臨時鋼結構支撐在橋梁施工中的應用技術

費國慶

摘要：通過對龍峰橋工程鋼結構臨時支撐的應用，總結鋼結構臨時支撐在橋梁工程施工過程和技術方法。針對橋梁工程跨度大、架空高的特點，探索鋼結構支撐應用技術的條件，結合工程實踐，探討支撐技術及應用。

關鍵詞：鋼結構;臨時支撐;大鋼管+貝雷架;設計及施工

以龍峰橋工程為例對支撐施工進行論述。根據“十四五”規劃及我公司“兩商戰略”實施，現期正在進行的項目有廣寧縣綏江羅鍋大橋及首約至羅鍋公路工程、武漢到大悟高速公路工程項目等，都有需要應用鋼結構支撐。本應用技術對類似工程有現實指導意義。

一、鋼結構模板支撐施工方案的應用

1.1某橋梁施工中現澆混凝土板梁模板支撐方案

1.1.1工程概況：

龍峰橋為鋼筋砼棧道橋，全長約609.6m，橋寬4.1m。采用現澆鋼筋混凝+連續板梁，上部結構主梁均采用整聯整幅現澆結構，梁高均為650mm上下頂底板厚為125mm，內置PE管分設內腔，PE管規格采用為400X12.3mm，懸臂采用半徑1308.3mm圓曲線形外包，整體橫斷面形狀呈一定的魚腹式，橋墩墩頂處設置中橫梁和端橫染，其中中橫梁寬為1500mm，端橫染寬為750mm。橋墩采用單柱/雙柱傘型橋墩，墩柱直徑1.0m，承臺厚1.5m，承臺下接單根/兩根直徑1.0m的鉆孔灌注樁基。A軸線中部連接B軸線起終點，其中A軸線橋長295.9m，B軸線橋長103.7m，C軸線橋長210m。

1.1.2工程地質及水文概況

工程場地處于以沖積平原為主地貌，工程場區的外側河道為晉江西溪、晉江干流匯合口、晉江西溪，屬晉江金雞攔閘庫區，沿河道呈狹長型展布，岸邊高程上般為-3～1m，I級階地階面高程一般為10～14.5m，階地上主要種植有地瓜、樹苗等經濟作物。

晉江西溪金雞閘庫區正常蓄水位為7.0m。沖積平原地貌I級階地道路場地沿線地下水位主要受金雞閘庫水位及沿岸河溝水位的控制，場地地下水類型主要為孔隙潛水、及局部位置的孔隙承壓水。場區含泥細砂、中細砂、中粗砂、粗砂和砂卵石為地基主要含水層，水量較豐富，含水層狀態一般呈層狀，下部強中風化基巖以基巖裂隙潛水為主;一般上部水量較小，中下部水量較大，孔隙潛水主要接受大氣降水和山坡高處地下水補給，地下水向平原區潛流或向河溝排泄。

一般地下水位變幅為0.5～1.Om，局部可達2.0m以上。根據當地水文觀測資料，工程場區歷史最高地下水位達到14.5m，高于現有地表高程，近3～5年最高水位約11.8m。

1.1.3上部結構現澆空心板梁混凝土施工方案A、采用滿堂腳手架支撐方案

1、橋位區為龍峰橋A區、C區，陸地施工條件相對較差。施工時，先將橋位地基處理后，采用扣件式滿堂腳手架單幅逐跨現澆施工工藝進行施工，施工時，外側模采用高強度覆膜竹膠合板（按一聯長配置一套模板），底模采用高強度覆膜竹膠合板（按一個標準跨和一個首跨長度配置）。

B、采用臨時鋼結構鋼管柱+貝雷片縱梁模板支撐

1、現澆支架總體施工布置

龍峰橋的上部板梁結構施工擬采用鋼管樁柱貝雷梁和滿堂鋼管組合承重支架法施工，鋼管樁柱采用D530×10mm螺旋鋼管，貝雷梁跨度3.6m～6.5m。采用底部結構為現澆貝雷片支架，在貝雷片支架上設置碗扣小鋼管立柱相結合施工措施。

施工時，先將橋位地基處理后，支架方式采用大鋼管柱+貝雷片縱梁形式，逐跨現澆施工工藝進行施工。施工時，外側模采用高強度特制鋼模板（按一聯長配置一套模板），底模采用高強度覆膜竹膠合板（按一個標準跨和一個首跨長度配置）。

