運用滿堂支架法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)

摘要：滿堂支架法以其施工穩(wěn)定性好、施工便捷、流水速度快等特點，在現(xiàn)澆箱梁施工中得以廣泛采用。本文以某鐵路公跨鐵為例，介紹滿堂支架在公跨鐵現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用，為今后類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：公跨鐵;支架驗算;方案比選

Construction technology of prestressed concrete continuous cast-in-place box girder with full support method

GAO Gao

China Railway Construction and port and shipping bureau general contracting branch，Guangdong Zhuhai 519000

Abstract：the full support method is widely used in cast-in-situ box girder construction because of its good construction stability，convenient construction and fast running speed. In this paper，the application of the full support in the cast iron box girder of the cross span railway is introduced，taking a railway rail crossing as an example，which provides reference for similar projects in the future.

Key words：male span iron;bracket checking;scheme comparison

1.工程概況

1.1工程簡介

我部負(fù)責(zé)施工的正線全長30.854km，沿線有公跨鐵立交3座，均為（3*25m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。每跨分左右兩片，中間采用現(xiàn)澆濕接縫連接。每片梁底板寬1m，頂板寬2.85m，共27.1m3 C50混凝土，每片箱梁總重量為70.46t。連續(xù)梁采用滿堂支架法現(xiàn)澆施工，施工順序為先簡支后連續(xù)。

1.2 現(xiàn)場狀況簡介

公跨鐵沿線布置間距大，且所處地形復(fù)雜、道路難行。

1.3施工工期

由于地方協(xié)議簽訂苦難、設(shè)計出圖較晚，再加上均在鋪架的主線上，造成所用公跨鐵的施工工期較緊張。很難再鋪架開始之前，所有箱梁預(yù)制架設(shè)完成，造成部分箱梁要在鋪架完成后方能施工。

2.箱梁施工方法及選擇

2.1箱梁施工的幾種方法

2.1.1方法一：統(tǒng)一在臺座上預(yù)制、統(tǒng)一運輸架設(shè)

在一個集中場所將所有箱梁一起預(yù)制，然后用統(tǒng)一的運輸設(shè)備、架設(shè)設(shè)備進(jìn)行架設(shè)。由于公跨鐵的施工時間較拖后，主線路已經(jīng)鋪設(shè)好鋼軌;公跨鐵的設(shè)置位置分散，地方道路很難滿足通行大型車輛和設(shè)備的要求，所以此種方法很難實行。

2.1.2方法二：在每個工點上設(shè)置臺座、原地架設(shè)

將各自工點上的箱梁分別施工臺座，在臺座上分別進(jìn)行施工各自工點上的箱梁，然后在原地運用大型吊車進(jìn)行吊裝。此種方法減少了運輸?shù)沫h(huán)節(jié)，對地方道路要求較低，但是同樣存在公跨鐵的施工時間較拖后，主線路已經(jīng)鋪設(shè)好鋼軌大型吊車很難進(jìn)入現(xiàn)場的問題;同時由于箱梁較重，需要大型吊車分別進(jìn)行現(xiàn)場，費用較高。

2.1.3方法三：支架上分別現(xiàn)澆法

在每個公跨鐵工點原位搭設(shè)支架，在支架上部進(jìn)行箱梁的立模、綁扎鋼筋、澆筑施工等施工。此種方法不需要大型的吊裝、運輸設(shè)備，但是每個工點數(shù)需要搭設(shè)支架，同時需要的箱梁模板的數(shù)量也較大。

2.2幾種方法的優(yōu)缺點

上述三種方法的優(yōu)缺點比較見下表1.

由于現(xiàn)場條件、施工工期的限制現(xiàn)場施工采用支架上分別現(xiàn)澆法施工。

3.支架設(shè)計

3.1對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，滿堂支架的搭設(shè)質(zhì)量直接決定著整個公跨鐵的施工安全、質(zhì)量。因此，在施工前，必須對滿堂支架進(jìn)行設(shè)計驗算，已確保可以在其上部能夠安全的進(jìn)行箱梁的施工。

3.2滿堂支架采用WDJ式支架，架桿外徑4.8cm，壁厚0.35cm，內(nèi)徑4.1cm碗扣式鋼管支架，拆裝方便，間距規(guī)整，受力較均勻，主要由：立桿、橫向水平管、縱向水平管、剪刀撐和斜撐組成。根據(jù)設(shè)計圖紙及荷載分布情況，初步設(shè)計：支架順橋向縱向間距0.9m，橫橋向橫向間距梁底為0.6m，翼緣板底為0.9m，縱橫水平桿豎向間距1.2m。

