交叉施工條件下的大跨懸臂蓋梁模架結構形式研究

王 寧，趙建康，楊俊濤，張文香

(北京市市政一建設工程有限責任公司，北京 100083)

由于受到自然水文環境的影響，為保證跨河橋梁下部結構及河道護砌施工避開汛期影響，同時滿足設計要求的：河道防護工期隨橋梁施工同期實施，工程需合理安排施工進度計劃，保證進入汛期前完成以上內容的施工，項目部經過對工程進度進行研究，發現如將河道護砌的時間調整至與跨河橋蓋梁同步實施，傳統的滿堂支架形式將會影響河道護砌施工，經過進行技術優化及方案比選，項目部決定采用鋼抱箍的支撐形式，以減小對河道施工的空間影響，但由于本工程主幅橋蓋梁跨度10 m，懸臂端長度4.24 m。因此，在采用此施工工藝時，對確定主梁布置形式帶來一定的難度，同時，也導致了橋梁下部空間交叉施工的問題，安全隱患加大，因此項目部決定在施工前應用計算軟件對蓋梁模架支撐體系進行安全核算，同時對項目部作業人員進行方案及安全技術交底，并在進行蓋梁施工時加強蓋梁下部安全防護，保證施工安全及質量。

1 工程概況

本工程主幅橋蓋梁結構為三墩柱C50現澆預應力混凝土形式，墩柱間跨度為10 m，位于兩端的懸臂投影長度為4.24 m，蓋梁下部的凈空高度為5.37 m，蓋梁投影尺寸(長×寬)為28.48 m×2.2 m，蓋梁的最大高度1.6 m。根據設計圖紙要求，需對橋梁投影范圍及橋梁上下游185.1 m范圍內進行河道護砌，護砌時間：河道防護工期隨橋梁施工同期實施。橋梁布置圖，如圖1所示。

圖1 橋梁布置圖

2 工程重難點

2.1 跨河橋施工需避開汛期

本橋梁工程跨越現況河流，汛期時50年一遇最高洪水情況下，水深在4.76 m左右。按照傳統模架形式進行工期計劃安排，跨河橋下部結構施工時將進入本市汛期，將給下部結構施工安全、質量等多方面控制帶來很大難度。因此，安排跨河橋施工時需要合理制定工程計劃安排，盡量避開下部結構汛期施工。橋梁下部結構與河道護砌結構斷面圖，如圖2所示。

圖2 橋梁下部結構與河道護砌結構斷面圖

2.2 交叉施工帶來較大安全風險

進行技術優化后，采用鋼抱箍+局部支架法進行蓋梁施工，可在保證蓋梁模架體系穩定性的前提下，盡可能多地為下部河道護砌等施工內容提供施工場地，由于在空間上，需要上下同時作業，就產生了交叉施工的問題，施工時，安全防護難度加大。

2.3 蓋梁結構跨度大對結構選型難度加大

由于本工程涉及的跨河橋主幅橋蓋梁墩柱間的跨度為10 m，墩柱間跨度大，且懸臂端長度4.24 m，懸臂較長，使得在力學模型中，跨中及懸臂端彎矩較大，對主梁材料的抗彎性能要求較高，導致在確定蓋梁模架體系時，常規簡單的支撐形式無法滿足本蓋梁安全施工的要求，這給方案制定帶來了難度。蓋梁結構尺寸，如圖3所示。

圖3 蓋梁結構尺寸圖

3 技術方案優化

按照常規施工工藝，本工程橋梁下部結構施工的關鍵線路為樁基礎施工—承臺施工—墩柱施工—蓋梁施工—河道護砌施工，蓋梁施工時如采用最常見的滿堂式排架施工形式，工期計劃為81 d，然而考慮到本工程河流水文情況，并滿足設計要求，跨河橋下部結構施工宜避開雨季汛期，河道防護工期隨橋梁施工同期實施，因此需要調整施工工藝，優化工期。因此，項目擬調整工程關鍵線路上的關鍵項目，即考慮在橋梁墩柱成型后，蓋梁施工環節可進行優化，安排河道護砌與蓋梁同步施工，從空間上調整施工作業流程，為保證此方案可行，就需為河道護砌提供必要的施工場地。

在目前國內較成熟的蓋梁模架支搭方式中，滿堂支架法、鋼立柱法、抱箍法施工均適合蓋梁這種斷面相對較小的結構。為保證蓋梁支撐體系施工安全，項目部對3種支撐形式分別進行了設計，同時運用計算軟件，對支撐結構及材料進行了安全穩定性驗算，以上3類施工工藝及結構形式分述如下。

