在目前桥梁项目的墩身盖梁施工中, 传统施工方案通常采用落地支架法、抱箍法或销棒法进行施工, 受到施工条件的局限性, 使得在特定的结构形式及施工环境下施工难度大、安全风险高。

盖梁弓弦式型钢桁架施工结合了传统施工工艺原理及优点, 设计采用弓弦式型钢桁架作为盖梁施工托架。较落地支架法, 本工艺具有对地基性能要求低、搭设周期短的特点;较抱箍法, 解决了矩形墩等墩身结构形式对抱箍使用的限制;较传统销棒法, 弓弦式型钢桁架受力比型钢主梁更加合理, 充分发挥材料性能。

弓弦式桁架结构在房屋建筑中已有广泛应用, 该结构在均布荷载作用下受力情况为上弦杆受压、下弦杆受拉、腹杆内力为零。理想的弓弦式桁架上弦杆为抛物线形, 在工程应用中为了便于施工, 通常采用以直代曲的方式设计及加工弓弦式桁架, 即在节点间采用分节段的型钢直线段代替理论要求的抛物线形式。以直代曲后, 在均布荷载作用下腹杆中产生的内力较小, 采用小型号型钢即能满足受力要求。

盖梁弓弦式型钢桁架施工技术采用了反向弓弦式桁架形式, 水平杆作为上弦杆, 弓弦式杆作为下弦杆。两榀桁架间设置精轧螺纹钢对拉杆, 增加整体稳定性。墩身设置预埋管件, 安装剪力销作为桁架支点。剪力销与桁架间设置砂箱方便拆卸。

盖梁弓弦式型钢桁架施工工艺包括弓弦式桁架的设计与加工、墩身预留孔道施工、桁架安装、施工测量、盖梁钢筋及混凝土施工、架体拆除, 工艺流程如图1所示。

按照盖梁的设计尺寸, 结合相关施工工况和桁架模板的安装及拆卸工艺, 确定拟定的弓弦式型钢桁架空间构造。按照各工况进行受力分析, 分析内容应包括:杆件强度及刚度计算、结构局部及整体稳定性、墩身及构件局部承压。弓弦式型钢桁架弦杆内力较大, 一般采用组合型钢。弓弦式型钢桁架整体计算模型如图2所示。

根据计算结果调整结构, 完成后复核施工可行性, 最后进行钢结构详图深化设计。详图深化过程中应考虑施工作业平台、张拉操作平台以及作业空间、安全防护等要求。在砂箱与架体接触部位还应采取加设钢板等构造措施进行补强。

严格按照施工图纸进行加工, 根据规范的相关要求对桁架进行验收。对于受海洋环境影响的工程, 应重视型钢桁架的防腐防锈处理, 严格控制防腐油漆的涂刷质量, 施工中及时进行补刷与修复。

架体加工完成后按照需要加工操作平台。首先在上、下弦杆焊接三角支架作为平台支撑结构, 焊接护栏及踢脚板, 设置安全网, 在桁架对拉杆安装后搭设工作平台面板。预应力盖梁施工还应设置张拉平台支架, 在盖梁预应力施工时铺设面板, 进行张拉压浆及封锚, 如图3所示。

根据桁架受力分析时的结果计算剪力销规格, 在墩身施工时预留剪力销穿插孔道。建议在墩身两侧布置2处支点, 每处最少2个孔道, 按该形式布置既能保证支点的稳定性又能充分发挥钢材的性能。

严格控制预留孔道定位, 在进行墩身混凝土浇筑时注意避免振捣器触碰预留孔道, 必须保证墩身混凝土浇筑后预留孔道的水平度。

预留孔道可以采用PVC管等塑料管或管径合适的无缝钢管。待盖梁施工完毕后封实预留孔道。若采用无缝钢管应保证封实后钢管的保护层厚度满足设计要求。

此处应该注意, 预留孔道标高应略低于设计反算所得结果, 方便根据实际情况微调。若预留孔标高值高于砂箱调节范围, 标高调整将十分困难, 需要重新加工高度更小的承重砂箱, 影响工期。

