钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁施工技术

钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁施工技术近年来，随着社会的不断发展，城市规模的不断扩大及机动车的快速增长，城市交通状况也日趋严峻，为缓解城市交通压力,城市立交得到了迅速的发展,城市桥梁在向主、次干路的连接建设中采用现浇箱梁的比例越来越远大,高架桥现浇箱梁支架施工质量的好坏对结构的安全性能影响很大,对工程的整体进展制约很大。以重庆市一横线西段二标张家梁立交桥高墩现浇箱梁施工为例,结合现场实际施工情况，详述钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁的施工工艺。采用钢管贝雷梁柱式支架法施工不仅施工简便、速度快，而且具有施工安全、操作简单等特点，能取得良好的效益，可为类似工程的施工提供借鉴1工程概况重庆市一横线西段二标张家梁立交桥，为城市立交桥，立交主线左幅桥长480米，立交主线右幅桥长547.466米，桥梁共设8个匝道桥，总长约3379米,合计115跨现浇箱梁。全桥上部结构均采用预应力混凝土箱梁，匝道桥部分桥梁位于变宽段上，部分桥梁纵坡达5%以上，且桥梁墩柱均较高，最高墩柱达47.6米。立交桥地形复杂，桥梁纵坡较大且密集，匝道桥墩柱高，曲线半径小，梁跨大，最大梁跨40米，施工控制与技术能力要求高，现浇梁施工难度大为主要施工难点。图1张家梁立交平面图工程重点及难点本桥合同工期为24个月，工期紧，地理条件特殊，施工难度大，主要技术难题体现在：高墩整体现浇箱梁钢管贝雷梁柱式支架安装控制难度大，施工安全风险高。3施工方案的选择根据以往的经验及工地实际情况，本桥整体现浇箱梁采用钢管贝雷梁柱式支架施工工艺。主要施工技术及关键控制点4.1支撑系统的设计方案支撑系统的设计及施工是整体现浇箱梁施工的关键，需具有：足够的刚度与承载能力；结构受力明确；能准确测定出结构弹性变形与非弹性变形；施工偏差符合规范要求；便于施工操作。

因张家梁立交桥桥墩高达47.6根据箱梁自身特性及地形特点，采取贝雷梁柱式支架配合满堂碗口脚手架法逐段施工匝道连续箱梁。每跨桥正中间与桥墩旁各布设一个临时钢管墩柱，一跨内共布3个临时墩柱。其中中墩由2排3列D800x8钢管构成，为缀板式格构承重柱。靠桥墩的边墩由1排3列D800x8钢管构成，为独立柱，其稳定性通过附着相邻砼墩柱提供。临时承重钢管柱底端通过δ=1.6cm的120cm×120钢板锚固于独立混凝土基础内,顶端焊接δ=2cm的120cm×120cm钢板作顶托，在顶托上搭设为适应箱梁纵坡、横坡与平面弯曲变化剧烈的特点，在贝雷梁柱式支架上搭设满堂脚手架，如此可以方便的精确调整模板标高与拆卸模架，为箱梁施工线形控制提供便利。支架结构见图2、图3所示。

图2

钢管柱支架结构横断面图图3

钢管柱支架结构纵断面图

4.2施工工艺流程钢管贝雷梁柱式支架法现浇箱梁施工工艺流程参见图4拆除底模、支架拆除底模、支架立柱之间连接洒水、养护支架预压箱梁内支架、模板安装支撑基础施工钢管立柱安装支架及底模、侧模安装钢筋半成品加工底板、腹板混凝土浇筑顶板钢筋安装顶板混凝土浇筑拆内模、养护张拉、压浆、封锚预应力管道及腹板内模安装双拼工字钢横梁安装施工准备贝雷梁分组拼装、吊装立柱及工字钢限位工字钢分配梁安装工字钢及贝雷梁扣接底板、腹板钢筋绑扎底板、腹板钢筋绑扎图4

钢管贝雷梁柱式支架法现浇箱梁施工工艺流程图支架的传力途径为：荷载传给模板→碗扣支架→工字钢分配梁→U型螺栓→贝雷片纵梁→工字钢横梁→钢管立柱→混凝土基础→地基。4.3施工方法4.3.1设备配置钢管贝雷梁柱式支架法现浇箱梁施工的主要设备是塔式吊机与吊车，分别用于钢管贝雷梁柱式支架的安装及材料、机具的垂直运输。4.3.2劳动组织按照支架班组、模板班组、钢筋班组、混凝土班组及辅助班组分别进行合理的人员配置。4.3.3支架基础扩大基础采用C30素混凝土结构，平面尺寸2mx2m，厚0.6m，基础上下层分别设置一层防裂@20*20cmф12钢筋网片。扩大基础开挖完成后，需进行地基承载力试验（要求>250KPa），扩大基础底部地基为相对较软的土层时，地基应作换填处理，换填深度150cm，换填宽度不少于250cm，分层厚度为30cm，换填料分层碾压，压实度>95%，换填材料可采用砂砾石或碎石，满足承载力要求后，预留1.0%的横向排水坡。扩大基础顶面及立柱钢管交界处，设构造预埋钢板，板厚16mm，钢板通过φ22构造锚筋连接于基础混凝土(图5)。钢管通过角焊缝固结在预埋钢板上，钢板及钢管相接位置用六块三角肋板加强,由此实现立柱及基础的可靠连接(图6)。图5

