互通匝道橋現(xiàn)澆連續(xù)箱梁滿堂支架設(shè)計與計算

韓 波

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 橋梁概況

岢嵐樞紐DK0+464.906匝道橋位于山西省岢嵐至臨縣高速公路。橋梁全長126 m，前右角90度。上部結(jié)構(gòu)采用3×20+3×20 m普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、柱式橋臺和肋板式橋臺以及鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。全橋平面位于圓曲線R：130 m(右轉(zhuǎn))+緩和曲線A：110的平曲線段內(nèi)。

現(xiàn)澆連續(xù)梁主梁采用直腹板等高度連續(xù)箱梁，箱梁全寬10.5 m、梁高為1.4 m，采用單箱雙室斷面，跨中處腹板厚40 cm，頂板厚25 cm，底板厚22 cm。設(shè)計縱坡為-0.265%，橫坡為5%，（見圖1）。該橋現(xiàn)澆箱梁采用碗扣式滿堂支架進行施工。

圖1 跨中橫斷面（單位：cm）

2 滿堂支架搭設(shè)施工工藝[1]

現(xiàn)澆箱梁支架采用碗扣支架搭設(shè)，碗扣支架選擇 LG.120(1.2 m)，LG.180(1.8 m)立桿組合；HG.60(0.6 m)，HG.90(0.9 m)橫桿進行施工，立桿可調(diào)底座為KTZ-60，立桿可調(diào)托撐KTC-60。對于采用的支架，進場前根據(jù)《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ166）檢查，對于變形嚴重和厚度不足等不得采用。根據(jù)上部箱梁荷載分布，順橋向支架間距0.9 m，橫橋向支架間距0.90 m；橫隔梁處支架縱向間距0.6 m，橫橋向支架間距0.9 m，墩柱前后共布置12排，一側(cè)為3.6 m。支架頂部為支架可調(diào)托撐，支架底部為可調(diào)底座。碗扣支架搭設(shè)時應(yīng)保證立桿豎直，支架搭設(shè)時根據(jù)地基頂?shù)较淞旱椎母叨?，選取不同的立桿進行組合，梁底標(biāo)高通過支架頂部的可調(diào)頂托進行精確調(diào)節(jié)。為了增加支架的穩(wěn)定性，需要在支架內(nèi)縱橫兩個方向設(shè)置斜撐和剪刀撐，斜撐和剪刀撐采用普通鋼管通過扣件連接在支架立桿上，設(shè)置通高的斜撐橫向間距為3.6 m，縱向支架兩側(cè)間距為8 m。剪刀撐的斜桿與地面的夾角應(yīng)在45°～60°之間，斜桿每步與立桿扣接見圖2。

圖2 滿堂支架（單位：cm）

3 滿堂支架設(shè)計計算

滿堂支架材料采用普通扣件式鋼管腳手架，規(guī)格為φ4.8×3.5鋼管。底模、側(cè)模采用δ=15 mm厚竹膠板（規(guī)格1.22×2.44 m，每塊約重40 kg），底模下橫橋向布設(shè)凈間距為20 cm的10 cm×10 cm木方，下層方木12 cm×15 cm，順橋向布設(shè)，間距為90 cm。支架采用碗扣支架，橫橋向間距90 cm，順橋向間距90 cm；橫隔梁處橫橋向間距為90 cm，順橋向間距60 cm。

支架架設(shè)完成后，采用1.05倍設(shè)計荷載預(yù)壓消除地基及支架體系非彈性變形，同時檢驗支架及地基承載力是否滿足設(shè)計要求，預(yù)壓期不小于7 d[2]。

