主跨130米預(yù)應(yīng)力混凝土大橋的組合模架支撐系統(tǒng)研究和應(yīng)用

崔玉兵（上海建工七建集團(tuán)有限公司，上海200000）

1 羅蘊(yùn)河大橋概況

羅蘊(yùn)河主橋橋型為三跨變截面預(yù)應(yīng)混凝土連續(xù)梁（80+130+80m），雙向8車道，上下行分幅，每幅橋?qū)?6.5m，兩幅橋型相同。梁端設(shè)牛腿接28m的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁引橋結(jié)構(gòu)。

單幅上部結(jié)構(gòu)橋梁截面為單箱單室直腹板箱型截面。中支點(diǎn)梁高8.0m，高跨比1／16.285；跨中梁高3.5m，高跨比1／37.1。梁底采用二次拋物線線形變化，矢高4.5m。梁底寬度7.5m，兩側(cè)頂板挑臂寬4.35m，頂板全寬16.2m。截面尺寸：頂板厚28cm；底板厚30～100cm；腹板厚50～110cm，懸臂板厚度20～55cm。腹板高度調(diào)整，使頂板橫坡2%。中支點(diǎn)墩頂設(shè)箱內(nèi)橫隔板，邊支點(diǎn)設(shè)牛腿端橫梁。

全橋跨中設(shè)置一個(gè)2m的主跨合龍段。

樁基為Φ1200鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)按摩擦樁設(shè)計(jì)。每個(gè)中墩下共21根樁。每個(gè)邊墩下共設(shè)10根樁。

主橋支承體采用大噸位球形支座。中墩墩頂與主梁梁底之間設(shè)抗震銷構(gòu)造。

圖1 羅蘊(yùn)河大橋剖面示意圖

圖2 羅蘊(yùn)河大橋平面位置示意圖

1.1 大橋周邊環(huán)境概況

大橋周邊場地周圍原為居民住宅和農(nóng)田，存在二處明浜和一處魚塘。羅蘊(yùn)河大橋下方的河道為規(guī)劃羅蘊(yùn)河河道。

圖3 羅蘊(yùn)河大橋中墩支點(diǎn)橫斷面圖

圖4 羅蘊(yùn)河大橋跨中橫斷面圖

2 羅蘊(yùn)河大橋箱梁模架體系研究

羅蘊(yùn)河大橋?qū)儆赟6公路新建工程，S6公路是上海市區(qū)聯(lián)通G2高速公路的交通干道，是上海市重大工程項(xiàng)目。因此存在工期較為緊張，外觀質(zhì)量要求較高的特點(diǎn)。

結(jié)合本企業(yè)自身的優(yōu)勢和工程特點(diǎn)，提高大橋箱梁模架體系對大橋箱梁線形的姿態(tài)控制，決定采用組合模架支撐系統(tǒng)。即按箱梁荷載的不同布置模架，最終形成一個(gè)組合的模架支撐系統(tǒng)。使施工安全、質(zhì)量、速度以及成本達(dá)到一個(gè)完美的平衡。

2.1 大橋箱梁組合模架支撐體系介紹

根據(jù)現(xiàn)澆箱梁的荷載分布情況不同，箱梁支架采用兩種結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)施工部位分為：中墩區(qū)段、邊墩區(qū)段、跨中區(qū)段三個(gè)區(qū)段。

圖5 組合模架支撐系統(tǒng)立面示意圖（順橋方向）

2.2 大橋組合模架支撐體系地基處理

羅蘊(yùn)河全支架施工工藝為整個(gè)大橋梁體在支架上進(jìn)行現(xiàn)澆施工，梁體支架根據(jù)箱梁的結(jié)構(gòu)形式和上部荷載計(jì)算分別采用φ609鋼管支架和碗扣支架兩種形式，模板支架形式是決定基地處理方案的主要因素，根據(jù)兩種支架形式分別采取兩種處理方法。

