砂箱在桥梁施工领域中的应用

【摘要】砂箱制作简易，使用方便，安全可靠，承载力大，具有很高的可操作性等众多优点，砂箱在桥梁施工领域中应用非常广泛。此文重点阐述了砂箱应用理论，结合实例进行具体说明，分析实际应用中存在的问题及注意事项。

【关键词】砂箱；桥梁；施工；应用

1 前言

砂箱制作简易，承载力大，使用操作方便，安全可靠，拆卸简单快捷，工程应用非常广泛。在先简支后连续梁桥施工中，采用砂箱作为临时支座，在完成永久支座安装、墩顶横梁和桥面负弯矩施工后，解除砂箱，完成受力体系转换，形成连续梁桥。在临时工程钢管支架法施工中，通过预先在钢管与分配梁之间设置砂箱，砂箱起到千斤顶的作用，当支架拆除时，把砂箱中的砂子放出，形成支架模板与结构物分离。

2 砂箱的应用理论

2.1 砂箱的构造及应用理论

目前在桥梁施工领域中，砂箱作为一种临时受力措施并主要用于临时承受荷载，应用范围相当广泛。砂箱构造类型较多，一般有圆形、矩形、正方形等平面形状，其设计主要考虑所需承受的荷载力和一定安全系数，其受力卸载状态如图1所示。砂箱一般采用钢材制作，构造由储砂罐、卸砂阀、限阀板、滑动腔芯四部分组成。储砂罐包括底板和罐体，中空管体结构的罐体竖直固定在底板上，在罐体侧面底部开设有卸砂口，挡在卸砂口的卸砂阀受限阀板限制，固定在罐体外侧面可进行轴向移动；滑动腔芯活动安装于储砂罐的罐体内部。滑动腔芯由圆筒和固定在圆筒两端的钢板组成，其内一般用混凝土进行填充。所述的卸砂口对称分布两个，卸砂阀为紧密贴覆在罐体外侧面的弧形板，卸砂阀上端具有径向突起的限位杆。所述的限阀板为环形，内环对应限阀板处开设有凹槽。限位杆位于限阀板上方。

2.2 砂箱应用前的模拟试验

为确保砂箱应用的安全性和卸载过程的易操作性，砂箱制作好后需进行模拟试验。模拟试验主要验证两项指标，即砂箱的承载力和卸载的操作性能。砂箱的承载力作为硬性的指标，必须满足现场施工承载力要求；在砂箱满足承载力要求的前提下，通过模拟实验检验其操作性，最终效果需达到易操作性。具体实施如下所示：

（1） 根据工程施工方案确定砂箱需承受荷载，预先设定单个砂箱最大承重为341KN和构造尺寸（其中滑动腔芯尺寸为直径97mm）。

（2） 验算砂箱的承载力。在模拟使用阶段，砂箱槽内的细砂四周受限，忽略其流动性，在受压后近似认为是固体，则砂箱底的承压强度为：

σ= 341000/（3.14×97×97）=11.54MPa

2.3 砂箱的布置和卸载控制

目前桥梁施工领域整体参与受力的砂箱使用量较大的区域主要有三大块，即钢管柱贝雷梁现浇支架法施工、大型悬挑钢结构施工和先简支后连续钢结构箱梁施工。砂箱的布置和卸载控制要点如下所示：

（1） 在钢管柱贝雷梁现浇支架法施工中，砂箱对应钢管柱进行布点，布点精确位置及标高以测量放样为准；砂箱的平面投影需确保涵盖砂箱上方的支撑梁平面投影；砂箱安装后需进行焊接固定，同时在砂箱上安装支撑梁时需进行临时固定，确保后续施工的安全性。砂箱在卸载过程中进行分批次拆除，但必须预先确定最后拆除砂箱的数量及位置；前批次拆除由于对砂箱以上部分不会产生影响，拆除顺序不做严格要求。

（2） 在大型悬挑钢结构施工中，砂箱应设置在节点胎架上的水平投影范围以内；尽量在胎架上对称均匀地摆放砂箱，避免胎架产生偏心荷载；砂箱设置位置尽量靠近结构构件竖向隔板部位，防止钢构件局部受力产生屈曲变形；砂箱作为卸载过程短期受力转化装置，长期受力由刚性支撑短柱承担。

3 实施效果

实例一

某高速公路大桥全长142.88m，桥梁跨度型式为4×32.6m无轧轨道后张法预应力混凝土双线简支箱梁，全桥位于直线上。该大桥采用钢管柱贝雷梁现浇支架法施工，钢管贝雷梁外侧模带滑轨的定型整体钢模。自钢管柱顶以上安装：40cm高砂筒，横向2I56b工字钢，纵向安装18榀贝雷片，I16工字钢，纵向间距40cm，整体钢梁模，梁模板采用整体滑轨纵移式小钢模板，如右下图2所示。

支架拆除时，首先按照设定的降低高度将砂箱内的砂粒掏出，使支架承重系统与现浇箱梁分离，其次按照由上而下、先搭后拆原则进行支架拆除。

通过砂箱进行现浇箱梁的标高调整，代替槽钢和满堂支架的使用，简化了施工工序，减少了高空作业施工安全风险，节省了钢材的投入，缩短了整体施工工期，降低了施工成本。

实例二

某高速公路大桥全长277.28m，桥跨采用30m跨径箱梁，共有先简支后连续30m箱梁72片。该桥架设时采用砂箱作为临时支座，架设前先对砂箱进行压力实验。通过压力试验确定压缩系数的平均值，以此作为架梁时控制砂箱装砂高度的依据，确保梁体安装后，梁底标高与永久支座顶面标高相同。

4 实际应用存在的问题及注意事项

随着砂箱在桥梁领域中的应用越来越广泛，施工环境差异较大。在实际应用中，由于对部分过程的把关不严，造成后续施工中出现不同程度的问题，一般表现如下：①、砂箱的平整度差，易引起应力集中，造成砂箱内部的侧压力增大，存在较大安全隐患；②、砂箱的结构尺寸未根据实际情况进行设计和制作，照搬类似工程应用的砂箱，满足不了现场，造成一定的经济损失；③、砂箱制作好后直接用于现场，未进行承载力实验，造成在后续施工出现标高控制偏差大，后续处理难度大，甚至因为承载力不够造成重大质量和安全事故；④、砂箱采用非标准砂粒或级配不好的砂粒，增大砂箱卸载难度，甚至需要借助氧割破坏砂箱将砂箱内砂粒掏出；⑤、砂箱槽和上盖之间的空隙未及时封住，受雨水等外界影响造成砂箱槽内砂粒流失或固结。

结语

砂箱作为受力体系中重要组成部分之一，从砂箱的设计到使用的整个过程都必须进行严格的控制，每个环节的错误或偏差都可能造成一定的经济损失，甚至造成安全事故。砂箱在设计阶段需根据实际情况进行设计，论证砂箱设计的可行性和合理性；在制作阶段，需严格按照设计进行，确保砂箱的精度和平整度，砂箱的焊接质量需严格控制；在使用前必须进行承载力实验，确定砂箱的承载力满足现场要求和砂箱内砂的压缩值，验证砂箱的安全性和后续施工标高的控制；在使用过程中，注意砂箱的填砂质量，能使用标准砂更好，砂箱槽和上盖之间的空隙宜浇注热沥青封口，确保砂箱槽内细砂的稳定。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通部. 公路桥涵钢结构及木结构设计规范[Z].1986-09-10.

[2] 中华人民共和国交通部. JTG/T F50-2011 《公路桥涵施工技术规范》.北京：人民交通出版社，2011.