碗扣式支架底托下墊枕木或統(tǒng)一采用5CM厚木板，頂部同樣加設(shè)頂托，方便整個支架的調(diào)整。頂托上面橫向分布10cm*15cm方木，其上縱向分布10*10cm方木，方木間距25-30cm，方木上釘厚度15mm的竹膠板作為箱梁底模。

3.3 ?計算依據(jù)

3.3.1 施工荷載計算項目按照橋涵施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計文件的有關(guān)要求執(zhí)行。

3.3.2 主要材料指標(biāo)：參考《建筑模板施工手冊》

①竹膠板：規(guī)格尺寸2440×1220×12mm

抗彎強(qiáng)度設(shè)計值[fm]=50MPa

彈性模量Em=5000MPa

②方木：規(guī)格100×100mm（間距0.3米）、100×150mm（0.6米）

木料：東北落葉松

順紋抗彎強(qiáng)度設(shè)計值[fw方木] =17MPa

抗剪強(qiáng)度允許值[fv方木] =1.6MPa

彈性模量E方木=10000MPa

③碗扣式支架：WDJ式支架，架桿外徑4.8cm，壁厚0.35cm，內(nèi)徑4.1cm。

豎向允許承載力[N]=33.1KN

《建筑工程施工計算手冊》、《鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《橋梁施工計算手冊》、《橋梁設(shè)計與計算》

3.4 ??驗算對象

公路橋箱梁：5.7m頂面寬，雙箱單室連體箱梁，梁高為1.424m，驗算截面為邊跨端橫梁位置，見下示意圖：

3.5 ??檢算項目

根據(jù)《橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求，主要檢算以下項目：

①竹膠板強(qiáng)度及剛度

②10×10縱向方木強(qiáng)度和剛度

③10×15橫向方木強(qiáng)度和剛度

④支架的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度

⑤地基承載力計算

3.6 ??荷載組合及計算

根據(jù)《橋涵施工技術(shù)規(guī)范》9.2模板、支架和拱架設(shè)計中的9.2.2條：設(shè)計荷載主要有以下幾種：

3.6.1 ?模板、支架、拱架自重;

竹膠板：q₁₁=0.3KN/㎡

上方木：q₁₂=0.24KN/㎡

下方木：q₁₃=0.2KN/㎡

3.6.2 ?新澆筑混凝土、鋼筋混凝土或其他圬工結(jié)構(gòu)物的重力;

取邊跨橫梁端部位置：q₂=1.7×26=44.2KN/㎡

3.6.3 ?施工人員和施工材料、機(jī)具等行走運輸或堆放的荷載;

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》附錄D普通模板荷載計算2規(guī)定：

①計算模板及直接支承模板的小棱時，均布荷載可取q₃₁=2.5KN/㎡，另外以集中荷載P=2.5KN進(jìn)行驗算;

②計算直接支承小棱的梁或拱架時，均布荷載可取q₃₂=1.5KN/㎡;

③計算支架立柱及支承拱架的其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，均布荷載可取q₃₃=1.0KN/㎡。

3.6.4 ?振搗混凝土產(chǎn)生的荷載;

對水平模板為：q₄=2.0kpa=2.0KN/m²;

3.6.5 ?新澆筑混凝土對側(cè)面模板的壓力，本次計算時不予考慮;

3.6.6 ?傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載，本次計算時不予考慮;

3.6.7 ??計算強(qiáng)度的荷載組合為：1+2+3+4+7

計算剛度的荷載組合為：1+2+7

3.7 ??強(qiáng)度及剛度檢算

3.7.1 竹膠板強(qiáng)度及剛度檢算

3.7.1.1 計算模型：

竹膠板計算模型采用跨度為0.25cm的兩端簡支梁進(jìn)行計算，計算范圍為90cm×0.25cm，見下圖2.

