现浇盖梁支架的设计与施工

摘要：盖梁，是简支梁桥中下部结构的主要受力构件。其施工质量，与采用的支承形式紧密相关。只有选择了坚实可靠的支架，才能使盖梁底模变形小，能抵抗混凝土自重和施工荷载，才能确保施工质量和安全。本文结合南水北调唐县西环路桥盖梁支撑体系设计与施工进行分析，对于盖梁支撑体系的施工做一定的经验交流。

关键词：西环路桥盖梁支承体系

一、工程概况

西环路桥位于河北省唐县县城西北西环一级公路上，跨南水北调总干渠，与总干渠成300斜角，为一级公路桥。分为机动车道和左、右幅非机动车道，有直径为1.6m墩柱24根，直径为1.2m墩柱12根，1#、4#墩柱高5.5m、2#、3#墩柱高16m。

西环路桥工期非常紧，2007年11月20日开工，要求2008年5月15日通车，只有6个月的时间。其中南水北调总干渠要求4月30日通水（后因种种原因，南水北调河北段的通水推迟至奥运会后），盖梁施工的支撑体系选型就显得至关重要，既能保证盖梁施工安全，又不影响总干渠混凝土衬砌施工。

二、盖梁支承的基本形式

墩柱盖梁现浇施工的支架型式，主要有满堂脚手架支架、抱箍挑架式和埋设托架式等3种。

2.1 满堂脚手架支架。满堂支架法施工工艺流程如下：地基处理搭设满堂支架方木铺设及测点布置砂袋预压及沉降观测沉降稳定后卸载砂袋按支架弹性及非弹性变形确定立模标高、铺设底模盖梁施工达到强度后拆除支架。

此方法要求地基承载力较好，不需要大型起重设备，对墩柱外观质量无任何影响。不足之处是：支架搭设及预压周期较长，支架不均匀沉降影响盖梁线形，不利于提高工程进度和质量。

2.2 抱箍挑架式。抱箍法施工工艺流程如下：设计抱箍型式（计算箍板宽度、紧固螺栓规格等）制作安装抱箍采用千斤顶检验抱箍承载力安装主梁、铺设底模盖梁施工达到强度后拆除抱箍。

此方法对桥下地基没有要求，不需进行堆载预压，加快了施工进度。不足之处是：非圆形墩柱,不适合使用钢抱箍支撑法,钢抱箍与墩柱之间的摩擦系数的取值难以掌握,施工时易发生抱箍滑脱事故,支架能承受的荷载不高。为防止发生抱箍滑脱事故，在抱箍下钻孔插钢筋，加大抱箍承受荷载的能力。

2.3 埋设托架式。埋设托架式主要有预留孔洞穿钢棒法，其工艺流程如下：计算钢棒的截面尺寸在墩柱中预埋钢管穿入钢棒，用钢板调平安装主梁、铺设底模盖梁施工达到强度后拆除支架体系墩柱修补。

预留圆钢支撑法由于要在墩柱内埋设预留孔,在浇筑墩身砼时有一定的施工难度,在一定程度上破坏了墩身结构的完整性，对外观质量有一定影响。

此法与抱箍挑架相比，两种方法对地基承载力没有要求；适应性强,施工简便,节省人工,周转材料少,且能缩短工期,经济效益显著；在盖梁施工中下部仍可通行,不占地面工作面,现场易于清理,材料不易丢失,便于现场管理。埋设托架式可用于圆形及非圆形的墩柱盖梁施工，还抱箍在制作好后，只能用于已定直径大小的圆形墩柱。

三、盖梁支承形式的选定

1#、4#墩柱位于南水北调总干渠二级马道上，不影响南水北调总干渠通水施工，为开挖基础，坚硬可靠；2#、3#墩柱处于总干渠一级马道以下的边坡上，影响渠道边坡混凝土衬砌施工，进而影响4月30日的通水。根据现场情况，在综合考虑施工工期、支撑体系周转次数及工程成本后，决定1#、4#墩柱采取满堂脚手架支架式，2#、3#墩柱采取埋设托架式。对这3种支撑体系类型进行的对比和优选见表1。

