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【摘 要】在路桥工程高墩和大跨度的现浇预应力连续箱梁施工过程中，采用钢管立柱固定支架，具有工艺简单、承载力高等优势，同时可有效加快施工进度。论文结合东风大道改造二期工程实例，介绍钢管立柱固定支架系统的结构形式，施工控制技术、要点及难点，探索钢管立柱固定支架在现浇箱梁施工中的应用。
【Abstract】 In the construction of cast-in-place prestressed continuous box girder of high pier and large-span in road and bridge project， adopting the steel pipe column fixed bracket has the advantages of simple process and high bearing capacity， and can it effectively speed up the construction progress. According to the project of the second phase of Dongfeng road renovation， this paper introduces the structure form， construction control technology， key points and difficulties of the steel pipe column fixed support system， and explores the application of steel pipe column fixed support in cast-in-place box girder construction.
【关键词】现浇箱梁；钢管立柱固定支架；设计；计算；搭设；拆除
【Keywords】cast-in-place box girder； steel pipe column fixed bracket； design； calculation； erection； demolition
【中图分类号】U445.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0160-04
1 引言
近年来，随着高架桥的迅速发展，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。现以武汉东风大道快速化改造二期高架桥高墩现浇箱梁施工为例，结合现场实际施工情况，详述钢管立柱固定支架整体现浇箱梁的施工工艺。采用钢管立柱固定支架施工不仅施工简便、速度快，而且具有施工安全、操作簡单等特点，能取得良好的效益，可为类似工程的施工提供借鉴。
2 工程概况
东风大道快速化改造二期工程北起武汉民营科技工业园附近，路线全长7.45公里，主线高架桥全长约7.124公里，全桥共50联，190孔梁。其中钢箱梁5联，17孔；砼梁45联，全桥砼箱梁采用固定支架方案实施。标准联跨径4×35m，净高2.2m，净宽33m，每跨砼1014.6m3。
3 方案的选定
结合本桥大规模现浇预应力箱梁结构工程的施工需求，考虑第三、四、五联平均墩高近25m，不宜采用满堂式脚手架。同时，因本桥桥面宽度33m，移动模架及挂篮施工等方法在本桥中缺乏通用性。经多方面比对，最终确定本桥采用钢管立柱固定支架系统。钢管立柱固定支架优点明显：适用于高墩、大跨度现浇箱梁施工；承载力高、稳定性好；结构刚柔结合，抗冲击性强；构件数量少，施工简单，安全风险小；施工速度快，工期短；地基处理费用低，支架总成本较低。
4 支架设计方案
4.1 设计方案
因本桥最大墩高处于第三、四、五联，方案设计及施工验算均以第五联为例，第五联第一段连续梁钢管立柱固定支架模板主要由条形基础、钢管立柱、联结系、钢楔块、2工45c型钢横梁、工28a型钢横梁、底模、侧模等组成。支架传力途径：模板→工28a型钢纵梁→2工45a型钢横梁→钢楔块→钢管立柱及连接系→条形基础，具体见图1、图2。