二、臨時鋼結構支撐在現澆模板支撐中設計及施工技術

2.1大鋼管+貝雷梁模板支撐系統的設計

2.1.1支架系統結構形式

龍峰橋A區、C區，陸地施工條件相對較差，支架方式采用鋼管柱+貝雷片縱梁形式，外側模采用高強度特制鋼模板（按一聯長配置一套模板），底模采用高強度覆膜竹膠合板（按一個標準跨和一個首跨長度配置）施工時，先將橋位地基處理后，逐跨現澆施工工藝進行施工。施工支架采用貝雷梁鋼管支架。支架結構從下到上依次為：鋼筋混凝土基礎+鋼管樁（530×10mm）+樁帽+砂箱+橫梁分配梁（2I36a型鋼）+縱梁（貝雷片）+底模橫向分配梁（10cm×10cm木方滿鋪）+模板（15mm厚竹膠板），具體結構及布置見附圖

2.1.2鋼管柱貝雷片支架支撐系統受力驗算

一、驗算2I36a工字鋼橫梁

根據《路橋施工計算手冊》各項豎向荷載和有關材料特征值如下：

驗算剛度荷載組合：q2 1 2 6 1.2 0.75 1.2 25 0 30.9kN/m2查表得：2I36a工字鋼橫梁彈性模量E 2.1 105MPa;彎曲應力[ W] 205MPa

查表得，2I36a工字鋼橫梁截面特性：截面面積A=152.88cm2;質量120kg/m;Ix=31592cm4;Iy=1109.8cm4;Wx=1755.2cm3;Wy=81.6cm3。

2I36a工字鋼橫梁按照均布荷載下跨度3.1m的簡支梁計算應力和撓度。Q1=q1l=40×3.1=124kN/m

跨中最大彎矩：M=Q1l2/8=124×3.1×3.1/8=149kN.m。

支點剪力：τ=Q1l/2=124×3.1/2=192.2kN。

（一）、強度驗算：

=3=84.9MPa<[σ]=205MPa

（二）、剛度驗算：

Q2=q2l=30.9×3.1=95.79kN/m

f 5Q2l4 5 95.7

二、驗算Φ530*10mm鋼管支架立柱

設鋼管立柱長度為5.0m，鋼管支點處的荷載為：N=223.43kN。

截面回轉半徑：r ? ? 186mm

面積A=8242.5mm2

長細比：

l 2 5 54 ? 150

查規范《鋼結構設計規范》（GB50017-2017），查得ψ=0.837。

（一）、強度驗算

N 223.43 1000 27.11MPa< ? ?205MPa

強度滿足要求。

（二）、穩定性驗算（按軸心受壓計算）

N= Af=0.837 8242.5 205=1414.3kN N=223.43KN穩定性滿足要求。

三、鋼管支架鋼筋混凝土獨立基礎計算

采用鋼筋混凝土獨立基礎作鋼管支架支承，基礎必須落于粉質粘土或含泥細砂上，如果地質不符，須換填砂礫處理，查該工程地質勘探報告得知，地基承載力為150kPa及以上。

獨立基礎承載力計算，按鋼管支架受軸心壓力最大進行，即取223.43kN。基礎尺寸為1.50×1.50×1.0，內配單層鋼筋網片 16@200，C25混凝土。承載力計算如下：

鋼筋混凝土基礎自重：1.50×1.50×1.0×25.0=56.25kN

上部鋼管支架荷載：223.43kN

124.3kPa 150kPa

故獨立基礎的截面尺寸滿足要求。

四、貝雷桁架的設計驗算

根據《路橋施工計算手冊》各項豎向荷載和有關材料特征值如下：

1、模板、支架、拱架、腳手架自重：取0.5kN/m2

2、新澆鋼筋混凝土重度：取25kN/m3

3、施工人員、施工料具運輸、堆放荷載：取2.5kPa，即2.5kN/m2

4、傾倒混凝土時產生的沖擊荷載：2.0kPa，即2.0kN/m2

5、振搗混凝土產生的荷載：取2.0kPa，即2.0kN/m2

6、其它可能產生的荷載：按實際情況，不考慮。計算承載力荷載組合：

q1 1 2 3 4 5 6 1.2 0.5 1.2 25 1.4 2.5 1.4 2.0 1.4 2.0 0 39.7kN/m2

驗算剛度荷載組合：q2 1 2 6 1.2 0.5 1.2 25 0 30.6kN/m2

按照均布荷載下跨度6.0m的簡支梁計算應力和撓度：

查表得：貝雷梁彈性模量E 2.1 105MPa;彎曲應力[ W] 210MPa查表得，六道貝雷梁截面特性：Ix 751491.6cm4，Wx 10735.6cm3

