鋼管柱貝雷架模板支撐體系在撫順甲邦大橋施工中的應用

文/李猛 中國電建市政建設集團有限公司 天津 300384

1、工程概況

甲邦大橋位于撫順市東洲區石化新城境內的渾河城市段上游，是大伙房水庫下游的第2座跨河大橋，是撫順石化新城基礎設施項目的控制性工程。橋梁全長510m（跨度組成為（北引橋）4＊35m+（主橋）150m+80m+（南引橋）4＊35m），橋面寬40m，設計標準為城市主干路I級，設計行車速度60km/h，橋梁建筑面積2.04萬㎡。

河岸與河漫灘呈緩坡狀，高差在4～5m，地貌由河床、河漫灘和兩側的一級沉積階地組成，主河道位于擬建橋的中部，現水面寬度約230m，水深0.5～1.5m。

根據項目總體要求，結合施工環境和當地資源情況，本項目橋梁施工時采用了鋼管柱貝雷架作為模板支撐體系進行梁體現澆并取得了較好的工程效益。本文對主要工序設計進行闡述和總結。

2、支撐體系設計驗算

根據設計圖紙及相關規程、規范，對整個支撐體系進行設計及驗算，主要進行翼緣板、底板、腹板下貝雷梁上I14工字鋼驗算、翼緣板、腹板、底板下部貝雷梁檢算、貝雷梁下橫梁驗算及鋼管柱受力計算等主要受力結構進行驗算。本文主要對貝雷梁、鋼管柱受力情況進行分析。

2.1 腹板、底板下部貝雷梁檢算

（1）荷載計算

③每米荷載重量：

④施工材料具運輸、堆放荷載

⑤傾倒混時產生的沖擊荷載取2KN/m2：

⑥振搗砼產生的荷載取2KN/ m2：

取最不利組合計：恒載取1.2倍安全系數，活載取1.4倍安全系數，考慮最不利情況為混凝土全部澆筑完畢的情況：

腹板底板下設置7組貝雷梁（雙排單層）承重，則每組貝雷梁承受線荷載：

（2）強度計算

①跨中的貝雷梁受力最大，最大彎矩為：

經查，單層雙排珩片的幾何特性：

單層雙排珩片容許內力：

符合要求

②最大剪力為：

符合要求。

如果考慮各片貝雷梁不均勻受力及梁體變截面處受力情況，也具有較大的安全度。因此，貝雷梁滿足強度要求。

（3）撓度計算

滿足要求

2.2 鋼管立柱受力檢算

立柱采用Ф630mm×8mm的鋼管柱，立柱布置為4×4.5m+3×5.0m，按最大高度為6m，鋼管立柱按兩端鉸接的受壓構件計算，計算按照橫聯長度l=6m計算；

（1）軸心受壓單根立柱穩定性驗算

單根鋼管柱受力最大軸力為：

φ630×8mm的普通焊管鋼管支墩的容許荷載計算

φ630×8mm的普通焊管立桿截面幾何特性

鋼管的回轉半徑為：

式中：D—鋼管外徑，d—鋼管內徑

鋼管支架立桿按軸心受壓進行強度計算

支架系統取1.5倍的安全系數，所以鋼管支架立桿按軸心受壓容許承載力：

（2）組合風荷載時單根立柱穩定性驗算

①風荷載對立柱產生彎矩按下式計算

式中： Mw單根立柱彎矩(KN·m)； α立柱跨距（m）； l0立柱計算長度（m）； Wk風荷載標準值（KN/m2）；

式中： μz風壓高度變化系數，按現行國家標準《建筑結構荷載規范》，查表為2.09；μs風荷載體型系數，取0.8；Wo基本風壓（KN/m2），查表得0.45 KN/m2。則：

②單根立柱軸向力按下式計算

式中：NG1——結構+模板支架自重標準值產生的軸向力（kN/m2）；

NG2——工字鋼橫梁自重標準值產生的軸向力（kN/m2）；

③立柱壓彎強度按下式計算

式中：β ——有效彎矩系數，采用1.0；

W——立柱截面模量；

NE——歐拉臨界力，

(E為彈性模量， 為壓桿長細比)。

滿足要求。

3、主要項目施工方案

3.1 支架基礎處理施工

鋼管柱基礎采用7.0×2.0×0.5m的C25鋼筋砼基礎，基礎底部鋪設一層Φ16鋼筋網，間距布置為20×20cm。基礎頂預埋厚10mm的環形鋼板，與鋼管柱連接。

施工時，先把原地面的軟泥和粘土清理干凈，然后采用機械開挖使得基礎嵌入中風化巖內。

3.2 支架安裝

（1）鋼管柱安裝

鋼管立柱采用直徑Φ630mm鋼管，壁厚8mm，裝配式結構。鋼管立柱頂設置可調高度的砂箱，便于支架和模板的拆除。為了確保鋼管立柱的穩定，相鄰鋼管立柱間用12#槽鋼兩端鉸接連接。立柱頂部支承分配梁，下部支承在鋼筋砼基礎上。為減小砂箱底部鋼板變形，在鋼管立柱端部內設井字型支撐。