钢支撑扩大基础预埋钢板图图6钢管及预埋钢板连接加固图4.3.4支架安装4.3.4.1钢管立柱安装待扩大基础混凝土强度达到设计强度的90%后方可进行钢管立柱安装。根据各排支撑柱高度的下料长度，在加工场一次焊接加工成型，立柱钢管顶端同立柱底座一样设置构造钢板，板厚16mm，钢板及钢管相接位置用六块三角肋板焊接加固。钢管柱安装前先在加工场检查平整度及垂直度，其两端中心连线的偏差度控制在20mm以内，经检查合格的钢管柱按部位进行编号使用。采用吊车将加工好的钢管柱吊放到预定位置与标高处，安放在支撑预埋底座上，钢管柱安装时测量技术人员全程旁站观测控制，采取全站仪（或人工吊线法）控制垂直度。单排钢管立柱焊接完成后及时进行横向平联的焊接连接，采取直径600mm，壁厚8mm螺旋钢管作为水平撑的措施以增加钢管支架的稳定性。双排钢管立柱焊接完成后，进行纵向平联的连接，采取直径600mm，壁厚6mm螺旋钢管作为水平撑的措施以增加钢管支架的稳定性。钢管立柱横联竖向间距不超过10m。图7钢管柱安装4.3.4横梁采用2I56工字钢，长度为10m。横梁安装采用吊车吊装进行。横梁传力中心线及钢管立柱中心线重合，横梁需放置水平，为防止工字钢出现横向滑移现象，在钢管顶面钢板上大小里程侧用小钢板将横梁及钢管柱顶端焊接牢固。为保证横梁传力重心线及钢管立柱中心线重合，事先在钢管顶钢板上用粉笔标出横梁工字钢定位线，按定位线对横梁进行定位安装。图8横梁安装4.3.4.3贝雷梁安装在钢管柱顶的横梁上设置321贝雷梁，贝雷梁在现场进行分组拼装。根据墩身间间距，40m跨箱梁顺桥向采用3+15+4+15+3m标准贝雷梁跨径，在墩处与跨中4m跨处，贝雷梁断开，以适应弯道桥。25m箱梁顺桥向采用3+7.5+4+7.5+3m的非标准贝雷梁跨径，在墩处与跨中4m跨处，贝雷梁同样断开，以适应急剧变化的弯道桥。纵桥向布设10片贝雷梁，按照2片贝雷梁为一组，每组两片贝雷梁间距为90cm，采用标准支撑架进行连接，增强稳定性。贝雷梁沿顺桥向与横桥向均采用水平布置，箱梁自身的坡度由其上的碗口架调节，在贝雷梁的适当位置，高程上互相错开1.6m，以降低上面脚手支架的高度。贝雷梁每一组7（4～7）个标准节段作为一个吊装单元，最大起重量4.2t。根据吊装的具体位置，由一台50t吊车吊装。图9贝雷梁安装4.3.4.4横向I12.6分配梁布设横向I12.6分配梁是碗口架的搁置基础，其间距由碗口脚手架立杆的间距确定。I12.6分配梁标准间距采用90cm，在箱梁跨中隔墙及端部渐变段部分，采用加密间距60cm。分配梁安装完毕后，使用U形扣将I12.6分配梁及贝雷梁扣接，使之连接成一个整体，增强分配梁及贝雷梁的稳定性。图10横向I12.6分配梁安装4.3.4.5碗口脚手架布设碗扣支架搭设前需在I12.6分配梁上铺设水平防坠网，水平网挂绳紧挂在分配梁上，形成防坠层体系。碗口脚手架顺桥向立杆标准间距为90cm，在梁端6m范围内，以及在箱梁跨中横隔板范围内，局部加密至间距60cm。横桥向立杆翼板下方处采用90cm，在底板下方范围内加密至间距60cm。碗口架底板处高度为2.0m～3.2m，翼缘处为4m～5.2m。立杆底部设扫地杆，立杆底部布置在I12.6分配梁中部，其标高的调节由顶端的顶托实现。碗口脚手架按要求设置纵横剪刀撑。图11碗口脚手架安装4.3.4.6模板布置模板由竹胶面板、木条与方木构成。竹胶面板板厚15mm，直接铺设在底板横向分布受力木条上，竹胶板及木条采用铁钉固定。木条横向布置，尺寸6x8cm，采用统一标准间距20cm。木方顺桥向布置，尺寸10x10cm，标准间距90cm，局部加密至60cm，及碗口脚立杆间距一致。