2.3 大橋組合模架支撐體系設(shè)計(jì)

2.3 .1 跨端區(qū)段模架支撐設(shè)計(jì)

圖6 中墩兩側(cè)各24m區(qū)段

2.3 .2 中墩區(qū)段模架支撐計(jì)算

圖7 中墩區(qū)段支架立面圖

圖8 中墩區(qū)段支架示意圖

表1 支架形式和地基處理方法對照表

圖9 中墩區(qū)段支架穩(wěn)定計(jì)算圖組合應(yīng)力圖例

2.3 .3 邊墩、跨中區(qū)段模架支撐設(shè)計(jì)

圖10 邊墩、跨中區(qū)段模架支撐剖面示意圖

2.3 .4 間距300×300模架支撐計(jì)算

1）模板支架立桿荷載設(shè)計(jì)值(軸力)

作用于模板支架的荷載包括靜荷載和活荷載。

（1）靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值包括以下內(nèi)容（支架高度按6m計(jì)算）

a.腳手架的自重(kN)：

NG1=0.158×6=0.949kN；

鋼管的自重計(jì)算參照《扣件式規(guī)范》附錄A。

b.模板的自重(kN)：

NG2=0.35×0.6×0.3=0.063kN；

c.鋼筋混凝土板自重(kN)：

NG3=25×5.468×0.3×0.3=12.303kN；

經(jīng)計(jì)算得到，靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值NG=NG1+NG2+NG3=13.315kN；

（2）活荷載為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值與振倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載

經(jīng)計(jì)算得到，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值NQ=(2.5+2)×0.3×0.3=0.405kN；

（3）不考慮風(fēng)荷載時(shí),立桿的軸向壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算N=1.2NG+1.4NQ=16.545kN；

2）立桿的穩(wěn)定性計(jì)算

立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式:

σ=N/(φA)≤ [f]

其中N：立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值(kN)：

N=16.545kN；

φ：軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù),由長細(xì)比lo/i查表得到；

i：計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑(cm)：i=1.59cm；

表2 中墩兩側(cè)各24m區(qū)段模架布置形式

A：立桿凈截面面積(cm2)：A=4.24cm2；

W：立桿凈截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.49cm3；

σ：鋼管立桿最大應(yīng)力計(jì)算值(N/mm2)；

[f]：鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：[f]=205N/mm2；

L0：計(jì)算長度(m)；

按下式計(jì)算:

L0=h+2a=1.2+0.3×2=1.8m；

a：立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長度；a=0.3m；

L0/i=1800/15.9=113；

由長細(xì)比Lo/i的結(jié)果查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.496；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值；

σ=16545/（0.496×424）=78.6N/mm2；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值σ=78.6N/mm2小于鋼管立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=205N/mm2，滿足要求！

表3 邊墩、跨中區(qū)段模架布置形式

2.3 .5 間距300×600模架支撐計(jì)算

1）模板支架立桿荷載設(shè)計(jì)值(軸力)

作用于模板支架的荷載包括靜荷載和活荷載。

（1）靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值包括以下內(nèi)容（支架高度按6m計(jì)算）

a.腳手架的自重(kN)：

NG1=0.158×6=0.949kN；

鋼管的自重計(jì)算參照《扣件式規(guī)范》附錄A。

b.模板的自重(kN)：

NG2=0.35×0.6×0.3=0.063kN；

c.鋼筋混凝土板自重(kN)：

NG3=25×3.923×0.6×0.3=17.653kN；

經(jīng)計(jì)算得到，靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值

NG=NG1+NG2+NG3=18.665kN；

（2）活荷載為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值與振倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載

經(jīng)計(jì)算得到，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值

NQ=(2.5+2)×0.6×0.3=0.81kN；

（3）不考慮風(fēng)荷載時(shí),立桿的軸向壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算