鋼管柱布置設計縱橋向鋼管柱中心間距最大為8.32m，墩兩側各設置1排鋼管柱（鋼管柱中心距離墩身中心線為1.7m），每排有8根鋼管立柱，橫向間距為2×4.5m+3×5.0m+2×4.5m。鋼管柱安裝過程中必須保證垂直度，以免使鋼管柱形成偏心彎矩。

（2）分配橫梁安裝

分配梁起著將結構荷載、支架荷載和施工荷載分配到鋼管立柱上同時受力的作用。分配梁采用2根I45b工字鋼并排布置在支柱頂部，并在兩工字鋼拼縫處點焊連接，支點及梁體變截面處采用12mm厚鋼板進行加肋，同時在型鋼上焊接擋塊防止貝雷梁移動。

（3）砂箱安裝

砂箱高300mm，采用直徑為φ300mm、壁厚為10mm的鋼管制作，在砂箱內裝上充足干燥、清潔無異物的砂子，放置壁厚10mm的φ260mm、內澆筑30cm C30鋼筋砼鋼管，砂箱可調高度不超過20cm。落模時，松掉靠近鋼管砂箱底部的螺栓掏出砂子，使工字鋼及貝雷梁下落，拆除梁模。在安裝砂箱時注意防雨水進入砂箱內。

（4）貝雷梁結構布置與安裝

采用當地較為常見的軍用321型貝雷架，此種拱架是由標準階段、拱頂段、拱腳段和連接桿等以鋼銷或螺栓連接而成。

①主梁由單層雙排貝雷梁組成，用于承受制梁時的荷載，完成連續梁的澆筑。每組貝雷梁間采用90cm支撐架連接，加強自身抗扭能力；鋼管立柱支撐處的貝雷梁豎桿用［10槽鋼加強貝雷梁抗剪力；為了加強貝雷架整體剛度，縱向布設橫橋向貝雷梁每隔3m采用［10槽鋼上下橫聯，U形卡卡緊槽鋼與貝雷片桿件，使各組貝雷梁連成一體。

②現澆連續梁貝雷支架采用13組雙排單層不加強貝雷片，貝雷梁橫向布置間距為：

③單片貝雷片長3m、高1.5m，貝雷片之間用貝雷銷連接。翼緣下布置6組，底板、腹板下布置7組。

現澆梁端頭為變截面，重量漸增，為保證端頭貝雷梁具有足夠的強度，在端頭每片貝雷片的立桿左右綁焊［10槽鋼。

為防止貝雷架從分配梁上滑下，進而方便后續施工，故在每排貝雷架端頭多加長一節貝雷片。

（5）墩身處縱梁設置

墩頂采用10×10cm方木支撐底模。由于橫橋向墩柱之間板肋屬于圓弧結構，因此緊靠墩柱的一組貝雷梁需由此斷開，為加強貝雷架整體剛度，先采用2根I45b工字鋼分別焊接固定在墩身兩側鋼管柱上的分配橫梁上，然后焊接40#槽鋼充作支撐縱梁。

（6）梁底橫梁安裝

貝雷梁上鋪設I14工字鋼作橫梁，梁端頭漸變段中到中間距為40cm，其余部位為75cm，橫梁上直接鋪設底模。

3.3 支架預壓

為保證箱梁砼結構的質量，鋼管柱、貝雷架搭設完畢鋪設底模板后必須進行預壓處理，以消除鋼管柱、貝雷架和模板的非彈性變形，同時取得支架彈性變形的實際數值，作為梁體立模的預拱值數據設置的參考。

預壓方法依據箱梁砼重量分布情況，在搭好的貝雷支架上堆放與梁跨荷載等重的預壓袋，預壓荷載系數取1.3倍。

支架上部貝雷梁共布置88個變形觀測點，用水準儀進行觀測：在支架上布設11排，每排布設8個點，按規范進行監測。

3.4 支座安裝

（1）在安裝支架前，對墩臺的中心線、高程進行復測，檢查螺栓孔的位置，對有問題的及時處理。

（2）安裝支座前先對混凝土墊石鑿毛濕潤，然后將支座吊裝就位，再用鋼楔調整支座標高。調整好標高后，用支座專用灌漿劑填滿搗實，錨固螺栓孔內的灌漿劑也同樣搗固密實。

（3）梁內支座鋼板與支座同時安裝，并將四角的緊固螺栓擰緊，確保底模與支座不漏漿。

（4）為確保支座的正確安裝就位，制梁前，采用全站儀在支承墊石上放出每個支座縱、橫向支承中心線。

3.5 模板工程

（1）箱梁底模

為保證箱梁外觀及施工質量，決定箱梁底模采用定做的鋼模板，鋼板厚度6mm。定做模板二套（2×50m）進行周轉使用。

（2）箱梁端模

端模采用18mm厚光面竹膠板拼裝，上面根據每塊節段處鋼筋及預應力管道打孔，設豎向方木固定。施工過程中，對每個預應力預留孔位進行編號，便于下節段現澆施工中快速準確定位。