3.1 荷載組成

a）梁體混凝土自重 26×780＝20 280 kN。

b）模板自重 （10.5×120+1.4×120×2）×(40/（1.22×2.44)）×10-2＝214.5 kN。

c）橫橋向方木自重 120/0.2×10.5×0.1×0.1×5＝315.0 kN。

d）順橋梁方木自重 15×120×0.15×0.12×5＝162 kN。

e）施工人員和施工材料、機具行走運輸或堆放荷載 1.5 kN/m2。

f）現(xiàn)澆箱梁分兩次澆筑，傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載 2 kN/m2。

g）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載 2 kN/m2。

3.2 底模強度計算

箱梁底板采用高強度膠合板，板厚δ=15 mm，模板規(guī)格：1.22 m×2.44 m。

荷載組合20 280/（120×6.5）×1.2+5.5×1.4＝38.9 kN/m2，

竹膠板的容許拉應(yīng)力參考A-4種類木材取值，為[σw]＝11.0 MPa，彈性模量取 E＝9×103MPa。

σw＝M/W=0.237/4.6×10-5＝5.15 MPa＜[σw]，強度滿足要求。

f＝5×47.6×0.24/（384×9×106×3.4×10-7）＝0.000 324 m＜fw容許＝L/400＝0.000 5 m剛度滿足要求。

3.3 10 cm×10 cm方木橫梁驗算，橫橋向布設(shè)，凈間距0.2 m

荷載組合 38.9+214.5/（10.5×120）×1.2＝39.10 kN/m2，

木材的容許拉應(yīng)力［σw］＝12.0 MPa，彈性模量E＝9×103MPa（按A-3種類木材計算）。

σw＝M/W=1.188/1.7×10-4＝6.988 MPa＜[σw]，強度滿足要求。

f＝5×11.73×0.94/（384×9×106×8.3×10-6）＝0.001 34 m＜fw容許＝L/400＝0.002 25 m，剛度滿足要求。

3.4 12 cm×15 cm下層方木縱梁驗算，順橋向布設(shè)，間距0.9 m

荷載組合 39.10+315/（10.5×120）×1.2＝39.4 kN/m2，

木材的容許拉應(yīng)力［σw］＝12 MPa，彈性模量E＝9×103MPa（按A-3種類木材計算）。

σw＝M/W=3.6/4.5×10-4＝8.0 MPa＜［σw］，強度滿足要求。

f＝5×39.4×0.94/（384×9×106×3.4×10-5）＝0.001 10 m＜fw容許＝L/400＝0.002 25 m，剛度滿足要求。

3.5 碗扣支架驗算

3.5.1 荷載計算

根據(jù)平均荷載組合 (20 280+214.5+315+162.0)/(10.5×120)=16.65 kN/m2。

a）支架自重

（a）立桿自重 采用φ48×3.5鋼管單位重量為 3.84 kg/m，q1=0.038 4×20=0.768 kN/根。

（b）可調(diào)托座自重 q2=0.045×1＝0.045 kN/根。

（c）橫桿自重 q3=0.038 4×18×（0.9+0.9）＝1.244 kN/根。

（d）扣件自重 直角扣件：q4=0.013 2×（18×2+3）＝0.515 kN/根，對接扣件：q5=0.018 4×1＝0.018 4 kN/根。

所以扣件式鋼管支架自重0.876 8+0.045+1.244+0.515+0.018 4＝2.699 kN/根。

b）恒載 16.65×0.9×0.9+2.699＝16.186 kN。

c）活載 5.5×0.9×0.9＝4.455 kN。

d）軸向力 N=16.186×1.2+4.455×1.4＝25.660kN＜30 kN（立桿的容許荷載）。3.5.2 穩(wěn)定性驗算

碗扣支架為直徑48 mm，壁厚3.5 mm的鋼管。

I=1.219×10-7m4，A=4.89×10-4m2，截面最小回轉(zhuǎn)半徑r=0.015 8 m。

立桿的計算長度 l0＝Kμh＝1×2.128×1.2=2.553 6 m(當(dāng)驗算立桿允許長細比時，取k=1;μ查規(guī)范取2.128；h為布距1.2 m)。

桿件長細比λ＝l0/r＝2.553 6/0.015 8＝161.62＜210。

穩(wěn)定系數(shù)φ＝0.268。

σ ＝P/（φA）=25.660/（0.268 ×4.89 ×10-4）＝195.8 MPa＜［σ］＝205 MPa（Q235鋼管容許應(yīng)力205 MPa）