图12模板布置4.3.5支架预压及预拱度设置4.3.5.1支架检查支架搭设完成后，对支架平面位置、顶面高程及预设沉降值等进行全面复核，并对支架安装的牢固性、整体性及安全性进行全面检查与验收，检查支架搭设、安装、受力的整体性、均匀性，保证支架的整体强度与刚度，确保支架在施工过程中的安全可靠，具体检查项目及内容为：（1）支架搭设是否按要求的平面尺寸，各杆件尺寸及间距是否按设计要求；（2）支架基础是否坚实、平稳、牢固，可调托撑底板是否及基础连接密贴，保证支架及各杆件受力的整体均匀性；（3）支架各杆件是否连接牢固，斜杆、剪刀撑是否按要求进行设置;（4）支架顶纵、横梁及模板之间应密贴并连接为整体；（5）支架周围隔离、警戒措施是否齐备，施工专用上下通道及安全防落网是否设置完全，保证施工安全无事故；（6）支架周围上下通道是否规范，必须确保夜间施工安全；（7）现场施工人员已接受安全教育培训并通过考核。4.3.5.2支架预压支架搭设完成经检查合格后方可进行加载试压实验，以获取支架的非弹性变形与地基沉降等数据，为立模标高提供依据，同时可检验支架结构的承载能力，从而确保混凝土梁体的浇筑质量与安全。加载材料使用库存钢筋（也可用砂袋或预制构件）,加载时按分级加载进行，每级持荷时间不少于12h。4.3.5.3加载方式考虑施工安全及设计要求，预压重量为箱梁自重的120%，并按预压重量的60%、80%、100%分3级进行加载，单跨自重为848.6t，3级预压荷载值分别为611t、814t、1018t。加载时注意加载重量的大小与加荷速率，使其及地基的强度增长相适应，待地基在荷载作用下，达到一定固结度后，特别是在加载后期，更要严格控制加载速率，防止因整体或局部加载量过大、过快而使地基发生剪切破坏。同时尽可能使预压的加载顺序及实际施工混凝土浇筑顺序一致。因为翼板本身重量较轻，可根据实测的预压效果，对翼板的预拱度作相应的调整。预压方法：用钢筋堆载，预压前钢筋应过磅。将分块梁截面段，采用等量荷载换算的方法确定加载位置与加载大小。由于箱梁分两次浇注；先浇注底板与部分腹板，安装内顶模、绑扎顶板钢筋后再浇注顶板，所以加载按截面面积进行等量荷载计算。4.3.5.4监测点布置为了加载后掌握地基与支架的变形情况，需要在预压前先布好沉降观测点。沉降观测点设在两个层面：下层在钢支撑扩大基础上，上层在箱梁底模板上(图5.2.5-1)。下层按每个钢支撑扩大基础布置一个测点；上层依据钢支撑的跨度布置形式，顺桥向分别在钢支撑主跨跨中及支座处布设，横桥向则在中腹板与2个外腹板处布点(图5.2.5-2)，从而形成一个立体观测网。图13支架沉降观测点横断面布置图图14支架沉降观测点纵断面布置图4.3.5.5支架沉降监测记录及计算预压采用三等水准测量，每天安排专人负责进行沉降观测，并做好沉降观测记录。（1）预压荷载施加前，监测并记录各监测点初始标高，在首次加载前先观测一次，作为起始观测值，以后每加载完毕观测一次，全部加载完毕，每2小时观测一次，一天之后每6小时观测一次，若每次观测每点下沉量均不超过1mm,即认为支架已经稳定。然后根据观测值绘制出支座预压变化（时间-----下沉量）关系曲线。（2）每级荷载施加完成后，应先停止下一级加载，并应每间隔12h对支架沉降量进行一次监测，当各监测点12h的沉降量平均值小于2mm时，可进行下一级加载。（3）全部预压荷载施加完毕后，每间隔24h应监测一次，并记录各监测点标高、计算沉降量，当各监测点最初24h的沉降量平均值小于1mm或各监测点最初72h的沉降量平均值小于5mm时，则支架预压合格。（4）对支架的代表区域预压监测过程中，当沉降量超出规定允许的范围时，应查明原因后对同类支架全部进行处理，处理后的支架应重新选择代表性区域进行预压，达到合格为止。4.3.5.6预压时间与卸载自加载完毕，确认支架已经稳定，即可卸载。卸载顺序及加载顺序相反，原则是后加载先卸，先加后卸。分级分批卸载。同时在卸载过程中，每批卸载后都应再次观测一次支架变化，并绘制出支架卸载（时间-----回弹）变化关系曲线。