4.2 计算荷载及工况
4.2.1 计算荷载
常规荷载：①支架结构自重；②现浇钢筋混凝土箱梁荷载。考虑模板及振捣荷载，将箱梁混凝土重量乘以1.1系数。偶然荷载：③工作状态风荷载，工作风荷载6级，风速V=13.8m/s；④非工作状态风荷载，非工作风取50年一遇的基本风速V=23.9m/s。
4.2.2 计算工况
根据砼箱梁施工步骤，对结构进行以下两个工况的受力分析：工况一，连续梁现浇工况荷载组合为：①+②+③；工况二，支架拼好未现浇，遭遇非工作风工况荷载组合为：①+④。工况一主要计算结构构件的受力以及整体稳定性的计算；工况二计算支架在非工作风荷载作用下基础反力及连接系的应力。
4.3 模型的建立
模型采用midas2013建立，支架结构均采用梁单元（图3）。荷载：结构自重模型自动加载；现浇混凝土箱梁荷载按梁单元荷载加载在纵梁上，风荷载对立柱及连接系以梁单元荷载加载在立柱及连接系上，对模板及纵梁的作用作为集中荷载加载至各横梁的迎风面端部。边界条件：在支架立柱底部约束X、Y、Z方向位移。
4.3.1 纵梁计算
纵梁采用工28型钢，经计算，纵梁的最大轴力Nmax=0.7kN、最大剪力Qmax=105.9kN、最大弯矩Mmax=50.1kN.m。
纵梁强度满足要求。纵梁最大竖向位移f=7.2mm<3000/400=7.5mm，故纵梁强度及刚度均满足要求。
4.3.2 横梁计算
横梁为2工45c型钢，左右幅各一根。通过模型计算横梁的最大内力：剪力Qmax=403.7kN；弯矩Mmax=327.2kN.m。 横梁两端悬臂最大竖向位移f=6.1mm<1600/200=8.0mm；两立柱中间最大竖向位移f=7.87mm<5000/400=12.5mm。故横梁强度及刚度均满足要求。
4.3.3 支架立柱
支架立柱Φ630×12mm钢管，不同高度的标准节段组拼而成。
立柱的最大轴力Nmax=706.1kN；弯矩Mmax=30.0kN.m。
支架立柱为弯矩作用在对称轴平面内实腹式压弯构件。需要满足以下条件：
4.3.5 支架稳定性计算
支架稳定性计算主要是工况一的屈曲稳定和工况二的基础的反力。对工况一的模型进行屈曲分析，屈曲系数为9.48>4，满足施工要求。工况二下支架各支点反力大小均为正，未出现负反力。表示在非工作风荷载作用下支架安全。由此得出对构件以上两种工况的分析和计算，结构各构件均满足要求；稳定性也满足要求[1]。
5 支架搭设
5.1 工序流程
支架搭设主要工序流程：地基处理→基础施工→钢管立柱安装→钢楔块安装→横纵梁安装→底模及侧模安装→预压→沉降观测。
5.2 地基处理
本工程主线高架桥位于武汉市东风大道上，面层为厚度7cm沥青混凝土路面，基层以水泥稳定碎石为主，其承载力按公-I标准进行评估取值，可满足支架搭设及受力要求。原路面纵横向坡度保持良好，满足排水要求。
5.3 基础施工
基础采用C30混凝土条形基础，等高宽段基础尺寸2.0m×1.0m×0.8m。施工基础时在混凝土面预埋钢板及螺栓，混凝土浇筑前控制好预埋钢板的标高。
5.4 钢管立柱安装
钢管立柱截面为Φ630×8mm，高度有七种类型，分别为4.0m、2.0m、1.0m、0.5m、0.4m、0.3m和0.2m。钢管柱竖向采用法兰连接。钢管立柱上设置法兰，通过法兰与连接系相连。选择25T汽车吊对钢管立柱进行吊装，就位后，复核钢管柱轴线，不断调整到准确位置，钢柱垂直度采用钢丝绳不断收放调整，采用相互垂直方向进行校正（一方使用全站仪，一方使用铅垂线）；钢管立柱安装到位后，复核顶面高程，并用钢管与连接系进行连接加固直到钢管立柱稳定为止。
5.5 楔块安装
钢管柱顶标高调整完成后安装钢楔块，钢楔块顶标高根据梁底标高反算，安装标高误差控制在±5mm以内，局部标高调整不到位的用钢板抄垫。
5.6 横纵梁安装
