碗扣式支架在簡支系桿拱橋系梁中施工應用

王洪東

摘 要：研究了碗扣式支架在某簡支系桿拱橋系梁中的施工。以大西鐵路客運專線1-113m簡支系桿拱橋系梁支架施工為背景，介紹了碗口式支架的施工應用，闡述了支架的施工過程及工藝特點，可為今后類似橋梁施工提供參考經驗。

關鍵詞：簡支系桿拱橋；碗扣式支架；施工技術

1 工程概況

新建鐵路大同至西安客運專線站前工程Ⅴ標段，位于晉中市平遙縣、介休市靈石縣境內，本標段最長橋梁為平遙跨汾平高速公路特大橋。該橋全寬18.Om，全長113.3m，矢跨比為f/L=1/5，拱肋平面內矢高22.6m，拱肋采用二次拋物線線型。拱肋在橫橋向內傾8°，呈提籃式。設計時速為 250km/h，按時速為350km/h控制[1]。跨線里程DK381+774.7～DK381+891.02，橋跨墩位為48#～49#墩。碗扣式腳手架是一種新型承插式鋼管腳手架。憑借其獨帶的齒碗扣接頭，具有拼拆迅速、省力，結構穩定可靠，配備完善，通用性強，承載力大，安全可靠等特點，廣泛應用于房屋、橋涵、隧道等多種建筑物的施工中[2-3]。

該橋主跨為1-113m鋼管混凝土簡支系桿拱橋，系桿拱梁部采用碗口式滿堂支架施工。簡支梁與鋼管混凝土加勁拱組合結構體系，是目前同類鐵路橋梁結構的最大跨度，施工技術難度大，結構復雜。

2 碗口式支架設計

本工程施工支架為18排支墩分17跨，結構形式為：

1.36m+4.5m+5.14m+3m+10m+4.26m+10m+7.67m+7.33m*2+7.67m+10m+4.26m+10m+3m+6.55m+4.45m。

基礎頂部立柱采用外徑Φ92cm，壁厚1cm鋼管柱，每排設置9根，支柱之間縱橫向采用∠100×100角鋼連接形成穩定體系，鋼管柱橫向間距為2.26m（路面），2.5m（邊坡及地面）。

鋼管柱頂部采用3根55#工字鋼并聯作為支架橫向分配梁，分配梁上部搭設貝雷梁縱梁，縱梁采用單層雙片組合結構，連續鋪設，片間距0.45m，組間距1m，并于48#墩側設置2m長I50b工字鋼補長貝雷梁，梁頂部采用I20b工字鋼，底部采用30#雙槽鋼進行橫向連接，并在槽鋼外緣設置∠100×100×10斜撐體系，對支架進行抗風穩定性加強。

縱梁頂面至系梁底模凈空為1.76m，縱梁上部搭設LG90碗扣式腳手架作為自由落架裝置，并對梁底標高及預拱度進行調整，采用碗扣支架，碗扣支架鋼管為Φ48、t=3.5mm，材質為Q235鋼，軸向容許應力[σ]=205MPa。碗扣架進行局部加強設計，即在拱肋作用3m及系梁實體范圍內縱橫向間距為30cm，其余位置間距為60cm。腳手架頂部鋪設縱橫向10×15cm+10×10cm方木，頂層方木間距為20cm，底模采用1.8cm優質竹膠板。

支架各桿件的分布如下表1所示，在實心梁體下立桿間距為0.3m時，支架各桿件以及方木的剛度、強度和穩定性都滿足要求，且有足夠的安全儲備，故在整個梁體范圍下都采用這種布置。具體布置如下表1：

