沉降量，当沉降量的均值<2mm时，即可施加下级荷载。纵向施加荷载时，必须由跨中向支点位置对称加载；横向施加荷载时，须由结构的中心线位置向两边对称加载，按梁体等效荷载进行布置。

(3)预压方式

对结构进行预压时，须用等于现浇箱梁自重(405t/30m)1.2倍重量的沙包对全桥各跨梁段范围内的模板、支架分别进行预压[5]，满足以下条件可判定支架变形基本稳定：

①每一测点前24h的沉降量均值小于1mm；

②每一测点前72h的沉降量均值小于5mm。

达到上述标准之一即可停止预压。采用汽车吊吊装，沙袋在吊装堆载前必须过磅，以保证预压重量的准确性。

(4)观测点布设

支架沉降观测点顶部设置在底部横向方木的下底面，底部对应位置设置在底托托板上，测点布置：桥梁结构的跨径≤30m，沿纵向桥跨每1/4跨径位置布设一处观测断面，各观测断面的观测点≥5个，且等距、对称的布置如图2所示。

图2 沉降观测点布置图

(5)沉降观测

采用水准仪观测、记录，为了能准确的反映预压沉降观测数据，可在方木观测点位置钉铁钉立尺。观测时间及频率：

①加载前观测1次初始标高值H1；

②加载箱梁自重1.2倍的荷载的60%、80%、100%时各观测一次标高值H2；

③全部加载完成后，每隔24h应对每处监测点标高H3进行一次监测和记录，当支架结构预压后的变形值满足相关规范的要求时，可对支架进行卸载。

④当卸载完成6h后观测一次标高值H4。

预压中检查各支架结构扣件的情况，核查施工时预拱度值的合理性，并为其他支架结构预拱度的确定提供依据。

(6)数据分析

根据沉降观测结果，计算出每一观测点的变形值如下：

①非弹性变形为△1=H1-H4。经过试压，可认为已消除了地基、方木、模板、支架等的非弹性变形;

②弹性变形为△2=H4-H3。为使现浇箱梁在支架体系变形后线型依然符合设计的要求，该弹性变形值可作为现浇箱梁底模上预拱度△2设置的依据;

③由H2与H3的差值可分析持续荷载对于支架、地基变形的影响程度。

(7)保证措施

①为保证支架结构预压后变形无异常，在铺设完成现浇用底模板之后、测量H1之前，要对支架体系进行全面排查;

②为确保加载、卸载过程中的安全，应加强现场安全管控;

③为避免出现安全生产事故，加载时安排专人对支架、地基的变形情况进行观测和如实记录，若变形出现异常，应立刻停止施加荷载，在采取加固措施且变形正常后才能继续加载;

④遇6级以上的大风天气应停止加载，下雨时需对水袋或沙包覆盖遮雨;

⑤预压完成之后，应根据地基沉降程度和支架变形情况，对薄弱环节采取必要的措施予以加强。

2.6 预拱度的分析和设置

现浇箱梁施工中与卸架后，上部结构会产生一定下沉和挠度，为使上部结构外形在卸架之后满足设计要求，在进行支架体系和模板的施工时需设置合理预拱度，而预拱度的确定，需重点考虑如下因素：

①由1/2活载、结构自重引起的弹性变形值δ1；

②支架结构在加载之后由卸落设备压缩及杆件接头的挤压而产生的非弹性变形值δ2；

③支架结构承受施工荷载时产生的弹性变形值δ3；

④支架结构基础在加载后的非弹性沉陷值δ4。

支架纵向预拱度，其最小值为0，在桥墩与箱梁固结处、桥台支座处，最大值在跨中，按竖曲线或二次抛物线进行计算和确定。而分析预压的结果，据此可修正预拱度理论计算的数值，以使所设置的预拱度更合理[6]。

2.7 卸架

模板、支架拆除应严格按照审批后的方案执行，拆卸前现浇箱梁的砼强度应符合设计、规范要求，并按照“由上而下，先搭后拆”的要求卸架，不允许上下两步同时或者分立面进行拆架，要做到一杆一清、一步一清。立杆拆除时，应先抱住立杆再拆最后的两个碗扣；剪刀撑、斜撑、大横杆拆除时，要先拆除中间位置的碗扣，再托住杆件中部和解开端头扣件。按分段拆时高差应≤2步，若高差>2步，应增设临时斜撑进行加固；为保证支架体系拆除后的稳定性，必要时可设置临时支撑加固。