跨中最大彎矩：M1/2=1q1l2=0.125 39.7 6 6 6=1071.9kN.m

支點剪力：Q=1q1l=0.5 39.7 6.0 6.0=714.6kN

M1/21071.9 106

x

強度滿足要求！

（二）、剛度驗算：

f 5q2l4 5 ? 1103 6 ? 103 1.96mm ? l 6000 15mm

剛度滿足要求！

2.2大鋼管+貝雷梁模板支撐系統的施工技術

2.2.1施工工藝流程

施工準備→地基處理→鋼管柱安裝→安裝砂箱2I36a工字鋼橫梁安裝→縱梁安裝（貝雷片）→安裝I16工字鋼及方木→安裝模板→支架預壓→鋼筋綁扎→混凝土澆筑→拆除模板及支架。

2.2.2支架系統結構形式

施工支架采用貝雷梁鋼管支架。支架結構從下到上依次為：鋼筋混凝土基礎+鋼管樁（530×10mm）+樁帽+砂箱+橫梁分配梁（2I36a型鋼）+縱梁（貝雷片）+底模橫向分配梁（10cm×10cm木方滿鋪）+模板（15mm厚竹膠板）。

2.2.3鋼管柱+貝雷片縱梁施工方法

1、地基處理

原有地基整平壓實后，鋪設，采用20噸壓路機碾壓平整，采用C25鋼筋混凝土獨立基礎作鋼管支架支承，基礎尺寸為1.5×1.5×1.0m，內配單層鋼筋網片Φ16@200mm.。基礎必須落于粉質粘土或含泥細砂上，如果地質不符，須換填砂礫處理。

2、鋼管柱拼裝

鋼管柱安裝在已澆筑完的混凝土基礎上，混凝土強度達到100%方可進行鋼管樁的支設，鋼管樁采用φ530鋼管，壁厚為10mm，每根立柱高度根據施工圖確定，立柱用標準管節為6m、4m、2m、1m、0.5m、0.3m、0.2m的管節組拼而成，在吊裝前進行柱底、柱頂結構的焊接以提高鋼管端部的抗剪能力，柱頂結構做法：先在柱子底端環向開4個長度40cm、寬1cm的口，間距90°，然后往口內插入鋼板，使鋼板在孔內呈“十”字狀。最后在鋼板底端焊接1塊800mm×800mm×10mm鋼板。柱底結構做法：在柱底外側環向焊接4塊加勁鋼板，間隔角度90°。

3、鋼管柱支設

根據鋼管柱位置，在混凝土基礎上標記出鋼管中心線，安排汽車吊就位，計劃使用25T汽車吊進行吊裝施工。鋼管樁支設過程中需在至少兩個角度安排兩個施工人員進行垂直度控制，指揮吊臂前后、左右擺動以調整鋼管樁的垂直度。

4、安裝砂箱、2I36a工字鋼橫梁

在樁頂結構頂部利用φ462×12（筒體）和φ430×10鋼管（筒塞）做砂筒，用來調整標高和落架。在筒體中填入干砂、筒塞中填入C30混凝土，可通過控制筒塞的角度來調整支架的橫坡，每個砂筒頂面用2根6m長的I36a工字鋼做分配橫梁。

5、貝雷片安裝

貝雷架安裝時先在場地先組拼裝好，然后一次性吊裝至I36a工字鋼橫梁上。貝雷梁吊裝時用支撐架螺栓將豎向支撐架、水平方向支撐架和貝雷連成一個整體，每節貝雷接頭位置安裝一片支撐架。為保證梁的剛度，貝雷、加強桿、支撐架之間采用接頭錯位連接，這樣可減少由于貝雷桁架接頭變形產生的主梁位移。連接貝雷桁架的所有螺栓螺帽必須擰緊，涂上黃油的貝雷桁架銷子穿到位后，必須插好保險銷。