横纵梁的加工制作必须保证顺直，平整，不得有翘曲，扭转。纵梁短边两个面必须保证平整，横梁短边至少保证一个面平整；横梁铺设前，在钢管柱顶经测量放线做出标记，横梁按标记位置摆设。横梁铺设完成，经验收合格后，进行纵梁底模系统的吊装。吊装前在横梁上精确标出纵梁位置，用吊机依次从中间向两边吊装纵梁底模系统；柱顶横向分配梁安装完成，标高调整到位后即安装底模。底模采用劲性钢模板，直接置于纵向分配梁上，并与分段纵梁焊接成整体，形成的各分块大小4m×6m。底模面板为采用d=6mm钢板，加劲肋采用[10槽钢。每块之间用销轴连接[2]。
5.7 预压
模板安装完后应进行预压。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。支架预压主要采用堆集砂袋法预压。结合梁体形式、梁宽及桥位周边实际情况，布置好砂袋的分布位置，砂袋可采用普通编织袋，采用吊车吊装就位。堆载步骤与混凝土浇筑顺序一致，先中间后两边，对称布荷、逐跨推进的原则。
5.8 沉降观测
通过支架预压消除支架的非弹性变形，观测并收集其弹性变形数据，作为预拱度设置的参考值。预压时，荷载按梁段各分区自重加施工荷载的60%、80%、100%逐级加载，测量人员应做好每级加载观测记录，经过分析后绘制出荷载与变形的关系曲线。采用钢管柱支架时，加载后应检查各分配梁的变形，各连节点有无松动、开裂，各构件是否密贴，钢管柱基础有无损坏、变形沉降等现象。
加载应分级进行，并分别对各监测点的沉降进行观察记录，在满足安全的情况下，然后每间隔12小时由测量人员对支架沉降量进行一次监测，沉降量平均值小于2mm时，可进行下一级加载。当全部预压荷载施加完毕后，应及时对各监测点标高进行检测并记录好数据，然后每间隔24小时以后再观测一次，作好支架持荷时的各观测点的标高记录，计算沉降量，若24小时观测结果不满足要求，即再通过连续三天观测沉降量。
卸载后，须及时观测支架模板体系的回弹量，并绘出支架模板与荷载变化的关系曲线，按照箱梁底板的设计标高、支架的变形量及预拱度调整底模的高度。卸载是采用一次性卸载方式，卸载过程中，要统一指挥，应从梁跨两边向中间分级、对称卸落，逐跨推进。根据试压观测成果统一数据，做好数据的分析，计算出支架的非弹性变形量、弹性变形量，当变形量满足规范要求后，即判定支架预压达到合格要求。然后将预压观测数据报设计、监理、业主审批，经各方同意后，再根据弹性变形值及非弹性变形值设置预拱度，进行下一步工序的施工工作。
5.9 施工注意事项
①必须设置施工预拱度，以消除应结构自重和预应力筋张拉等引起的下沉。
②构件中所适用的螺栓均为8.8级精制螺栓，不得采用低于此等级螺栓。
③施工过程中需对结构变形等严密观察，有过大变形时须暂停作业，及时通知以便做出相应应对措施。
④施工中需做好相关安全防护措施，并严格按照相关规定及预案执行。
⑤钢楔块的下楔块、抄垫与钢管柱顶必须焊接牢固。
⑥砼浇筑或支架预压前，必须保证精轧螺纹钢筋螺母拧紧。
⑦支架安装过程中，严格测量各立柱顶标高，通过抄垫使立柱顶标高达到设计要求，防止模板底纵梁和横梁脱空。
⑧落架时，保证楔块精轧螺纹钢筋螺母不脱离精轧螺纹钢筋[3]。
6 支架拆除
拆架程序应遵守由上而下、先搭后拆、后搭先拆的原则，严禁在上下两步同时进行拆架。对于支架整体而言，拆除顺序为：先拆除侧模→底模→横梁→钢楔块及抄垫→各分段支架→移除条形基础。
7 结语
采用钢管立柱固定支架整体现浇箱梁施工，具有以下优点：
①机械设备配置简单，适用性较强，机械利用率高，提高了施工工效；
②施工进度能够得到保障，每月每个工作面能达到1.5跨箱梁的施工进度；
③钢管立柱固定支架可多次周转使用，損耗小，经济适用，具有应用简便、安全质量可控；
④箱梁模板采用定型钢模，就位准确，箱梁混凝土外观平整、光洁，箱梁线形控制美观，满足设计要求。取得较好的经济和社会效益。
综上所述，钢管立柱固定支架在东风大道快速化改造二期工程的实际施工运用中，体现了其工艺简便、承载力高、总造价成本低廉的优点。
【参考文献】
【1】GB50017-2003钢结构设计规范[S].