3.1 蓋梁支架采用滿堂式碗扣支架法

按照常規的滿堂支架結構形式施工時，其施工工藝流程為：承臺、墩柱施工→河底地基處理→滿堂支架搭設→蓋梁施工→拆除模架→整體河道護砌。

其結構形式由下至上依次為：滿堂支架—主梁(12#工字鋼)—次梁(10 cm×10 cm方木)，—模板。

滿堂支架法結構布置，如圖4所示。

圖4 滿堂支架法結構布置圖

經過模架設計，若本蓋梁施工采用滿堂支架形式，模架影響河道護砌的面積為500 m2左右，模架搭設時間為13 d(含基礎施工和養護時間)，拆除時間為2 d，影響河道護砌部位施工時間為5 d，共占用工期20 d。滿堂支架法施工范圍剖面圖，如圖5所示，滿堂支架法施工影響范圍平面圖，如圖6所示。

圖5 滿堂支架法施工范圍剖面圖

圖6 滿堂支架法施工影響范圍平面圖

3.2 蓋梁支架采用鋼立柱法

橋梁蓋梁支架采用鋼立柱法施工工藝為：承臺施工完成后，施工鋼立柱作用于承臺表面，立柱上方架設支撐梁形成平臺，上方再支搭滿堂紅排架。立柱架設完成后進行承臺回填，承臺回填后進行河道護砌，河道護砌與蓋梁施工平行施工，后期蓋梁完成拆除支撐時，將護砌上方鋼立柱拆除，護砌埋設鋼立柱采用混凝土封閉，保障汛期之前完成占河施工。經過計算，若采用此支撐方法，鋼管柱上方需設置貝雷梁作為主梁才能滿足安全穩定性要求，支架費用測算為人民幣8.9萬元。

其結構形式由下至上依次為：鋼立柱—貝雷梁—工字鋼—滿堂支架—模板，鋼立柱法結構平面布置圖，如圖7所示。

圖7 鋼立柱法結構布置圖

經過模架設計，若本蓋梁施工采用鋼管柱+貝雷梁+支架形式，模架影響河道護砌的面積為170 m2左右，模架搭設時間為5 d，拆除時間為2 d，影響河道護砌部位施工時間為2 d，共占用工期9 d；與常規滿堂支架施工相比，可實現縮短工期11 d，如圖8所示。

圖8 鋼立柱法施工影響范圍平面圖

3.3 蓋梁支架采用抱箍法

橋梁蓋梁采用墩柱鋼抱箍作為主要支承形式，輔以小型臨時支架的施工工藝為：墩柱模板拆除且達到強度后安裝抱箍，同時進行承臺回填及河底護砌施工，后期蓋梁施工完成，支架拆除方便快捷，不影響河道護砌進度，滿足了河道防汛要求，經過安全穩定性計算，需要在鋼抱箍上搭設工字鋼作為主梁，同時配合小型臨時支架，其費用測算為人民幣3萬元。

其結構形式由下至上依次為：鋼抱箍及臨時支架—主梁(H型鋼)—次梁(工字鋼)—模板。鋼抱箍+局部臨時支架法結構布置如圖9所示，剖面圖如圖10所示。

圖9 鋼抱箍+局部臨時支架法結構布置圖

圖10 鋼抱箍+局部臨時支架法剖面圖

經過模架設計，若本蓋梁施工采用鋼抱箍+局部臨時支架+工字鋼形式，模架影響河道護砌的面積為25 m2左右，模架搭設時間為2 d(臨時支架基礎采用級配砂石回填夯實處理)，拆除時間為2 d，影響河道護砌部位施工時間為0.5 d，共占用工期4.5 d；較常規滿堂支架施工，可以達到縮短工期15.5 d。鋼抱箍+局部臨時支架法施工影響范圍平面圖，如圖11所示。

圖11 鋼抱箍+局部臨時支架法施工影響范圍平面圖

經過方案比選，項目部最終決定采用鋼抱箍法進行施工。上述3種支撐方案優缺點不同支撐形式對比，見表1。

表1 不同支撐形式對比

4 鋼抱箍安全性驗算

鋼抱箍的工作原理是利用抱箍與柱之間產生的豎向摩擦力起到對上部鋼平臺等一系列荷載的支撐作用，因此，在進行鋼抱箍設計時，通常需要先對鋼抱箍產生的摩擦力與上部荷載進行比較，應保證摩擦力大于上部荷載的總和，才能保證施工安全。即：

σ1=F/(μπBD)

(1)