6、底模分配梁、木方安裝

底模分配橫梁采用10cm×10cm木方滿鋪布置在貝雷片上，底模分配橫梁與貝雷片弦桿安裝貼緊即可。

2.2.4鋼管柱貝雷片支架堆載預壓

1、目的

為消除支架在搭設時接縫處的非彈性變形和地基的非彈性沉陷而獲得穩定的支架，應逐孔進行預壓。為獲得支架在荷載作用下的彈性變形數據，確定合理的施工預拱度，使箱梁在卸落支架后獲得符合設計的標高和外形，應進行沉降觀測。（支架預壓的目的：1、檢查支架的安全性，確保施工安全。2、消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響，有利于橋面線形控制。）

2、堆載

支架預壓時因考慮到堆載的物品和施工過程中工人的操作誤差等因素，則取1.2的不均勻系數，用編織袋裝砂作預壓材料，砂袋的堆積高度按梁體自重分布曲線圖變化取值，從而使預壓荷載的分布與梁體荷載的分布相吻合。設計一聯30m，混凝土52.1m3，每跨10m，17.4m3，重量為44t，1.4倍取重量，53t，實際預壓計劃為67t。

3、監測方法

為了找出支架在上部荷載作用下的塑性、彈性變形，在加載50%和100%后均要復測各控制點標高，加載100%預壓荷載并持荷24小時后要再次復測各控制點標高，如果加載100%后所測數據與持荷24小時后所測數據變化很小時，待24小時內累計沉降量不超過1.5mm，方達到設計要求，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸載，否則還須持荷進行預壓，直到地基及支架沉降到位方可卸壓。卸壓完成后，要再次復測各控制點標高，以便得出支架和地基的彈性變形量（等于卸壓后標高減去持荷后所測標高），用總沉降量（即支架持荷后穩定沉降量）減去彈性變形量為支架和地基的非彈性變形（即塑性變形）量。預壓完成后要根據預壓成果通過可調頂托調整支架的標高。

沉降觀測一直持續到整個箱梁澆注完畢，特別注意砼澆注時支架的沉降，若澆注時，支架沉降超過預壓沉降觀測時預留沉降量時，應停止繼續澆注，以防事故的發生。

三、使用臨時鋼結構支撐方案的對比

3.1施工難易度比較

3.1.1A、C區采取兩種方案，其不同之處在于方案一采用臨時滿堂小鋼管腳手架，這個技術現在比較成熟，比較通用;方案二采用大鋼管支撐，大大減少了臨時鋼結構件的數量，同時其在安裝及制作上可以使用機械吊裝及焊接;方案二難度要大，但在熟練技工操作上難度相當;

3.2進度效率比較

3.2.1A、C區滿堂腳手架主要采取人工操作，臨時鋼管鋼結構件成千上

萬，同時滿堂腳手架需要在整個架體區進行基礎處理;大鋼管支撐在結構設計上簡單明了，經計算在一聯區域（10mX10mX10m），按高支模區域計算，滿堂架體搭設工程量：12X8X30=2880m3，而大鋼管支撐只需要6組，滿堂腳手架施工大概需要30個人工完成，6～10個人需要3～4天完成，大鋼管支撐大概需要3～6個人工，吊車一臺班計劃1～2天完成，在進度上大鋼管利用機械作業效率要高出30%～50%;

3.3成本比較

3.3.1滿堂腳手架在一聯區域內使用材料費用基本相當，但在人工及其它費用上，因為經過近10年的建筑行業發展，人工費用漲幅較大，機械費用還有所下降，滿堂架一聯費用預計：30X400=12000元，大鋼管支撐費用預計：1300X2+6X400=5000元，只有滿堂架費用的40%，大大降低了施工成本;

四、結論

現澆混凝土支撐系統是模板工程最重要的組成部分，優化支撐系統、減少模板工程費用、節約勞動力、提高施工效率等成了現澆混凝土施工的主要發展方向之一。

大鋼管+貝雷梁支撐體系，其特點是裝拆方便，可按需要組成不同形狀，通用性強，臨時鋼結構在模板支撐體系廣泛應用，對建筑的施工進度、造價等方面發揮了重要作用，傳統現澆樓板支撐體系具有較好的經濟性，但技術性能相對較差，若能提高其技術性能，經優化后的臨時鋼結構模板支撐系統安拆更方便，周轉率更高、操作簡單，可廣泛用于現澆板混凝土結構施工。

參考文獻：

[1]設計圖紙文件

[2]周水興，何兆益.路橋施工計算手冊.人民交通出版社

[3]鋼結構設計規范GB50017-2017