现浇梁支架钢管立柱连接方式优化分析及探讨
时间：2023-02-19 17:15:06 来源：千叶帆 本文已影响人
刘小保
（江西有色建设集团有限公司）
海新路与疏港通道立交工程位于海沧区海新路与疏港通道的交界处。总体设计包含对海新路拓宽改造，在疏港通道上新建主线高架上跨海新路，并设置9 条匝道与之构成一座全互通立交。
本工程共设有桥梁14 座，分别为：疏港通道上跨海新路跨线桥1 座，分左、右幅；
疏港通道一期段改造拆旧新建中桥1 座；
互通匝道桥梁9 座；
人行栈桥1 座；
人行天桥2 座。
桥梁基本概况：
⑴海新路跨线桥1 座：左右幅分别长507m、509m；
上下部构造为桩基础、板式花瓶墩、预应力钢筋砼现浇箱梁构造。
⑵中桥1 座：左右幅均长46m；
上下部构造为扩大基础、重力式U 型台、预应力钢筋砼现浇箱梁。
⑶互通立交匝道桥9 座：总长2898m，其中最短的BM 匝道桥长63m，最长的G 匝道桥长752m；
上下部构造为：桩基础、板式花瓶墩、预应力钢筋砼现浇箱梁构造（其中F、G 匝道桥均有一联为钢箱梁）。
⑷人行栈桥1 座：桥长244.8m；
上下部构造为桩基础、单圆柱钢筋混凝土墩、钢筋混凝土实腹式连续板梁。
⑸人行天桥2 座：两座桥长分别为17.2m、39m；
上下部构造为桩基础、钢立柱(内填充混凝土)、钢箱梁。
2.1 支架体系的确定
根据住建部办公厅关于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围的规定，本项目上述14 座桥梁中，除了两座人行天桥的梯坡道外，现浇梁模板支架、钢箱梁临时支墩均属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，必须编制安全专项施工方案，并组织专家论证审查。经专家论证审查后确定的支架体系为：
⑴桥梁上部现浇梁模板支架以钢管+贝雷梁组合支架体系为主，该体系自上而下的布置方式为：竹胶板→横桥面方木→纵桥向贝雷梁→横桥向双拼工字钢→砂筒→钢管立柱→钢筋砼独立基础。
其中钢管立柱为：双排Φ529×8mm 钢管立柱及砂筒横向等距布置，单排4 或5 根。
⑵考虑到桥梁上桥端、下桥端梁底距离现状地面的高度较低，净空不足，且个别现状原地面起伏高低差较大，采用钢管+贝雷梁、承插型盘扣式支架体系施工难度较大，因此少部分上部现浇梁施工采用钢管+型钢支架体系，该体系自上而下的布置方式为：竹胶板→横桥面方木→纵桥向工字钢→横桥向双拼工字钢→砂筒→钢管立柱→钢筋砼独立基础。
其中钢管立柱为：双排Φ529×8mm 钢管立柱及砂筒横向等距布置，单排4 或5 根。
2.2 钢管立柱安装
在地基处理合格、钢筋混凝土独立基础安装完毕之后，进行钢管立柱的安装，安装工艺如下：
⑴根据各排支撑柱高度确定下料长度，在加工场一次焊接加工成型，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10mm 以内，经检查合格的钢管柱按部位进行编号使用；
钢管立柱如有接长，接头必须错开，错开上下距离不得小于1m。
⑵采用吊车将加工好的钢管柱吊放到预定位置和标高处，安放在基础混凝土底座上，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。
⑶立柱与基础连接：在钢管立柱顶面和底面焊接封口钢板，并在钢管与封口钢板之间焊接加劲肋；
安放至设计位置后与基础预埋钢板焊接。钢管立柱如有接长，接头必须错开，错开上下距离不得小于1m。
2.3 钢管立柱横纵向连接
⑴同排钢管柱间横桥向连接：柱与柱之间采用[12槽钢设置2 道水平联系杆及1 道斜向剪刀撑，斜向连接与水平方向的夹角在45～60 度之间。
⑵双排钢管墩纵向连接：柱与柱之间采用[12 槽钢设置2 道水平联系杆及1 道斜向剪刀撑，斜向连接与水平方向的夹角在45～60 度之间；
当纵向连接、剪刀撑无法穿过墩柱时，焊接槽钢与墩身固定顶紧。
⑶在距离立柱顶、底部30cm 处设置1 道横纵向水平连接杆。
3.1 优化背景