在墩身施工过程中将预埋孔定位准确, 墩身施工完成后, 清理预埋孔并穿插承重剪力销。剪力销穿过墩身, 在剪力销上安装钢管套管, 用螺栓拧紧。

完成上述安装步骤后, 根据设计的盖梁底标高、型钢桁架尺寸及砂箱初始高度, 反算砂箱底部的设计标高。测量出钢管套管实际标高, 通过在套管上加垫钢板达到设计标高。

调整符合要求后在钢板上放置砂箱, 砂箱顶安装承重桁架。根据实际施工情况, 砂箱可替换成对口楔等方便桁架落模的构件。

使用精轧螺纹钢将2榀桁架对拉连接, 增加结构整体稳定性。安置型钢桁架对拉杆并紧固后, 在桁架上面铺设盖梁底模及施工作业平台。放出墩身顶纵横向轴线以及柱顶标高, 用弹墨线绘出盖梁轮廓线, 对墩柱顶部混凝土进行凿毛, 再通过进一步微调砂箱、模板支点等方式控制调节底模顶面标高。

桁架搭设完成后设置人行爬梯和安全通道作为施工人员通道, 爬梯及通道的设置尚应符合安全生产相关规范的要求。若工程所在地为受台风影响区域, 人行爬梯应采取缆风绳等措施进行加固。

测量人员在现场放样时, 按照设计图纸计算出各高程面轴线点、轮廓点的放样数据。在模板安装完成验收时, 测出外轮廓的坐标与设计值进行比较, 求其差值, 并进行模板调整, 直到差值在规定的限差内为止。

盖梁弓弦式型钢桁架的钢筋及混凝土施工与传统工艺相同。钢筋绑扎时重点控制盖梁预埋件、波纹管定位精度及定位钢筋间距。模板施工时重点检查模板支架与型钢桁架连接部位。立模后清理模板内杂物, 验收合格后浇筑盖梁混凝土, 混凝土浇筑后及时进行收浆并养护。

在钢筋安装及混凝土浇筑过程中, 终端对承重剪力销及墩身砂箱进行观测, 确保钢桁架结构的稳定性。

盖梁混凝土强度达到要求后拆除支架, 若盖梁为预应力结构, 拆除前先完成张拉压浆及封锚作业。型钢桁架拆除步骤如下: (1) 清除施工杂物, 防止构件吊运时杂物掉落造成安全事故; (2) 使用汽车式起重机拆卸施工平台底板, 拆卸人行爬梯; (3) 降低型钢桁架, 拆除盖梁底模; (4) 撤除2榀桁架间的对拉杆, 将2榀桁架整体吊装拆卸; (5) 下放砂箱, 拆除钢套管, 使剪力销退出预留孔; (6) 对安装剪力销的预留孔道进行封孔。

桁架 (包括施工平台面板) 拆除应遵循先上后下的原则, 不得上、下同时进行作业。拆除的构件、材料等严禁直接投掷抛撒, 应采用汽车式起重机吊运并集中有序存放。

整体拆除桁架后应对架体进行维护修整。架体维护主要是进行除锈与防锈漆补刷;架体结构维护则重点检查主要承重构件, 检查部位包括架体与承重砂箱接触处、剪力销、对拉精轧螺纹钢、各杆件焊缝。架体完成维护修整后转运至其他墩身安装使用。

弓弦式型钢桁架为无落地支架结构, 对地基性能无特殊要求, 适用于承载力低、水上作业环境以及墩身高度大的桥梁结构, 施工工效及施工安全性均得到提升。因采用型钢桁架结构作为主要受力结构, 承载力较贝雷梁等形式大为提高, 尤其适用于尺寸较大的预应力盖梁施工。