σ1——單層抱箍鋼帶對墩柱的壓應力；

F——單層抱箍承受最大荷載；

μ——鋼帶和墩柱間的摩擦系數；

B——單層抱箍鋼帶寬度；

D——墩柱直徑。

本工程鋼抱箍使用12 mm厚鋼板進行加工制作，高度為500 mm，保證其內徑大于柱徑6 mm；每個柱箍由兩個半圓形鋼箍組成，保證在柱上安裝完成后，其相接面有30 mm的空隙，以保證鋼抱箍可以與墩柱之間形成較大摩擦力，以形成對蓋梁結構的良好支撐效果。為了增大墩身與抱箍間的摩擦力，需要在鋼抱箍內側與墩柱接觸位置包裹一層3 mm厚的橡膠皮，增大摩擦力的同時可防止墩柱表面損壞，影響墩柱外觀質量。

牛腿腹板使用8根10.9級M30高強螺栓進行連接。抱箍兩端三角肋板上放置63a工字鋼。

經過計算，本工程采用單層抱箍時，其承受的最大荷載為：

F=2×Rmax/n1=2×742.868/1=1 485.736kN

4.1 單層抱箍鋼帶對墩柱的壓應力

σ1=F/(μπBD) =1 485.736×103/(0.35×3.142×500×1 500)=1.802 N/mm2≤fc=19.1 N/mm2

滿足要求！

4.2 單層抱箍鋼帶內應力

σ2=σ1D/(2t)=1.802×1 500/(2×12)

=112.601 N/mm2≤f=215N/mm2

滿足要求！

5 施工要點

抱箍施工前，應對抱箍的外觀進行檢查，包括檢查抱箍有無變形，螺栓孔直徑，焊縫質量等。

安裝抱箍時，首先需要把墩柱施工時搭設的施工腳手架拆除至抱箍位置。

進行抱箍吊裝時，需先在腳手架上搭設腳手板，作為緊固抱箍螺栓的操作平臺。同時，需要先在地面上對兩片抱箍進行預連接，用方木條卡入抱箍之間的縫隙進行臨時楔緊。隨后即可進行抱箍吊裝。吊裝時，需要從墩柱上方把抱箍套在墩柱外側，此過程應由工人在墩頂進行輔助作業。

在進行抱箍緊固時，為保證螺栓受力均勻，防止墩柱產生偏心受壓的現象，需要將每側的螺栓都均勻擰到相似的堅固程度后，進行對稱、均勻,先內后外的順序擰緊?！斑B接處的螺栓必須分3次進行擰緊，第1次在抱箍拼裝好后進行，第2次在抱箍拼裝好后第2天進行，第3次在給抱箍加壓后進行”在擰緊過程中，應時刻觀察抱箍與墩柱間橡膠皮墊的變形情況，防止施工隱患的發生。同時還需注意抱箍各處焊縫情況，發現變形或開裂時應立即停止施工，查明原因采取措施后，方準繼續施工。

墩柱的抱箍安裝好后，方可進行后續施工。

6 安全施工措施

為保證同時施工安全，項目部采取了以下措施。

6.1 加強人員管理

加強進場人員的安全教育和管理，嚴格執行安全技術交底和安全操作規程，不得進行違章作業。

同時要求進入工地現場人員正確佩戴安全帽，高處作業人員應按照要求掛安全繩，其使用的工具必須放進工具袋或采取防墜落措施，嚴禁到處亂放。

6.2 加強物料堆放管理

高處作業處臨時使用的材料必須放置整齊、穩固，并保證其放置位置安全可靠。

6.3 作業環境管理

在蓋梁模架四周安裝鋼式防護網，高度為1.77 m，蓋梁底部掛防墜網。

在蓋梁四周懸掛相關安全警示牌，保持安全通道暢通。

在墩柱的周圍設置防撞水馬，張貼反光條和安全警示燈，同時在模架蓋梁下方懸掛限高牌。保證蓋梁下部施工安全。

7 結束語

抱箍法施工不受地基、墩高等因素限制，避免了采用滿堂支架法施工產生的局限性，具備一定的實用性；施工過程簡單，大幅節約了勞動力、材料及設備的投入，且其施工周期短，抱箍重復使用率高，具備一定的經濟性；抱箍體剛度大，受力結構簡單，避免了很多不確定安全因素，從而確保了蓋梁施工的總體質量，具備一定的安全性。

本工程項目由于受工程水文條件影響，設計要求河道防護工期隨橋梁施工同期實施，常規滿堂支架施工工藝無法滿足施工需求，經過方案比選，選擇采用在可以滿足設計要求的同時，結構形式簡單，施工周期短，費用低的抱箍法施工，通過安全性驗算，確定最終形式為鋼抱箍+工字鋼，同時加強對人員交底及現場安全防護管理，保證交叉施工過程中的施工安全。通過對交叉施工條件下橋梁模架形式的研究，為日后類似施工提供了寶貴的經驗。