門式高墩大尺寸蓋梁模板支撐體系設計及施工

高燕 GAO Yan

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概況

新建南玉鐵路站前工程№1標大界版特大橋起止里程DYK4+153.10～+834.9，橋梁全長681.8m。該橋7#～9#墩采用門式墩跨越南玉鐵路左線。

門式墩蓋梁采用預應力砼結構，墩頂處蓋梁截面尺寸為4m（寬）×3.2（高），蓋梁跨中截面尺寸為4m（寬）×2.5（高）。門式墩蓋梁全長18.8m，凈跨11.2m。采用矩形墩柱，墩高25～27m。蓋梁施工采用立模現澆的方法。

本項目的門式墩蓋梁具有斷面尺寸大、跨度長、離地高等特點。蓋梁砼澆筑時作用于模板支撐系統的荷載及彎矩非常大，對模板支撐系統的承載能力及安全穩固性提出了很高的要求。同時，蓋梁模板支撐系統的施工為三級高空作業，施工難度大，要求支撐系統施工簡便。故，門式墩蓋梁模板支撐方案的設計及施工為本項目的重難點。

2 蓋梁模板支撐系統的比選及創新

2.1 蓋梁模板支撐系統的比選

根據設計情況，初步提出了滿堂支架、鋼管柱支架及墩頂托架+貝雷桁架支架等3種支撐方案進行比選如表1。

從表1可知，比選的3種方案均存在種種不利因素。本項目為了達到支架安全穩固，經濟合理及滿足工期的要求，進行了方案創新，并根據施工現場現有材料情況，經多次優化、調整，最終采用了墩頂型鋼拱形支架的方案。

表1 蓋梁模板支撐方案比選表

2.2 門式墩蓋梁墩頂型鋼拱形支架方案設計

該支撐系統主要采用型鋼組拼制作。型鋼承載能力強，長度可任意調整，易于優化及調整設計結構。支架內縱梁下設計了由內斜撐+內平撐構成類似拱形的承載結構，充分發揮了拱形結構優良的承載性能，有效降低了內縱梁跨中承受的彎矩，不僅使得結構整體承載合理，且減少了材料的使用。具體設計參數如下：

2.2.1 跨中墩頂型鋼拱形支架設計

①門式墩墩柱內側沿蓋梁縱向對稱設置4道雙拼I36b斜撐工字鋼（內斜撐），與墩柱豎向夾角60°，水平投影長度為3.35m，內斜撐設置間距為1m。斜撐工字鋼下端焊接40×40×2cm鋼板作端頭板，置于墩柱預埋的2塊40cm×100cm×2cm鋼板上，預埋鋼板在墩身內埋設深度為50cm。

②內斜撐上端頭間設置水平連接（內平撐），采用雙拼I36b工字鋼，長4.51m。內斜撐與內平撐形成承載性能優良的拱形結構，加強內縱梁的承載能力。內斜撐與內平撐之間連接采用2cm鋼板焊接。

③內平撐上為雙拼I56b水平工字鋼（內縱梁），雙拼I56b水平工字鋼兩端置于墩柱預埋的2塊40cm×100cm×2cm鋼板上。

④內縱梁上設置I36工字鋼橫梁（內橫梁），倒角范圍內0.5m/道，蓋梁下1m/道，內橫梁上擺放支撐模板的桁架。

2.2.2 門式墩蓋梁翼緣處托架設計

①門式墩墩柱外側沿蓋梁縱向對稱設置4道雙拼I36b斜撐工字鋼（外斜撐），與墩柱豎向夾角15°，水平投影長度為0.94m，外斜撐設置間距為1m。斜撐工字鋼下端焊接40×40×2cm鋼板作端頭板，置于墩柱預埋的2塊40cm×100cm×2cm鋼板上。

②雙拼I36b斜撐工字鋼上部設置雙拼I56b水平工字鋼（外縱梁），長度2m。水平工字鋼與墩身預埋75×75×2cm鋼板焊接，鋼板與墩身φ20錨筋60cm×15cm@15cm。

③外縱梁上設置I36工字鋼橫梁（外橫梁），0.5m/道。外橫梁上擺放支撐模板的桁架。

墩頂型鋼拱形支架方案如圖1、圖2所示。

圖1 墩頂型鋼拱形支架方案設計立面示意圖

圖2 墩頂型鋼拱形支架方案設計側面示意圖

3 托架結構承載檢算

3.1 材料及性能

鋼材：Q235B，厚度≤16mm；抗拉、抗壓、抗彎允許應力[fy]=205MPa，剪切允許應力[fv]=125MPa，容重78.5kN/m3，彈性模量Ec=206000MPa。

