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标题 碗扣式支架在简支系杆拱桥系梁中施工应用
范文 王洪东



摘 要：研究了碗扣式支架在某简支系杆拱桥系梁中的施工。以大西铁路客运专线1-113m简支系杆拱桥系梁支架施工为背景，介绍了碗口式支架的施工应用，阐述了支架的施工过程及工艺特点，可为今后类似桥梁施工提供参考经验。
关键词：简支系杆拱桥；碗扣式支架；施工技术
1 工程概况
新建铁路大同至西安客运专线站前工程Ⅴ标段，位于晋中市平遥县、介休市灵石县境内，本标段最长桥梁为平遥跨汾平高速公路特大桥。该桥全宽18.Om，全长113.3m，矢跨比为f/L=1/5，拱肋平面内矢高22.6m，拱肋采用二次抛物线线型。拱肋在横桥向内倾8°，呈提篮式。设计时速为 250km/h，按时速为350km/h控制[1]。跨线里程DK381+774.7～DK381+891.02，桥跨墩位为48#～49#墩。碗扣式脚手架是一种新型承插式钢管脚手架。凭借其独带的齿碗扣接头，具有拼拆迅速、省力，结构稳定可靠，配备完善，通用性强，承载力大，安全可靠等特点，广泛应用于房屋、桥涵、隧道等多种建筑物的施工中[2-3]。
该桥主跨为1-113m钢管混凝土简支系杆拱桥，系杆拱梁部采用碗口式满堂支架施工。简支梁与钢管混凝土加劲拱组合结构体系，是目前同类铁路桥梁结构的最大跨度，施工技术难度大，结构复杂。
2 碗口式支架设计
本工程施工支架为18排支墩分17跨，结构形式为：
1.36m+4.5m+5.14m+3m+10m+4.26m+10m+7.67m+7.33m*2+7.67m+10m+4.26m+10m+3m+6.55m+4.45m。
基础顶部立柱采用外径Φ92cm，壁厚1cm钢管柱，每排设置9根，支柱之间纵横向采用∠100×100角钢连接形成稳定体系，钢管柱横向间距为2.26m（路面），2.5m（边坡及地面）。
钢管柱顶部采用3根55#工字钢并联作为支架横向分配梁，分配梁上部搭设贝雷梁纵梁，纵梁采用单层双片组合结构，连续铺设，片间距0.45m，组间距1m，并于48#墩侧设置2m长I50b工字钢补长贝雷梁，梁顶部采用I20b工字钢，底部采用30#双槽钢进行横向连接，并在槽钢外缘设置∠100×100×10斜撑体系，对支架进行抗风稳定性加强。
纵梁顶面至系梁底模净空为1.76m，纵梁上部搭设LG90碗扣式脚手架作为自由落架装置，并对梁底标高及预拱度进行调整，采用碗扣支架，碗扣支架钢管为Φ48、t=3.5mm，材质为Q235钢，轴向容许应力[σ]=205MPa。碗扣架进行局部加强设计，即在拱肋作用3m及系梁实体范围内纵横向间距为30cm，其余位置间距为60cm。脚手架顶部铺设纵横向10×15cm+10×10cm方木，顶层方木间距为20cm，底模采用1.8cm优质竹胶板。
支架各杆件的分布如下表1所示，在实心梁体下立杆间距为0.3m时，支架各杆件以及方木的刚度、强度和稳定性都满足要求，且有足够的安全储备，故在整个梁体范围下都采用这种布置。具体布置如下表1：
在拱桥中央条带范围内，即中央12m条带范围内两端实腹部分除外，扣碗架立杆间距可以放大至60cm或90cm。
3 碗扣式支架施工
3.1 支墩的桩基础施工
①0#支墩，1#支墩，9#支墩，09#支墩采用桩基础，桩基顶面采用通长盖梁连接，并将桩延伸至支墩顶面标高桩顶设盖梁；
②桩基础采用Φ1.0cm钻孔桩，入土深度为20m，16m两种；
③01#支墩为新做的挖孔桩基础，桩径Φ1.0m，共9根。中距2.5m，上置盖梁，再立钢管；
④1#支墩、9#支墩为双排挖孔桩基础，桩径Φ1.0m，每排9根桩，排距3m，桩间距2.5m，分别设置盖梁，上置9根Φ920mm钢管；
⑤09#支墩利用49#墩承台支护桩基础，其上亦设9根Φ920mm钢管，与10#支墩设置交叉抗剪支撑形成空间结构。
3.2 支墩条形基础施工
①条形基础为现浇C20混凝土。
②基底松土须清除，基础不得置于分车带之松土上。
③基础为2层台阶式基础，下阶厚度为1m，下阶顶面与路面平齐，上阶顶面应高出路面1.4m。
④基础混凝土在浇注时须预埋螺栓（Φ22）8根。以与钢管下端之垫板速接牢。
⑤钢管下端钣与基础混凝土顶面可用干水泥找平，让水泥吸潮硬结。
3.3 钢管柱支墩及横梁施工
①支墩采用外径920mm、壁厚10mm的卷制钢管，3#桥梁钢制成。每个支墩设置9根钢管。钢管中心距2.26m，边坡及地面处间距为2.5m。
②圆管上端支承荷载横向分配梁。横向分配梁由三根并列工字钢组成。中心间距42.5cm；工字钢型号为工55C。
③在三根工字钢之上、下翼缘分别设置纵钣，其作用是使三片工字钢联成整体并用以放置贝雷架之支座钣。以及支承于钢管端的垫板，纵板厚12mm。