穩(wěn)定性滿足要求。

支架壓縮變形ΔL=NL/（EA）=25.660×103×20/（2.1×1011×4.89×10-4）=5.0×10-3m=5.0 mm＜L/1 000＝20 mm，支架的壓縮變形滿足要求。

3.6 地基承載力、應(yīng)力驗算及地基處理

單根立桿承壓面積 A=0.4×0.45=0.18 m2，N=25.66 kN，則地基應(yīng)力 σ＝N/A=25.66/0.18＝164.38 kPa。

對系梁基坑采用砂礫分層填筑，20 cm一層，采用打夯機壓實，填筑至原地表以下50 cm。對一般原地面，先清除表層30 cm松土，整平后用壓路機碾壓，之后分兩層填筑砂礫（系梁范圍內(nèi)一起填筑），每層30 cm，用壓路機壓實（對靠近墩柱不便壓實處采用打夯機壓實）。地基處理寬度每邊超出橋梁邊線1 m，同時為防止積水，地基頂自橋梁中線往兩邊做成1%的橫坡，順橋向做成2%縱坡。

地基處理之后需用輕型觸探儀進行檢測，偏安全考慮，地基承載力大于200 kPa方可進行下一步施工。為了避免由于雨水對地基的沖刷和增強支架穩(wěn)定性，搭設(shè)支架之前地基頂面澆筑10 cm混凝土墊層，地基兩側(cè)開挖集水溝，以便匯集雨水并及時排出。箱梁中橫隔梁投影范圍內(nèi)（前后超出系梁邊40 cm，左右超出系梁邊150 cm）地基頂澆筑10 cm混凝土墊層。

4 預(yù)拱度計算[3]

a）因為該橋為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆箱梁反拱度為零，故支架設(shè)計時可不予考慮，主要考慮支架卸載后梁板撓度和混凝土收縮、溫度變化撓度。

b）支架在荷載作用下的彈性壓縮為（桿件長度取 20 m）。

鋼材彈性模量E＝2.1×105MPa，則 ΔL1=NL/（EA）=25.660 ×103×20/（2.1 ×1011×4.89 ×10-4）=5.0×10-3m=5.0 mm。

c）支架在荷載作用下的非彈性變形，因是鋼管對接，通過預(yù)壓已消除，可忽略不計。

d）支架基底在荷載作用下的非彈性變形，按黏土計算：ΔL3=20 mm，則支架預(yù)拱度為ΔL=ΔL1+ΔL3=25.76 mm。

此預(yù)拱度由跨中向兩端按二次拋物線變化至零。

5 支架預(yù)壓觀測

按上部恒載1.05倍的重量進行預(yù)壓，預(yù)壓采用砂袋堆載法。預(yù)壓之前需布置好沉降觀測點，每一跨布置9個，順橋向在距墩中心4 m及跨中共3個截面布置，每個截面橫橋向在邊腹板中線及箱梁中心處布置3個點。預(yù)壓之前、預(yù)壓之后（每天早晚各一次）觀測點的距離并記錄，直到連續(xù)兩天觀測，沉降不超過1 mm，預(yù)壓沉降即穩(wěn)定，可以卸載。卸載之后再次觀測沉降觀測點之間的距離并記錄[4]。

按觀測結(jié)果算出每一點的非彈性變形值和彈性變形值，然后對觀測點處的頂托進行標(biāo)高調(diào)整，每一點調(diào)整的高度為該點的非彈性變形值和彈性變形值之和，最后對觀測點之間的模板標(biāo)高進行調(diào)整，調(diào)整后的底模應(yīng)平整、線形順暢。

6 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，預(yù)壓后的箱梁底模板的變形值在5～10 mm之間，符合本方案的設(shè)計要求，已完成全橋現(xiàn)澆箱梁斷面尺寸和頂面高程也符合設(shè)計要求。這也充分說明本方案滿堂支架的設(shè)計在結(jié)構(gòu)上較好地滿足了施工及規(guī)范要求，較好地指導(dǎo)了本橋梁施工。