【2】JTJ025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].
【3】周水兴.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.
【Abstract】 In the construction of cast-in-place prestressed continuous box girder of high pier and large-span in road and bridge project， adopting the steel pipe column fixed bracket has the advantages of simple process and high bearing capacity， and can it effectively speed up the construction progress. According to the project of the second phase of Dongfeng road renovation， this paper introduces the structure form， construction control technology， key points and difficulties of the steel pipe column fixed support system， and explores the application of steel pipe column fixed support in cast-in-place box girder construction.
【关键词】现浇箱梁；钢管立柱固定支架；设计；计算；搭设；拆除
【Keywords】cast-in-place box girder； steel pipe column fixed bracket； design； calculation； erection； demolition
【中图分类号】U445.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0160-04
1 引言
近年来，随着高架桥的迅速发展，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。现以武汉东风大道快速化改造二期高架桥高墩现浇箱梁施工为例，结合现场实际施工情况，详述钢管立柱固定支架整体现浇箱梁的施工工艺。采用钢管立柱固定支架施工不仅施工简便、速度快，而且具有施工安全、操作簡单等特点，能取得良好的效益，可为类似工程的施工提供借鉴。
2 工程概况
东风大道快速化改造二期工程北起武汉民营科技工业园附近，路线全长7.45公里，主线高架桥全长约7.124公里，全桥共50联，190孔梁。其中钢箱梁5联，17孔；砼梁45联，全桥砼箱梁采用固定支架方案实施。标准联跨径4×35m，净高2.2m，净宽33m，每跨砼1014.6m3。
3 方案的选定
结合本桥大规模现浇预应力箱梁结构工程的施工需求，考虑第三、四、五联平均墩高近25m，不宜采用满堂式脚手架。同时，因本桥桥面宽度33m，移动模架及挂篮施工等方法在本桥中缺乏通用性。经多方面比对，最终确定本桥采用钢管立柱固定支架系统。钢管立柱固定支架优点明显：适用于高墩、大跨度现浇箱梁施工；承载力高、稳定性好；结构刚柔结合，抗冲击性强；构件数量少，施工简单，安全风险小；施工速度快，工期短；地基处理费用低，支架总成本较低。
4 支架设计方案
4.1 设计方案
因本桥最大墩高处于第三、四、五联，方案设计及施工验算均以第五联为例，第五联第一段连续梁钢管立柱固定支架模板主要由条形基础、钢管立柱、联结系、钢楔块、2工45c型钢横梁、工28a型钢横梁、底模、侧模等组成。支架传力途径：模板→工28a型钢纵梁→2工45a型钢横梁→钢楔块→钢管立柱及连接系→条形基础，具体见图1、图2。
4.2 计算荷载及工况