3.2 荷載分析及取值

混凝土容重按26kN/m3，混凝土荷載按蓋梁最大尺寸截面（墩頂處：4m（寬）×3.2m（高））進行計算。且將混凝土荷載簡化成均布面荷載。計算得混凝土重量荷載為：83.2kN/m2。

砼振搗作用于支架的荷載：2kN/m2。

砼入模的沖擊荷載：4kN/m2。

模板及支撐桁架重量荷載：5kN/m2。

人員及施工機具荷載：2.5kN/m2。

風荷載：南寧地區基本風壓ω0=0.25kPa（取重現期n=10對應的風荷載），根據規范計算標準值ωk=0.7×μs×μz×ω0=0.7×1.3×1×0.25=0.2275kPa＜0.27kPa，取0.27kPa。

其它荷載，如保溫材料荷載等：2kN/m2。

靜載系數取值1.2，動載系數取值1.4。

3.3 承載檢算模型

內、外橫梁，內外縱梁均按承受線性均布荷載進行檢算。

其中內外縱梁及斜撐結構承載檢算模型如圖3所示。

圖3 內外縱梁及斜撐結構承載檢算模型

3.4 驗算結果

3.4.1 型鋼桿件（表2）

表2 支撐系統承載關鍵部位檢算表

3.4.2 預埋鋼板計算

采用2塊40×100×2cm鋼板。縱向布置4道，間距1m。

計算得預埋鋼板最大剪切應力σ=4.1MPa＜[fv]=125MPa。

3.4.3 主梁焊縫驗算

2I56b工字鋼外縱梁采用焊縫高度10mm的角焊縫與預埋鋼板進行圍焊。計算得：

焊縫組合最大應力σ=15.1MPa＜[fv]=125MPa。

焊縫最大剪切應力σ=10.4MPa＜[fv]=125MPa。

支架的承載能力滿足施工要求。

4 質量控制要點

4.1 施工工藝流程

技術準備及放樣→預埋墩身支架鋼板→廠內制作支架構件及試拼裝→運至場吊裝及加固→橫梁（I36b工字鋼）安裝→模板支撐桁架及底模安裝→支架預壓→完成蓋梁砼澆筑并施做預應力→支撐體系拆除。

4.2 技術準備及放樣

將支撐系統構造及施工要點向施工人員進行技術交底，對托架安裝高度及平面位置進行定位測量及放樣，并復測，以確保無誤。

4.3 托架搭設

支架所有構件的加工制作質量是確保支架安全穩固的基礎，特別是需承載的焊縫。本項目采取在專業加工廠內進行構件制作及試拼裝，構件的焊接連接也盡可能在廠內進行。承載焊縫均采用超聲波進行質量檢測。構件運至現場后，拼裝作業盡量安排在地面進行，以減少高空作業及利于質量控制。構件采用50t汽吊吊裝。單個構件在吊裝階段，未能形成穩固整體前，在墩柱上設置聯接構件，使構件固定在墩柱上。加強已吊裝就位的各構件間的連接，避免在不可遇見荷載作用下出現側翻事故。

支架搭設期間做好防臺風措施，禁止構件無有效加固、側模和底模在無壓重狀態下迎接臺風。

4.4 托架預壓

為檢驗支撐系統是否安全可行，并消除支撐構件間的非彈性變形（主要是構件安裝等間縫在荷載作用下貼合后出現的變形）。同時，測定支撐的彈性變形，提供底模安裝標高，以控制蓋梁的線型。

支撐體系按設計完成搭設并安裝蓋梁底模后實施預壓。按蓋梁混凝土重的1.2倍作為預壓荷載。

4.5 沉降觀測點的設置

監測點在蓋梁底模上布設5個斷面，每個斷面在蓋梁中心及左右兩側共布置3個監測點。監測斷面及監測點具體布設見圖4所示。

圖4 蓋梁支架預壓沉降觀測點布設示意圖

4.6 施工預拱度計算及調整

根據堆載預壓的監測結果計算底模的預拱度。墩柱間底模的預拱度最大值設在跨中處，近墩柱兩端預拱度為0，其余部位按二次拋物線布置。蓋梁兩側懸臂段最外側預拱度設為最大，近墩柱為0，其余部位按直線設置。

5 結束語

對于大斷面、大跨度及高離地門式墩蓋梁施工而言，施工的關鍵及重難點是模板支撐體系的設計。本項目在墩頂托架+貝雷桁架支架方案的基礎上，對支撐方案進行了優化及創新，設計了以型鋼拱架代替貝雷桁架縱梁的墩頂型鋼拱形支撐體系。實踐表明，該支撐體系性能可靠，工程造價低，適應性強，可靈活地根據承載驗算結果優化設計參數，使結構受力明確、合理，確保支架設計更加科學、安全。通過本項目的技術創新及經驗，以期能夠有效提升類似項目的支撐系統的設計水平。