3种盖梁支撑体系对比和优选 表1

四、结构验算

西环路桥的盖梁尺寸、墩柱间距等基本特征见表2，为了减少计算及提高材料的周转利用，仅对桥墩间距为5.9m，尺寸为2.0×1.8×9.5m3的盖梁进行结构受力计算。

西环路桥桥墩盖梁基本特征 表2

4.1 满堂脚手架支架

4.1.1、脚手架布置。满堂脚手架可采用钢管、型钢或门式架等，根据施工设备状况及荷载经计算选用。当地市场上可以以较低的价格租到定型的脚手架钢管（ø48×3.5），经过比较，本桥梁工程采用钢管较为经济合理。

在1#、4#墩的墩柱模板拆除后，对1#、4#墩的基坑进行整平，横铺5cm厚，25cm宽的木板，用砂浆座实。钢管的立杆纵向间距为100cm，横向间距为60cm，步距为120cm。立杆顶部加顶托，顶托上纵向布置[10的工字钢，在工字钢上再横向布置10cm×10cm方木，间距为20cm。在方木上安装盖梁的模板。支撑结构具体见图1。

4.1.2、受力分析。直立的钢管可当作两端简支的轴心受压构件计算，根据最大轴力的数据，按计算值选择构件型号及截面，最后验算抗压稳定性和水平联系杆的竖向间距(即水平联系杆的道数)。并按构造要求设计扫地杆、剪刀撑、抛撑和缆风绳等。如墩盖梁离地面高度较大，所在地区基本风力较大，则应考虑风荷载，并核算选择抛撑和缆风绳。因1#、4#墩高度只有5.5m，又处于背风位置，没有考虑风荷载。

支架设计时，计算承受的荷载包括：新浇筑钢筋混凝土重量、模板自重、施工人员和运输工具重量、倾倒和振捣混凝土产生的荷载及支架自重等。

单个盖梁砼重量：G1=34.2 m3×24kN/m3=821kN

单个盖梁钢筋重量：G2=6722kg=67kN

模板重量：G3=9.5×2×0.75=15kN

施工活载：G4=9.5×2×5=95kN

则总的荷载为q=1.2×q1+1.4×q2=1.2×95/19+ 1.4×(821+67+15)/19=73(kN/m2)。其中，q1为动荷载；q2为静荷载。

使用φ48×3.5mm脚手架钢管， 则：杆截面积A=4.89cm2，惯性矩I=12.19cm4，回旋半径r=1.579cm。

每根立杆所承受的荷载为qA=73×1.0×0.6=44kN

立杆细长比λ=μh/r=1.5×100/1.579 =95< [λ0]=150。

其中：μ为稳定系数；λ0为细长比标准值。

A3钢管类截面轴压构件稳定系数ψ=0.823，则：qA/ψ =44/0.823 =53.5MPa< [σ0]=215 MPa 其中: σ0为规范标准值

得出结论：按上面条件搭设的满堂脚手架支架满足盖梁施工要求。

4.2 埋设托架式

4.2.1、托架形式（预留孔洞穿钢棒支撑）。埋设托架式，即墩柱上预留水平孔，待墩柱混凝土拆模并有一定的强度后，向预留孔中穿人钢棒，然后利用钢棒两端悬臂部分搭设支架并铺设模板。

在浇筑墩柱混凝土时，在墩柱顶适当的位置，预埋内径为150 mm的钢管作为预留水平孔。钢棒拟采用直径为φ120mm，长为200 cm，每端伸出墩柱长20cm。在钢棒上放置40a工字钢作为主梁，工字钢每隔200 cm，用φ18mm的螺杆对拉固定。如果工字没水平，可在钢棒与工字钢间采用钢板垫水平。在40a工字钢上间隔50 cm横向铺设18工字钢，与主梁焊接牢固。在次梁上铺设盖梁底板钢模。支撑结构具体见图2。