(1)拆除现浇底模、方木

底模、方木在箱梁翼缘板位置捆绑或打包放置，采用吊车平稳地吊运至地面合适位置进行码放，起吊过程中加强现场安全管控，吊运时在吊车起吊半径范围内不可有人员、机械。

(2)拆除贝雷片

将贝雷片跨中位置销子敲出、断开，再将每组贝雷片拆除、用吊车逐一吊至地面；若不能够在跨中断开并拆除，可用两台吊车将贝雷片进行整体吊运拆卸；若吊车不能直接吊运拆卸，贝雷片可用倒链拉出，再进行拆卸[7]。

(3)拆除工字钢

用气焊断开钢管立柱与工字钢的连接件，再用25t吊车采用平衡起吊的方式将工字钢吊运拆除。

(4)连接系及钢管柱拆除

先拆除相关连接构件，再割断钢管间的连接、采用汽车吊配合吊运，将基础预埋钢板与钢管柱割开，再拆除各钢管柱。

3 高墩现浇预应力砼连续箱梁梁体施工安全技术要点

3.1 梁体混凝土浇筑、拆模、养护

现浇箱梁混凝土设计标号为C50，混凝土由本标段砼拌和站供给、混凝土搅拌车运输，浇注方式采用泵送混凝土入模，两次浇筑成型。根据箱梁的结构形式、砼数量及设计要求，现浇预应力砼连续箱梁按每联梁全部横断面采取斜向分段、水平分层的方法，以纵向每联先中跨、后边跨，先跨中L/2梁段，后墩顶L/2梁段(L为箱梁跨径)的顺序，两次浇筑完成。混凝土浇筑完成抗压强度达到2.5MPa以上，开始拆除侧模。拆模后由专人负责用无纺土工布进行覆盖浇水养护，混凝土养护自表面收浆干燥后即开始，先进行土工布覆盖养护，然后进行洒水养护保持混凝土表面湿润。

3.2 预应力张拉、上拱度控制

砼强度达到设计强度100%，同时满足日平均气温>20℃时，龄期不少于7d，日平均气温>10℃时，龄期不少于10d，日平均气温≤10℃时，龄期不少于14d；或者通过现场同条件试块养护取得可靠数据时，砼强度达到设计强度100%，弹性模量达到95%以上，且任何龄期不小于5d，方可张拉。预应力张拉时，预应力束要对称均衡张拉，先张拉横梁第一批钢束，再张拉纵向预应力束，然后再张拉第二批横向预应力束[8]。纵向预应力束张拉顺序：先张拉腹板束，再张拉顶板束，交替进行；先长束再短束，先中间后两侧对称张拉，张拉过程中注意上拱度的变化，在梁两端、跨中和1/4跨顶面设置观测点，在张拉前测定原始数据并做好记录，张拉后观测7d，每天测定1次，以后每10d观测1次，观测1个月。

4 现浇箱梁施工中的安全管理重点

总结以往项目管理经验，要确保高墩连续箱梁施工安全，就必须建立健全安全保证体系(图3)，并重点做好以下几个点：

图3 安全保证体系框图

一是要建立健全安全生产管理制度，要根据项目实际、职责范围建立健全安全会议、隐患排查、风险评估、应急管理、安全生产责任制度等，严格用制度进行管理[9];二是制定教育培训计划，对所有管理人员及施工人员定期、有针对性的进行三级安全教育及技术交底，使参建人员懂得安全生产的基本知识，掌握安全生产操作技能，特种作业人员必须取得特种作业证书;三是加强安全生产费用的管理，按照“规范计取、合理计划、确保需要”的原则进行管理，对于发生的安全生产费要进行现场核查，确保安全生产费专款专用、据实计量[10];四是建立安全生产事故隐患排查治理长效机制，做到按照隐患即是事故、“谁主管，谁负责”的原则，单位负责人为安全生产的第一责任人，各参建人员对本岗位的事故隐患排查负责，做到“全覆盖、零容忍、严执法、重实效”，定期开展安全检查，确保安全生产不流于形式、安全隐患及时消除在萌芽状态；五是加强应急管理，完善应急管理体系，增强应急预案的科学性、针对性、实效性，定期开展应急演练，提高参建人员的应急救援能力，充分利用一切力量和资源，在事故发生后迅速控制其发展，保护现场职工的健康与安全，并将事故对环境和财产造成的损失降至最小程度[11]。

5 结语

总之，“安全第一”是一个永恒的主题，安全与生产相互依存，只有确保安全的情况下桥梁施工才能正常开展，我们要反对“只见局部、不见整体，把安全与生产割裂开来”，始终坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，把人民群众的生命财产安全放在第一位。山区高速公路高墩现浇箱梁的施工尤其得注重安全生产，要严格按规范、设计进行施工，通过计算和分析设置各项安全指标，认真做好支架搭设与拆除、箱梁现浇等过程中的各项安全指标控制，要加强学习，提高安全生产的本领，做到全员参与，定期开展安全检查，及时发现和消除安全隐患，这样才能最大限度的保证施工的安全。