鋼砂筒臨時支座在某公路橋上部結構體系轉換中的應用

□李良琦（河南省水利第二工程局）

鋼砂筒臨時支座在某公路橋上部結構體系轉換中的應用

□李良琦（河南省水利第二工程局）

本文介紹了鋼砂筒臨時支座的原理及制作方法，對鋼砂筒結構進行闡述分析，以及應用到大型橋梁結構體系轉換的施工工藝。應用表明：采用鋼砂筒做為臨時支座的施工方式是一種安全、環保、經濟、實用的橋梁施工方式。

鋼砂筒；臨時支座；應用

南水北調許多橋梁設計為先簡支后連續預應力箱梁，因施工工藝和工序的需要，大梁架設施工中有時要設置臨時支座放置大梁，在一聯的濕接縫和預應力張拉完成后，再采取特殊方法將大梁放置到固定支座上，這樣才算完成了大梁的架設工作。所以，臨時支座的設計好壞將影響到施工階段結構體系轉換施工的難易程度和轉換過程對結構本身安全的影響程度。

碳素廠南公路橋臨時支座原設計為硫磺砂漿支座，硫磺砂漿支座是在硫磺砂漿內埋入電熱絲，采用電熱法解除臨時支座。由于硫磺在熔化時易造成大氣環境、構造物等污染，對施工人員身體健康有極大的傷害，同時硫磺砂漿的配制、支座成型等施工操作也不易控制。本著以綠色、環保、優質、高效為宗旨，在碳素廠南公路橋施工中以鋼砂筒替代硫磺砂漿支座，應用實踐表明此法是一種高效、實用的施工方法，達到了預期的使用效果。

一、工程簡介

碳素廠南公路橋位于河南省焦作市市區，是南水北調總干渠與焦作市鄉村道路的路渠交叉建筑物，依據公路等級，橋梁荷載標準確定為：公路Ⅱ級。該道路為焦作市碳素廠及周圍村莊等的主要交通道路，是連接市區及周圍村莊道路之一，車流量較大，根據現狀路面，橋梁按單幅橋布置。

橋梁全長120 m，共3跨，每跨長度40 m，路渠交叉處設計干渠，水陸斜交角55°，橋面寬0.5 m+8 m+0.5 m，橋面橫坡為雙向2.0%，橋面無縱坡，上部結構采用40 m×3預應力混凝土箱梁，本橋采用主梁單獨預制，簡支安裝，現澆連續段接頭設臨時支座先簡支后連續的結構體系。共一聯，橋臺設GYF 4325×77滑板支座，橋墩設GYF 450×90橡膠支座。

本橋原設計臨時支座采用硫磺砂漿支座。從環保、質量安全、經濟和可操作性來看，硫磺在融化后產生煙霧，對環境、構造物造成污染及對人體健康有損害，且硫磺砂漿支座為一次性使用，本項目有兩座橋梁為簡支變連續結構，鑒于鋼砂筒臨時支座可以重復利用，從經濟和工期安排考慮，結合以往工程實例經驗，經過計算和試驗，決定采用鋼砂筒作為臨時支座替代硫磺砂漿支座，通過砂子調整臨時支座標高及臨時支座的解除。

二、鋼砂筒原理及制作方法

鋼砂筒原理為抽拔式活塞原理。利用封閉容器內的干燥細砂，在容器底部或側面開孔安裝閥門，使用時關閉閥門，向筒內灌砂，調整筒頂高程到設計高程（預留壓縮量），安裝主梁進行濕接縫和接頭施工；當需要體系轉換時，打開閥門，筒內砂子流出，筒頂標高下降，大梁隨之下落到永久支座上臨時支座解除。

根據碳素廠南公路橋主梁重量計算支座承載力，按現澆連續段結構施工圖（如圖1）確定鋼砂筒的結構形式及幾何尺寸。

圖1 箱梁現澆連續段結構施工圖

根據現澆連續段結構施工圖初步確定鋼砂筒的結構尺寸為：上筒頂板為250 mm×250 mm，厚度為10 mm鋼板，上筒筒身為外徑140 mm，高度為150 mm鋼管，鋼管壁厚5 mm；下筒底板為270 mm×270 mm，厚度為10 mm鋼板，筒身為外徑160 mm，高度為150 mm鋼管，鋼管壁厚6 mm。

40 m箱梁重145 t，采用4個臨時支座支撐，每個支座承受36.25 t，采用1.2倍的安全系數，每個支座承受43.5 t壓力。上筒內灌注 C 50混凝土，可承受壓力 P=500×3.14×132÷4÷1000=66.3 Tf，可以滿足要求；下筒灌砂，假設壓力全部傳給筒壁，筒壁承受43.5 t壓力，根據材料力學可算得鋼筒壁所受正壓力為：σ=pd/2 δ=43.5×1000×9.8÷2÷0.05=4.3 MPa＜235 MPa（鋼板屈服強度），滿足要求。通過計算鋼砂筒初步設計尺寸可以滿足要求。