④工字钢需要接长时，应将其拼接截面选在支墩钢管中心附近，这样，可以只设置腹板拼接板即可。翼缘无需设置拼接板。
⑤工字钢在贝雷架的支点处以及支承在钢管之处，承受集中荷载的作用，需设置加劲角钢，以保证其翼缘的强度与腹钣的弹性稳定。
⑥920钢管下端设置1100mm×1100mm，δ=16mm的端钣，与钢管焊接。
⑦钢管两端端部设置加劲肋条，肋条焊接于钢管壁。
⑧48#墩第二级承台襟边上的增设钢管顶端设置不等高的分配梁：一侧为贝雷架支承；另一侧为工字钢的支承。
⑨支墩钢管之间，在纵向和横向采用∠100×100×10双角钢设联接系，以形成整体，构成支墩。联接系每2m一高设置一层。节点联接采用25cm宽的钢钣弯制成抱箍，在抱箍合笼处设置节点钣，以与撑杆相联结。
3.4 贝雷梁纵梁施工
①施工支架上部结构为单层贝雷架，连续梁体系。
②为便于架设，将贝雷架按二个单片拼成为一组，单片之间的中距取用0.45m。沿桥全宽共设置十九组，两组之间的中心间距为1m。
③贝雷架的横向联接系。
由于两组贝雷架之间的净距小，不足40cm，故不可能在其间设横断面向联接系。本项目设计采用了端撑体系。即用一对槽钢横置于贝雷架下弦，两端外伸，再从外伸端设斜撑杆，斜撑杆之上端顶紧贝雷架之上弦。同时，将上部的工字钢设置U型螺栓，置于贝雷架上弦，让U型螺栓形成的槽口卡住贝雷架上弦。此种端撑体系沿贝雷架纵向每隔1.5m左右设置一副。以此保证贝雷架具有共同的抵抗横向荷载的能力和良好的整体性。
④贝雷架的支承节点。
由于支墩位置受公路车道限制，在纵向没有调整的自由，致使贝雷架在工字钢上的支承点有可能落在其下弦杆上。下弦杆将受弯，为解决这一问题，将贝雷架下的分配梁设置为3片构造工字钢，保证支撑平台宽度有85cm，从而能保证使支承点作用在贝雷架的节点上，以传递支点反力。
⑤由于两墩间净跨度为107.92m，贝雷架不容许锯断，将贝雷架截除一个节段（3.0m），铺设长度为105m，缺口设于48#墩旁，贝雷架端支点位于48#墩承台下阶襟边上的增设钢管上，贝雷梁缺口处采用2m长的I50b工字钢横向间距50cm跨越。
3.5 贝雷梁上部结构施工
贝雷架上采用横向I20b工字钢，纵向间距为0.3m，0.6m；工字钢上的支架采用碗扣满堂支架，碗扣式钢管脚手架立杆的横向间距0.3m，纵向间距均为0.3m；采用纵向方木在上，横向方木在下的布置的方式，钢管顶部横向采用15×10cm方木，上面放置纵向方木，为10×10cm，间距20cm，底模为18mm厚的竹胶板。为保证整体受力，根据标高和设计杆件长度进行底座调平。搭立杆后加横杆连接固定，立杆搭设完毕放顶托调至设计标高。
3.6 支架的预压
本工程在梁体底模方木上或底模板上采用不小于梁体混凝土重量的1.2倍的砂袋进行支架预压，消除支架的非弹性变形、基础沉降变形，并获得弹性变形值，为模板支立标高提供数据。在支架顶部和底部（注意上下对中）按纵向5m，横向左、中、右设置测量点，进行编号，以便预压时进行对比观测，控制模板立模标高。观测按加载前、加载完、加载后三天、卸载后四次进行。
3.7 支架的卸架
根据现有设备条件，本工程的施工支架卸架（载）方式采用在贝雷架顶面（置于贝雷架上弦上的工20b工字钢顶面）设置碗扣架作为降落装置实行卸架。
因此，本支架的设计，其高程系统是以贝雷架顶面之高程为基准。在此基准面之上留出1.76m净高，供设置20b工字钢扣碗架，纵横向方木，底模等。
3.8 支架施工观测
在预压过程中实施观测，预压荷载应分级施加，分级步长先大、后小。观测内容：①条形基础的地基沉降：即建立P～S曲线，以判认地基工作状态是否在曲线的直线段内；②桩基础的沉降：即建立P～S曲线，以判认桩的工作状态是否在曲线的直线段内。③支架的中心线：即检验支架顶面纵向中线在预压加载过程中的稳定性，以判定支架之横向刚度。④支墩墩顶沿桥纵向的位移观测。考查变位是否合理。⑤卸载亦分级，以确认卸载曲线。
4 结论
本文以大西客运专线为工程实例，介绍了碗扣式支架在简支系杆拱桥系梁中的施工应用。该工程已完工通车，其顺利实施表明所采用的施工技术证明该工程技术施工原理清晰，易于掌握，节约成本，可为今后类似桥梁施工提供参考经验。
参考文献：
[1]中华人民共和国铁道部.TB10203-2002铁路桥涵施工规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.
[2]高秋利.碗扣式钢管脚手架和支撑架受力性能试验与分析[D].天津大学，2011.3.
[3]李庆丽.浅谈碗扣式支架施工设计与应用[J].商情.2013（37）.
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更新时间：2024/12/22 19:20:00