在拱橋中央條帶范圍內，即中央12m條帶范圍內兩端實腹部分除外，扣碗架立桿間距可以放大至60cm或90cm。

3 碗扣式支架施工

3.1 支墩的樁基礎施工

①0#支墩，1#支墩，9#支墩，09#支墩采用樁基礎，樁基頂面采用通長蓋梁連接，并將樁延伸至支墩頂面標高樁頂設蓋梁；

②樁基礎采用Φ1.0cm鉆孔樁，入土深度為20m，16m兩種；

③01#支墩為新做的挖孔樁基礎，樁徑Φ1.0m，共9根。中距2.5m，上置蓋梁，再立鋼管；

④1#支墩、9#支墩為雙排挖孔樁基礎，樁徑Φ1.0m，每排9根樁，排距3m，樁間距2.5m，分別設置蓋梁，上置9根Φ920mm鋼管；

⑤09#支墩利用49#墩承臺支護樁基礎，其上亦設9根Φ920mm鋼管，與10#支墩設置交叉抗剪支撐形成空間結構。

3.2 支墩條形基礎施工

①條形基礎為現澆C20混凝土。

②基底松土須清除，基礎不得置于分車帶之松土上。

③基礎為2層臺階式基礎，下階厚度為1m，下階頂面與路面平齊，上階頂面應高出路面1.4m。

④基礎混凝土在澆注時須預埋螺栓（Φ22）8根。以與鋼管下端之墊板速接牢。

⑤鋼管下端鈑與基礎混凝土頂面可用干水泥找平，讓水泥吸潮硬結。

3.3 鋼管柱支墩及橫梁施工

①支墩采用外徑920mm、壁厚10mm的卷制鋼管，3#橋梁鋼制成。每個支墩設置9根鋼管。鋼管中心距2.26m，邊坡及地面處間距為2.5m。

②圓管上端支承荷載橫向分配梁。橫向分配梁由三根并列工字鋼組成。中心間距42.5cm；工字鋼型號為工55C。

③在三根工字鋼之上、下翼緣分別設置縱鈑，其作用是使三片工字鋼聯成整體并用以放置貝雷架之支座鈑。以及支承于鋼管端的墊板，縱板厚12mm。

④工字鋼需要接長時，應將其拼接截面選在支墩鋼管中心附近，這樣，可以只設置腹板拼接板即可。翼緣無需設置拼接板。

⑤工字鋼在貝雷架的支點處以及支承在鋼管之處，承受集中荷載的作用，需設置加勁角鋼，以保證其翼緣的強度與腹鈑的彈性穩定。

⑥920鋼管下端設置1100mm×1100mm，δ=16mm的端鈑，與鋼管焊接。

⑦鋼管兩端端部設置加勁肋條，肋條焊接于鋼管壁。

⑧48#墩第二級承臺襟邊上的增設鋼管頂端設置不等高的分配梁：一側為貝雷架支承；另一側為工字鋼的支承。

⑨支墩鋼管之間，在縱向和橫向采用∠100×100×10雙角鋼設聯接系，以形成整體，構成支墩。聯接系每2m一高設置一層。節點聯接采用25cm寬的鋼鈑彎制成抱箍，在抱箍合籠處設置節點鈑，以與撐桿相聯結。

3.4 貝雷梁縱梁施工

①施工支架上部結構為單層貝雷架，連續梁體系。

②為便于架設，將貝雷架按二個單片拼成為一組，單片之間的中距取用0.45m。沿橋全寬共設置十九組，兩組之間的中心間距為1m。

③貝雷架的橫向聯接系。

由于兩組貝雷架之間的凈距小，不足40cm，故不可能在其間設橫斷面向聯接系。本項目設計采用了端撐體系。即用一對槽鋼橫置于貝雷架下弦，兩端外伸，再從外伸端設斜撐桿，斜撐桿之上端頂緊貝雷架之上弦。同時，將上部的工字鋼設置U型螺栓，置于貝雷架上弦，讓U型螺栓形成的槽口卡住貝雷架上弦。此種端撐體系沿貝雷架縱向每隔1.5m左右設置一副。以此保證貝雷架具有共同的抵抗橫向荷載的能力和良好的整體性。

④貝雷架的支承節點。

由于支墩位置受公路車道限制，在縱向沒有調整的自由，致使貝雷架在工字鋼上的支承點有可能落在其下弦桿上。下弦桿將受彎，為解決這一問題，將貝雷架下的分配梁設置為3片構造工字鋼，保證支撐平臺寬度有85cm，從而能保證使支承點作用在貝雷架的節點上，以傳遞支點反力。

⑤由于兩墩間凈跨度為107.92m，貝雷架不容許鋸斷，將貝雷架截除一個節段（3.0m），鋪設長度為105m，缺口設于48#墩旁，貝雷架端支點位于48#墩承臺下階襟邊上的增設鋼管上，貝雷梁缺口處采用2m長的I50b工字鋼橫向間距50cm跨越。

3.5 貝雷梁上部結構施工

貝雷架上采用橫向I20b工字鋼，縱向間距為0.3m，0.6m；工字鋼上的支架采用碗扣滿堂支架，碗扣式鋼管腳手架立桿的橫向間距0.3m，縱向間距均為0.3m；采用縱向方木在上，橫向方木在下的布置的方式，鋼管頂部橫向采用15×10cm方木，上面放置縱向方木，為10×10cm，間距20cm，底模為18mm厚的竹膠板。為保證整體受力，根據標高和設計桿件長度進行底座調平。搭立桿后加橫桿連接固定，立桿搭設完畢放頂托調至設計標高。

3.6 支架的預壓

本工程在梁體底模方木上或底模板上采用不小于梁體混凝土重量的1.2倍的砂袋進行支架預壓，消除支架的非彈性變形、基礎沉降變形，并獲得彈性變形值，為模板支立標高提供數據。在支架頂部和底部（注意上下對中）按縱向5m，橫向左、中、右設置測量點，進行編號，以便預壓時進行對比觀測，控制模板立模標高。觀測按加載前、加載完、加載后三天、卸載后四次進行。

3.7 支架的卸架

根據現有設備條件，本工程的施工支架卸架（載）方式采用在貝雷架頂面（置于貝雷架上弦上的工20b工字鋼頂面）設置碗扣架作為降落裝置實行卸架。

因此，本支架的設計，其高程系統是以貝雷架頂面之高程為基準。在此基準面之上留出1.76m凈高，供設置20b工字鋼扣碗架，縱橫向方木，底模等。

3.8 支架施工觀測

在預壓過程中實施觀測，預壓荷載應分級施加，分級步長先大、后小。觀測內容：①條形基礎的地基沉降：即建立P～S曲線，以判認地基工作狀態是否在曲線的直線段內；②樁基礎的沉降：即建立P～S曲線，以判認樁的工作狀態是否在曲線的直線段內。③支架的中心線：即檢驗支架頂面縱向中線在預壓加載過程中的穩定性，以判定支架之橫向剛度。④支墩墩頂沿橋縱向的位移觀測。考查變位是否合理。⑤卸載亦分級，以確認卸載曲線。

4 結論

本文以大西客運專線為工程實例，介紹了碗扣式支架在簡支系桿拱橋系梁中的施工應用。該工程已完工通車，其順利實施表明所采用的施工技術證明該工程技術施工原理清晰，易于掌握，節約成本，可為今后類似橋梁施工提供參考經驗。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10203-2002鐵路橋涵施工規范[S].北京：中國鐵道出版社，2002.

[2]高秋利.碗扣式鋼管腳手架和支撐架受力性能試驗與分析[D].天津大學，2011.3.

[3]李慶麗.淺談碗扣式支架施工設計與應用[J].商情.2013（37）.