N=N=1.2NG+1.4NQ=23.532kN；

2）立桿的穩(wěn)定性計(jì)算

立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式:

σ=N/(φA)≤ [f]

其中N：立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值(kN)：

N=23.532kN；

φ：軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù),由長細(xì)比lo/i查表得到；

i：計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑(cm)：i=1.59cm；

A：立桿凈截面面積(cm2)：A=4.24cm2；

W：立桿凈截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.49cm3；

σ：鋼管立桿最大應(yīng)力計(jì)算值(N/mm2)；

[f]：鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：[f]=205N/mm2；

L0：計(jì)算長度(m)；

按下式計(jì)算:

L0=h+2a=1.2+0.3×2=1.8m；

a：立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長度；a=0.3m；

l0/i=1800/15.9=113；

由長細(xì)比Lo/i的結(jié)果查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.496；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值；

σ=23532.12/（0.496×424）=111.896N/mm2；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值σ=111.896N/mm2小于鋼管立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=205N/mm2，滿足要求！

3 羅蘊(yùn)河大橋箱梁模架體系實(shí)施情況

3.1 中墩區(qū)段模架支撐實(shí)施情況

羅蘊(yùn)河大橋每個(gè)中墩區(qū)段設(shè)置28根609鋼管立柱。其中6根設(shè)置在中墩承臺上方，22根設(shè)置在Ф500PHC管樁上方。承臺上方的609鋼管，采用化學(xué)植筋的方法，將Ф16鋼筋錨在承臺內(nèi)與609鋼立柱法蘭盤連接；PHC管樁上方設(shè)置鋼筋混凝土承臺，管樁頂部澆筑C30灌芯混凝土，灌芯高度1500mm，內(nèi)配8Ф16并伸入承臺，承臺頂板埋設(shè)預(yù)埋鋼板，與609鋼管焊接連接。橫橋向每兩根609鋼管為一組，上面放置一根雙拼HM500×300型鋼作為主分配梁，與鋼立柱頂部法蘭盤電焊連接。次分配梁采用I20a工字鋼，縱橋向擱置在HM500×300b型鋼主分配梁上，由于大橋箱梁底部縱橋向線形為拋物線，因此次分配梁與主分配梁間存在夾角，為了確保次梁荷載均勻傳遞在主分配上，并使主分配梁受力均勻，在每根分配梁下夾角位置設(shè)置木楔。

圖11 中墩區(qū)段支架施工情況

3.2 邊墩、跨中區(qū)段碗扣式模架支撐實(shí)施情況

基礎(chǔ)加固閥板澆筑完畢，根據(jù)支架設(shè)計(jì)布置在閥板上進(jìn)行立桿軸線定位彈線，以此保證搭設(shè)的支架在軸線范圍內(nèi)。由于支架地坪有坡度，因此碗扣架的調(diào)平放在底部的底托上，根據(jù)地坪最高點(diǎn)確定第一根掃地桿的高度，做到第一層掃地桿全部在同一水平線上。然后依次向上搭設(shè)，搭設(shè)過程中對桿件的垂直度隨時(shí)調(diào)整。

3.3 實(shí)施效果

1）大橋底板脫模后線形和順，無折點(diǎn)，線形控制優(yōu)于掛籃模板施工質(zhì)量。

2）通過定期變形觀測，整個(gè)組合模架支撐頂端的最大沉降量為25mm，平均沉降量為20mm。

3）由于采用全支撐的體系，使大橋混凝土連續(xù)澆筑成為可能，縮短了施工周期。

4）中墩區(qū)段的模架支撐系統(tǒng)采用了階梯狀設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化和調(diào)整可以完全適用于掛籃模板施工的大橋0號塊模架支撐。

圖12 邊墩、跨中區(qū)段支架施工1

圖13 邊墩、跨中區(qū)段支架施工2

[1]江正榮.建筑施工技術(shù)手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2]范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋.北京：人民交通出版社，1998.