现浇盖梁支架的设计与施工

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<[σ]＝205 Mpa ,满足。

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<fv=120 Mpa，满足。

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
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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。