4.2.2、主梁验算。为了确保整个支架的安全，需对钢棒及主梁的规格和截面积进行计算，核实其最大弯、剪力和支座处挠度，是否满足要求。下面仅对主梁及钢棒进行结构验算。

钢棒截面Ix = 1.017cm4，截面Wx = 169646 mm3，面积矩Sx = 144000 mm3。塑性发展系数 γx = 1.2；普工40a工字钢，则腹板厚度Tw＝10.5 mm，E=2.1×105Mpa, Ix=21714cm4，wx=1085.7cm3，面积矩Sx = 626050 mm3，塑性发展系数 γx = 1.05。由规范查得主梁截面抗拉抗压抗弯强度设计值[σ] = 205 Mpa，截面抗剪强度设计值 fv = 120 Mpa。

主梁除受G1～G4的力，还承受次梁的重量G5，G5=11.2×3×29=975kg=10kN，安放在钢棒上的两I40a工字钢，用φ18mm螺杆对拉固定，主梁整体受力为q。则经计算q为74kN/m2。

按单根主梁受力计算：F=74×2/2 =74 kN/m

两墩柱间距为5.9m，两端简支伸臂长2.4m（最长端），主梁按两点支承连续梁计算，由于次梁与主梁焊接牢固，可不验算主梁侧向稳定性。

a.正应力验算。经计算得主梁最大弯矩：跨中Mx1＝-110 KNm 支座处Mx2＝215.5 KNm 取最大值进行正应力验算σ= Mx / (γx x Wx) ＝215.5/（1.05x1085.7x10-3）＝189.1 Mpa

b.剪应力验算 支座处剪力最大：经计算最大剪力为220.7KN 剪应力验算：Vmax x Sx / (Ix x Tw)＝220.7x626050x10-9/（21714x10-8x10.5）＝60.6 Mpa

c.挠度验算。经计算跨中最大挠度：5.4mm（1/1086） 两端伸臂的最大挠度：6mm（1/400） 均满足要求。

4.2.3、钢棒验算。钢棒除受G1～G5的力，还承受主梁的重量G6，

G6=67.6 /m×10.7m=723.3＝7.2kN 单根钢棒受力：（74x10.7+7.2）/2＝399.5 kN

钢棒受力范围按15cm计算，均布荷载：399.5/0.15＝2663 kN/m

只需验算钢棒抗剪强度：最大剪力：Vx＝249.756 KN 由 Vmax x Sx / (Ix x Tw) 得计算得最大剪应力为 29.4 MPa，满足要求。

五、 结束语

南水北调唐县西环路桥因盖梁施工方案选择得当，桥面沥青混凝土在5月12日完成了铺设，提前了3天通车。在4月20日也提前完成了总干渠混凝土面板衬砌，满足南水北调的通水工期要求，取得了较好的经济和社会效益。经过的西环路桥盖梁施工，受益匪浅。盖梁是桥梁工程经常遇到，各类型支架需按实际情况进行比选，选用安全可靠，综合成本最低的方案。当支架形式选定后，对重点部位的处理需引起重视。如满堂式脚手架支架，地基需整平、夯实，必要时，需浇筑低标号的混凝土垫层，扩大地基承载力；托架式施工要检查焊接可靠等，确保盖梁施工安全。

参考文献：

1钢筋焊接及验收（JGJ18-2003）中国建筑科学研究院； 中国建筑工业出版社；2003年

2混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）中国建筑科学研究院；2002年

3建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 (JGJ_130-2001)中国建筑科学研究院；2001年

4现浇连续箱梁施工工艺《现代交通技术》 2009年01期 廖浩成 杨厚高

5混凝土简支梁(板)桥(第3版) 人民交通; 第3版 2006年9月1日 易建国

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。