在進行上下筒制作時，筒身與鋼板進行焊接，使底板與筒身形成一整體。在鋼砂筒下筒筒壁底部垂直方向開兩個孔，焊上螺帽形成漏砂口，漏砂口的大小要便于小型工具從簡內掏出砂粒；擰上螺栓時筒內砂粒擠不開，擰開螺栓時，筒內砂粒迅速外泄。上筒與下筒按鋼砂筒結構圖組裝起來，在上筒與下筒之間裝上砂子，即為一個臨時支座。鋼砂筒結構見圖2。

圖2 砂筒立面圖

三、鋼砂筒作為臨時支座結構分析

由碳素廠南公路橋現澆連續結構施工圖可知永久支座加支座墊石高度為225 mm，計算臨時支座上、下筒之間裝砂子高度H1：

H1=225-150-10=65（mm）

下筒筒身高度為140 mm，上下筒身重合高度H2：

H2=140-65=75（mm）

當臨時支座卸落時，砂子的最大卸落高度H3：

H3=65-（30-20÷2）=45（mm）。

四、施工工藝

（一）準備工作

1.測量放樣。按設計圖紙測出蓋梁、支座墊石高程及支座位置，計算出臨時支座的實際安裝高度。

2.卸落砂的準備。鋼砂筒內砂的質量要求較高，需干凈無泥，烘干后進行篩分，選擇1.5～2.5 mm粒徑的細砂作為使用砂。以鋼制砂筒作為臨時支座可通過試驗室壓力機按梁體重量試壓，確定裝砂后的壓縮值，測出漏砂筒滿足大梁壓力下的裝砂高度。

3.碳素廠南公路橋為一聯，一次加工完，共需24個，其他橋根據工程需要加工補充。

（二）臨時支座安裝

架設箱梁時，按測量放樣給出的支座位置安放支座，臨時支座的安裝位置、高度要符合施工規范及設計要求。鋼砂筒作為臨時支座施工程序：架設箱梁前，先把下筒按設計臨時支座位置安放在蓋梁上，把準備好的干砂裝入鋼筒內。按先己測試好的高度值（需加大梁安放后鋼砂筒的壓縮值）裝平，再把準備好的漏砂筒上筒蓋在砂面上，并調整使其頂面水平。為保證臨時支座高程準確，鋼砂筒內細砂必領足夠密實，無壓縮變形，可利用壓力機進行預壓。施工順序為：預壓—加砂—預壓—加砂—調平砂面—檢查上筒蓋頂面標高—箱梁安裝就位。

（三）箱梁安裝就位

箱梁按測量已放出的安裝邊線準確就位。在箱梁提升、橫移過程中保持平穩一致，緩慢落在臨時支座上，連接濕接縫和橫隔板鋼筋。施工時不能擾動已安放好的支座。

（四）橋面連續結構施工

橋面連續結構施工工藝流程：支座墊石標高調整及放樣—支座安裝（臨時支座和永久支座）—主梁架設—焊接主梁濕接縫和橫隔板鋼筋—綁扎（或焊接）橋面連續結構鋼筋—安波紋管、鋼絞線—橋面清理—箱梁翼板間濕接縫混凝土施工—安裝連續段模板-澆筑連續段混凝土和第一次橋面板混凝土—強度達到設計要求后張拉負彎矩鋼束、壓漿—卸落臨時支座，形成連續體系—現澆其他部位橋面混凝土—封槽一轉入下一道施工。

（五）體系轉換

連續段混凝土和第一次橋面板混凝土強度達到設計要求后進行負彎矩鋼束張拉、壓漿及封錨工作。這些工作完成之后即可卸落臨時支座，進行體系轉換。在支座卸落前，在橋面墩頂附近布置測量觀測點，并做好初始記錄。卸落臨時支座時要對稱進行，兩側對稱安排人員，按統一指令，步調一致，同時打開鋼砂筒的螺栓孔，使細砂均勻流出，箱梁平穩均勻下落，同時做好測量觀側記錄。待梁體重量全部由永久支座承擔時，取出漏砂筒，繼續下一跨施工，完成體系轉換。

五、經濟成本分析

碳素廠南公路橋共計2道現澆連續段，在箱梁伸縮縫端設滑板式橡膠支座，連續段設臨時支座進行箱梁安裝。臨時支座數量共計24套。鋼砂筒每套重15.4 kg，每套鋼制漏砂筒總制作成本為5.3元/kg，臨時支座制作總成本為1959元。施工結束后，鋼制漏砂筒殘值為739元，實際工程成本為1220元。相對于硫磺砂漿支座的一次性使用，鋼砂筒的周轉使用使工程造價降低，遠遠小于硫磺砂漿支座工程成本。

六、結束語

通過鋼砂筒做為臨時支座在碳素廠南公路橋中的應用，表明此施工方案有其獨特優勢：環保，不污染環境，對人體健康無害。該方案施工簡便迅捷、安全，極易施工操作，施工質量滿足施工規范及設計要求；鋼砂筒制作簡單、成本低、可周轉使用，降低工程造價。

2011-01-24