（3）箱梁內模

內模采用18mm厚的木工板和10＊10cm方木在模板加工廠分節段制作，通過吊車拼裝完成。內模制作時，內楞方木間距要求控制在30cm以內，確保內模具有足夠的強度。

（4）箱梁側模

箱梁側模板及翼緣板采用定型鋼模板，安裝前由測量組每隔2m放出安裝邊線，然后由操作工人在現場技術員的指導下彈出安裝墨線，將制作的定型鋼模板按照設計安裝方式安裝就位，并采用成型支架進行加固。

（5）模板拆除

梁體砼強度達到設計強度60%后開始對箱梁側模、內模進行拆除，梁體砼強度達到設計強度90%后開始進行張拉作業，預應力體系張拉完成后，再進行底模板及支架拆除作業。

模板拆除作業時應注意混凝土芯部與表層、箱內與箱外、表層溫度與環境溫度之差均不大于15℃，且能保證構件棱角完整時方可拆除模板，氣溫急劇變化時不宜進行拆模作業。

模板拆卸次序如下：

1）堵頭板拆卸：混凝土強度達到2.5MPa后方可拆除，在拆卸過程中要注意保護不損壞鋼絞線。拆除后，將混凝土表面鑿毛。

2）外側模拆卸：松開模板間連接螺栓，采用吊車分塊進行拆除；在脫模過程中嚴格防止損壞混凝土。

3）內模拆卸：內模變截面模板均由木工板拼合而成，面板和腳手架拆散后從洞口抽出。

4）底模拆卸：整聯連續梁施工完成后，砂箱放砂，靠模板自重脫模。

3.6 鋼筋加工及安裝施工

所有鋼筋的加工、安裝和質量驗收等均嚴格按照施工設計圖紙以及《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011）的有關規定進行。

鋼筋在加工廠加工成半成品后由載重汽車運至施工現場，然后由汽車吊吊至施工作業面，按操作規程進行鋼筋制安。

3.7 預應力筋制作、安裝、張拉和灌漿封錨施工

縱向預應力鋼束采用抗拉強度標準值為1860MPa 的高強低松弛鋼絞線，公稱直徑15.24mm，其技術條件應符合ASTM A416-97的規定。管道形成采用塑料波紋管。錨具采用OVM圓塔形錨具及其它同類產品，張拉設備采用與錨具配套的機具設備。

橫向預應力鋼束管道形成采用72×23mm扁形塑料波紋管。錨具體系采用BM15-4扁形錨具。

鋼絞線、鋼筋、錨具（含連接器）、波紋管及張拉用千斤頂、電動油泵及壓力表等需委托有相應資質的檢查單位定期進行檢驗及校驗，檢驗合格后方可使用。

張拉鋼束在梁體混凝土強度達到設計值的90%后進行。預應力張拉設備使用前應先委托外單位校定，測定千斤頂、油表線性回歸方程，根據千斤頂的張拉力計算出壓力表讀數。各節段先張拉橫向束再縱向束，預施應力采用雙控措施，預施應力值以油壓表讀數為主，以預應力筋伸長值進行校核。

壓漿結束后，應及時對需封錨的錨具進行封閉。應先將錨具清洗干凈并對梁體混凝土鑿毛。利用錨墊板上安裝螺栓孔，擰入帶彎鉤螺栓，封錨鋼筋應與之綁扎形成鋼筋骨架。

3.8 箱梁砼澆筑和養護

梁部主體采用C50砼，各種原材料水泥、粉煤灰、外加劑、砂子、石子均為當地出產，經過檢驗都滿足要求。

混凝土的澆筑采用連續整體澆筑。澆筑時采用水平分層的方法。水平分層厚度不大于30cm，先后兩層混凝土得間隔時間不超過混凝土初凝時間。澆筑的總原則為：先底板兩側，底板中間、再腹板、最后頂板，從兩端到中間，分層澆筑混凝土。

結語：

在橋梁施工中，采用鋼管柱和貝雷片做模板支撐體系，施工速度快、節省投資，經濟效益明顯。