4.2.1 计算荷载
常规荷载：①支架结构自重；②现浇钢筋混凝土箱梁荷载。考虑模板及振捣荷载，将箱梁混凝土重量乘以1.1系数。偶然荷载：③工作状态风荷载，工作风荷载6级，风速V=13.8m/s；④非工作状态风荷载，非工作风取50年一遇的基本风速V=23.9m/s。
4.2.2 计算工况
根据砼箱梁施工步骤，对结构进行以下两个工况的受力分析：工况一，连续梁现浇工况荷载组合为：①+②+③；工况二，支架拼好未现浇，遭遇非工作风工况荷载组合为：①+④。工况一主要计算结构构件的受力以及整体稳定性的计算；工况二计算支架在非工作风荷载作用下基础反力及连接系的应力。
4.3 模型的建立
模型采用midas2013建立，支架结构均采用梁单元（图3）。荷载：结构自重模型自动加载；现浇混凝土箱梁荷载按梁单元荷载加载在纵梁上，风荷载对立柱及连接系以梁单元荷载加载在立柱及连接系上，对模板及纵梁的作用作为集中荷载加载至各横梁的迎风面端部。边界条件：在支架立柱底部约束X、Y、Z方向位移。
4.3.1 纵梁计算
纵梁采用工28型钢，经计算，纵梁的最大轴力Nmax=0.7kN、最大剪力Qmax=105.9kN、最大弯矩Mmax=50.1kN.m。
纵梁强度满足要求。纵梁最大竖向位移f=7.2mm<3000/400=7.5mm，故纵梁强度及刚度均满足要求。
4.3.2 横梁计算
横梁为2工45c型钢，左右幅各一根。通过模型计算横梁的最大内力：剪力Qmax=403.7kN；弯矩Mmax=327.2kN.m。 横梁两端悬臂最大竖向位移f=6.1mm<1600/200=8.0mm；两立柱中间最大竖向位移f=7.87mm<5000/400=12.5mm。故横梁强度及刚度均满足要求。
4.3.3 支架立柱
支架立柱Φ630×12mm钢管，不同高度的标准节段组拼而成。
立柱的最大轴力Nmax=706.1kN；弯矩Mmax=30.0kN.m。
支架立柱为弯矩作用在对称轴平面内实腹式压弯构件。需要满足以下条件：
4.3.5 支架稳定性计算
支架稳定性计算主要是工况一的屈曲稳定和工况二的基础的反力。对工况一的模型进行屈曲分析，屈曲系数为9.48>4，满足施工要求。工况二下支架各支点反力大小均为正，未出现负反力。表示在非工作风荷载作用下支架安全。由此得出对构件以上两种工况的分析和计算，结构各构件均满足要求；稳定性也满足要求[1]。
5 支架搭设
5.1 工序流程
支架搭设主要工序流程：地基处理→基础施工→钢管立柱安装→钢楔块安装→横纵梁安装→底模及侧模安装→预压→沉降观测。
5.2 地基处理
本工程主线高架桥位于武汉市东风大道上，面层为厚度7cm沥青混凝土路面，基层以水泥稳定碎石为主，其承载力按公-I标准进行评估取值，可满足支架搭设及受力要求。原路面纵横向坡度保持良好，满足排水要求。
5.3 基础施工
基础采用C30混凝土条形基础，等高宽段基础尺寸2.0m×1.0m×0.8m。施工基础时在混凝土面预埋钢板及螺栓，混凝土浇筑前控制好预埋钢板的标高。
5.4 钢管立柱安装
钢管立柱截面为Φ630×8mm，高度有七种类型，分别为4.0m、2.0m、1.0m、0.5m、0.4m、0.3m和0.2m。钢管柱竖向采用法兰连接。钢管立柱上设置法兰，通过法兰与连接系相连。选择25T汽车吊对钢管立柱进行吊装，就位后，复核钢管柱轴线，不断调整到准确位置，钢柱垂直度采用钢丝绳不断收放调整，采用相互垂直方向进行校正（一方使用全站仪，一方使用铅垂线）；钢管立柱安装到位后，复核顶面高程，并用钢管与连接系进行连接加固直到钢管立柱稳定为止。
5.5 楔块安装
钢管柱顶标高调整完成后安装钢楔块，钢楔块顶标高根据梁底标高反算，安装标高误差控制在±5mm以内，局部标高调整不到位的用钢板抄垫。
5.6 横纵梁安装
横纵梁的加工制作必须保证顺直，平整，不得有翘曲，扭转。纵梁短边两个面必须保证平整，横梁短边至少保证一个面平整；横梁铺设前，在钢管柱顶经测量放线做出标记，横梁按标记位置摆设。横梁铺设完成，经验收合格后，进行纵梁底模系统的吊装。吊装前在横梁上精确标出纵梁位置，用吊机依次从中间向两边吊装纵梁底模系统；柱顶横向分配梁安装完成，标高调整到位后即安装底模。底模采用劲性钢模板，直接置于纵向分配梁上，并与分段纵梁焊接成整体，形成的各分块大小4m×6m。底模面板为采用d=6mm钢板，加劲肋采用[10槽钢。每块之间用销轴连接[2]。