本工程由9 条匝道桥现浇箱梁共41 联，经专家论证后的方案中，钢管立柱的纵、横向连接、剪刀撑连接体系均采取焊接方式。在施工准备阶段，考虑到海新路东侧高边坡爆破作业方案审批还需较长一段时间，土石方短时间无法大面积施工，故将年度计划的施工重心调整至桥梁施工，因此须加快桥梁施工进度。而加快施工进度需要增加各种资源的投入，从现浇梁支架角度分析就需要做到：适当增加支架系统的投入联数并加快每一联支架系统的周转。
经查阅各类参考资料及相关施工案例，发现优化钢管立柱间的横纵向连接方式，即：将焊接方式变为“抱箍”方式，是提高支架体系周转率的简单有效、具有可行性的方法之一。后经与各参建单位的充分交流及论证，各方一致认为此优化方案具有加快施工进度、降低施工成本、提高安全系数等优势；
后将此优化方案报请原方案论证专家组进行修改论证，专家组也同意按此“抱箍”方案实施。
3.2 工法原理
有别于以往在钢管立柱上焊接节点钢板，再在节点钢板上焊接纵、横向连接槽钢和剪刀撑的焊接连接方式，该工法是借鉴盖梁抱箍的施工方法（采用摩擦环抱墩柱的柱箍，用于支撑盖梁施工的工字钢及底模），将钢制抱箍紧紧环抱住钢管立柱，用抱箍替代节点钢板，纵横向水平槽钢、剪刀撑槽钢与抱箍的连接板用螺栓相连接。调整前后的连接构造对比见图1、图2，抱箍细部图见图3。
4.1 抱箍制作
⑴考虑用钢管立柱同规格管材制作的抱箍能更好地与钢管立柱贴合，抱箍主材最好使用与钢管立柱同规格的边角管材；
将与钢管立柱相同管材的直径529mm、壁厚8mm 的焊接管切割成高250mm 的一段段抱箍圆弧带，再将圆弧带两等分，形成两片半圆弧条带待用。
⑵在工厂用裁板机裁切10mm 厚钢板制作抱箍法兰、纵横向连接板，然后在特制胎具上用冲孔机按设计孔位冲钻椭圆孔；
此步操作要求孔径、孔位、孔位角度做到相对精准，否则将会增加槽钢的安装难度。
⑶将半圆弧条带与抱箍法兰、纵横向连接板焊接成品抱箍的1/2 部分，焊接工作在胎膜具上进行。
4.2 安装抱箍
⑴支架基础采用预制块混凝土基础，每块基础就位后均测量其顶面高程，以确定每根钢管立柱上抱箍锁卡位置（抱箍锁卡位置=剪刀撑设计高程－基础顶面高程）。
⑵将需要安装的钢管立柱放倒在地面，把各个抱箍安装到对应位置。
⑶在基础顶面安装钢管立柱，由于纵横向水平槽钢和剪刀撑槽钢皆为装配式的螺栓连接，杆件长度和连接孔眼均相对固定，因此对钢管立柱的平面位置、竖直度控制、剪刀撑竖向位置要求较高，安装人员须严格把控立柱的安装质量。
4.3 纵横向槽钢和剪刀撑槽钢下料制作
按方案图进行槽钢的下料，钻孔。
4.4 安装电动升降吊篮
将电动升降吊篮吊挂于钢管立柱的顶部（钢管立柱顶部的水平槽钢已先行连接）作为安装人员的工作平台。
4.5 安装纵横向水平杆及剪刀撑
将制作好的槽钢，用通用5.6 级M18 螺栓与抱箍连接（或高强螺栓），用电动扭力扳手紧固，安装顺序自上而下。
该工法经成功实施后，总结特点如下：
⑴槽钢与抱箍连接速度快，与焊接方式相比节省大量时间，缩短支架搭设时间，极大提高支架系统周转率。
⑵定型化成批制作，拆装快捷，可重复使用，与焊接相比节省大量焊接材料和钢构件的损耗。
⑶利用抱箍在钢管立柱上可以上下移动的优势，抵消了装配杆件带来的装配式误差，避免了在焊接方式中每个杆件都必须实测实量、按实下料才能安装的弊端。
⑷抱箍直接卡紧在钢管立柱上，避免了焊接方式对钢管立柱的损伤。
⑸各连接部位均使用螺栓连接，且配备扭力显示的电动扳手，相比焊接质量的不可控更能保证架体的安装质量，使整体架体更具稳定性。
⑹各杆件的装配速度快，大大缩短了工人高处作业的时间，有利于高处作业的安全风险管控。
⑺配合电动升降吊篮的施工，降低了工人高处作业的安全风险，减轻了高处作业工人的劳动强度。
⑴单根立柱承受荷载较大的抱箍可以采用在抱箍圆周上增加上下两道加劲箍的方法达到提升的目的。
⑵支架高度很高需要增强立柱间连接时，可以采用在抱箍上增设水平剪刀撑的连接钢板，增设水平剪刀撑。
⑶为进一步提高钢管立柱支立速度，可以在临近两根立柱上部增加拴接纵向分配梁，达到两根立柱同时整体支立加快立柱支立速度的目的。
虽然现在的桥梁施工的各项工艺已十分成熟，但在传统的施工工艺中，仍存在着不少可以改进之处；
在实际施工中，如果能够不断发现传统工艺存在的不足之处，并进行探索、优化，就有可能达到提高施工效率、降低施工成本、减少安全风险的目的。