4.3.5.7预拱度设置卸载过程可一次性卸载，并沿混凝土结构纵横向对称进行，全部卸载6h后进行观测，卸载完成后记录观测值以便计算支架及地基综合变形，根据观测记录，整理出预压沉降结果，根据支架变形值设置预拱度，并通过调整碗扣支架顶托的标高来控制箱梁底板与翼板的沉降值，检查无误后，即进入下一步工序。在卸载全部完毕后，在支架顶面上予以调整支架标高，消除非弹性变形，预留弹性变形上拱度。综合考虑支架预压所得的数据，对支架弹性变形(根据测量结果分析,贝雷梁弹性变形小于20mm)、非弹性变形(根据测量结果分析,非弹性变形小于5mm)进行分析，同时根据分析结果指导后面梁体段箱梁施工,同时预拱度设置还应包含设计图纸给定的梁体本身预拱度设计值(根据预压成果分析,后续箱梁施工中预拱度最大按照25mm进行考虑,根据断面所在的位置按照二次抛物线函数进行合理分配)。图15支架预压4.3.6钢筋及预应力管道安装4.3.6.1钢筋安装钢筋在后场加工，然后运输至现场利用塔吊进行吊装,人工配合安装。钢筋安装根据混凝土浇注次数及工艺需要，分两次进行安装，一次安装底板及部分腹板钢筋，第二次绑扎剩余腹板及顶板钢筋。4.3.6.2预应力管道及预应力筋安装纵向预应力管道均采用圆塑料波纹管，波纹管按设计图定制，且具有一定的强度，在搬运与浇筑混凝土过程中不损坏、不变形、不漏浆。钢束管道位置用定位钢筋固定，定位钢筋牢固焊接在钢筋骨架上，同时应注意主筋避免采用点焊。如管道位置及骨架钢筋相干扰，保证管道位置不变，将钢筋稍加移动。锚具垫板及喇叭管尺寸要正确，喇叭管的中心线要及锚具垫板严格垂直，喇叭管与波纹管的衔接要平顺，不得漏浆、并杜绝堵孔道。波纹管接头要连接牢固，纵向波纹管道一次安装到位，在接缝左右各10㎝长度范围内缠一层黑胶布，在黑胶布上包三层塑料薄膜，再缠一层胶布，并用20#铁丝捆绑数道，以防漏浆。预应力管道安装完成后进行预应力筋安装。图16普通钢筋及预应力管道安装4.3.7混凝土施工梁体混凝土为C50混凝土，汽车泵泵送直接入模。混凝土泵送设备的选择及布置：根据施工现场地形条件综合考虑选用泵车或拖泵。混凝土灌注与振捣：第一次浇注梁体内腹板上倒角位置，第二次浇注剩余部分混凝土。浇注时先底板、再腹板，最后顶板的浇注顺序进行(图5.2.7-1)，浇注过程中制作及梁体同条件养护的试件，并详细标记试件所代表的梁体部位。注:①—1/3腹板②—底板中部③—腹板④—顶板及翼板图17箱梁浇筑作业顺序图混凝土浇筑作业注意事项：图18箱梁混凝土浇筑作业混凝土浇筑作业注意事项：①混凝土浇注要连续进行。②混凝土入模时避免大量混凝土集中冲击钢筋与预应力管道，以防管道偏位、断裂。③混凝土振捣宜采用φ70型插入式高频振捣器为主，φ50型振捣器为辅，预应力管道密集处采用φ30型振捣器，并尽量避免振捣棒及预应力管道、锚垫板接触，防止管道破裂或锚垫板偏位。④各次混凝土的间隔浇注时间宜控制在7d内，同时托架应采取措施，减少托架对纵向墩间混凝土的收缩约束。⑤箱梁的梁端锚垫板的螺旋筋位置应加强振捣，可在大直径振捣棒捣固完成后由小振捣棒二次振捣。⑥混凝土灌注时必须有备用设备，防止设备故障造成混凝土灌注中断而出现冷接缝。⑦混凝土浇注至墩顶两侧时，宜采用对称浇注，防止墩身偏心受力。⑧混凝土灌注过程中随时监测底板标高，当实测标高低于设计标高超过10mm时进行调整。混凝土的养护：根据施工现场自然条件，混凝土的养护采用土工布覆盖洒水养护,洒水次数根据能保持混凝土处于湿润的状态来决定。混凝土浇水养护时间符合规范有关规定。4.3.8预应力筋张拉及灌浆箱梁共设两种预应力筋，即纵向预应力束及横向预应力束，根据设计图纸的要求，混凝土强度必须达到设计强度95%方能张拉钢束，张拉钢束采用张拉力与伸长量双控，以张拉吨位为主。张拉后宜在24小时内进行孔道压浆