5.7 预压
模板安装完后应进行预压。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。支架预压主要采用堆集砂袋法预压。结合梁体形式、梁宽及桥位周边实际情况，布置好砂袋的分布位置，砂袋可采用普通编织袋，采用吊车吊装就位。堆载步骤与混凝土浇筑顺序一致，先中间后两边，对称布荷、逐跨推进的原则。
5.8 沉降观测
通过支架预压消除支架的非弹性变形，观测并收集其弹性变形数据，作为预拱度设置的参考值。预压时，荷载按梁段各分区自重加施工荷载的60%、80%、100%逐级加载，测量人员应做好每级加载观测记录，经过分析后绘制出荷载与变形的关系曲线。采用钢管柱支架时，加载后应检查各分配梁的变形，各连节点有无松动、开裂，各构件是否密贴，钢管柱基础有无损坏、变形沉降等现象。
加载应分级进行，并分别对各监测点的沉降进行观察记录，在满足安全的情况下，然后每间隔12小时由测量人员对支架沉降量进行一次监测，沉降量平均值小于2mm时，可进行下一级加载。当全部预压荷载施加完毕后，应及时对各监测点标高进行检测并记录好数据，然后每间隔24小时以后再观测一次，作好支架持荷时的各观测点的标高记录，计算沉降量，若24小时观测结果不满足要求，即再通过连续三天观测沉降量。
卸载后，须及时观测支架模板体系的回弹量，并绘出支架模板与荷载变化的关系曲线，按照箱梁底板的设计标高、支架的变形量及预拱度调整底模的高度。卸载是采用一次性卸载方式，卸载过程中，要统一指挥，应从梁跨两边向中间分级、对称卸落，逐跨推进。根据试压观测成果统一数据，做好数据的分析，计算出支架的非弹性变形量、弹性变形量，当变形量满足规范要求后，即判定支架预压达到合格要求。然后将预压观测数据报设计、监理、业主审批，经各方同意后，再根据弹性变形值及非弹性变形值设置预拱度，进行下一步工序的施工工作。
5.9 施工注意事项
①必须设置施工预拱度，以消除应结构自重和预应力筋张拉等引起的下沉。
②构件中所适用的螺栓均为8.8级精制螺栓，不得采用低于此等级螺栓。
③施工过程中需对结构变形等严密观察，有过大变形时须暂停作业，及时通知以便做出相应应对措施。
④施工中需做好相关安全防护措施，并严格按照相关规定及预案执行。
⑤钢楔块的下楔块、抄垫与钢管柱顶必须焊接牢固。
⑥砼浇筑或支架预压前，必须保证精轧螺纹钢筋螺母拧紧。
⑦支架安装过程中，严格测量各立柱顶标高，通过抄垫使立柱顶标高达到设计要求，防止模板底纵梁和横梁脱空。
⑧落架时，保证楔块精轧螺纹钢筋螺母不脱离精轧螺纹钢筋[3]。
6 支架拆除
拆架程序应遵守由上而下、先搭后拆、后搭先拆的原则，严禁在上下两步同时进行拆架。对于支架整体而言，拆除顺序为：先拆除侧模→底模→横梁→钢楔块及抄垫→各分段支架→移除条形基础。
7 结语
采用钢管立柱固定支架整体现浇箱梁施工，具有以下优点：
①机械设备配置简单，适用性较强，机械利用率高，提高了施工工效；
②施工进度能够得到保障，每月每个工作面能达到1.5跨箱梁的施工进度；
③钢管立柱固定支架可多次周转使用，損耗小，经济适用，具有应用简便、安全质量可控；
④箱梁模板采用定型钢模，就位准确，箱梁混凝土外观平整、光洁，箱梁线形控制美观，满足设计要求。取得较好的经济和社会效益。
综上所述，钢管立柱固定支架在东风大道快速化改造二期工程的实际施工运用中，体现了其工艺简便、承载力高、总造价成本低廉的优点。
【参考文献】
【1】GB50017-2003钢结构设计规范[S].
【2】JTJ025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].
【3】周水兴.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.