3.7.1.2 ?荷載計算：

⑴強(qiáng)度計算時的荷載組合為：q₁₁+q₂+q₃₁+q₄

根據(jù)荷載的組合情況分為以下兩種情況：

情況一：

Q_模板1=（0.3+44.2+2.5+2.0）×0.9×0.25=11.025KN/m

情況二：

Q_模板2=（0.3+44.2+2.0）×0.9×0.25=10.46KN/m

⑵剛度計算時荷載組合：q₁₁+q₂

Q_模板3=（0.3+44.2）×0.9×0.25=10.0125KN/m

⑶截面參數(shù)計算：

慣性矩I=bh³/12=（1000×15³）/12=281250mm⁴

矩形截面模量W_A=bh²/6=（1.0×0.015²）/6=3.75×10^-5m³

⑷內(nèi)力計算：

情況一：M₁=1×Q_模板1L²/8=1×11.025×0.25²/8=0.086 KN·m

情況二：M₂=1×Q_模板2L²/8+1×P_模板×L/4=1×10.46×0.252/8+1/4（2.5×0.25）=0.238KN·m

情況二產(chǎn)生的彎矩較大，故抗彎強(qiáng)度檢算采用 Mmax=M₂。

⑸強(qiáng)度計算：

抗壓強(qiáng)度σ=?Mmax/W=0.238×10³/（3.75×10 ^-5）×10 6=6.35Mpa<[f w竹膠板] =50Mpa

⑹剛度計算：（建筑模板施工手冊526-527頁）

剛度f=5Q_模板3L⁴/384EI=5×10.01×250⁴/（384×5000×281250）=0.36mm<L/400=300/400=0.75mm

3.7.2 縱向方木檢算：（10×10cm）

3.7.2.1 計算模型：

方木排距模板剛度來確定，根據(jù)竹膠板檢算，方木凈距采用0.25cm。計算模型取跨度為90厘米的兩端簡支梁，見下示意圖3：

3.7.2.2 ?荷載計算：

⑴強(qiáng)度檢算：荷載組合：q₁₁+q₁₂+q₂+q₃₁+q₄

情況一：Q_{縱向方木1}=（0.3+0.24+44.2+2.5+2.0）×0.25=12.31KN/m

情況二：Q_{縱向方木2}=（0.3+0.24+44.2+2.0）×0.25=11.685KN/m

⑵剛度檢算：荷載組合q₁₁+q₁₂+q₂

Q_{縱向方木3}=（0.3+0.24+44.2）×0.25=11.185 KN/m

⑶截面特性計算：

慣性矩I=（b·h³）/12=（10×10³）/12=8.33×106mm4

矩形截面模量W_A=（b·h²）/6=（0.1×0.12）/6=1.667×10^-4m3

⑷內(nèi)力計算：

情況一

M₁=1×Q_{縱向方木1}L²/8=（12.31×0.92）/8=1.246KN·m

Q₁=Q_{縱向方木1}·L/2=12.31×0.9/2=5.54KN

情況二

M₂=Q_{縱向方木2}·L²/8+P·L/4=11.685×0.92/8+2.5×0.9/4=1.75KN·m

Q₂=Q_{縱向方木2}·L/2+P/2=11.685×0.9/2+2.5/2=6.5 KN

計算得知情況二內(nèi)力較大，按照情況二進(jìn)行強(qiáng)度檢算。

⑸強(qiáng)度檢算：

抗壓強(qiáng)度σ=M₂/W=1.75/（1.667×10^-4）=10498KPa=10.498MPa<[fw 方木] =17MPa

抗剪強(qiáng)度τ=3Q/2bh）=（3×6500）/（2×100×100）=0.975 MPa<[ fv方木] =1.6 MPa

⑹剛度計算：

剛度?f=5QL⁴/384EI=（5×11.185×900⁴）/（384×1.0×104×8.33×106）=1.147mm<600/400=1.50mm

結(jié)果：經(jīng)檢算10×10cm方木強(qiáng)度、剛度均滿足使用要求。

3.7.3 橫向方木檢算：（15×10cm）

3.7.3.1 計算模型：

縱向方木間距由橫向方木的剛度控制，順橋向的跨距由其本身的剛度控制，立桿的橫向步距均60厘米，因此，按計算跨墩為60厘米的簡支梁進(jìn)行檢算，計算范圍為0.6米×0.9米，見如下示意圖4：

3.7.3.2 荷載計算：

⑴強(qiáng)度計算：

荷載組合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂+q₃₂+q₄

Q_{橫向方木1}=（0.3+0.24+0.2+44.2+1.5+2）×0.9=43.596KN/m

⑵剛度計算：荷載組合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂

Q_{橫向方木2}=（0.3+0.24+0.2+44.2）×0.9=40.446 KN/m

⑶截面特性計算：

I=（b·h³）/12=10×153/12=2.8×107mm⁴

W=（b·h²）/6=10×152/6=3.75×105mm³

⑷內(nèi)力計算：

M=1×Q_{橫向方木1}·L2/8=43.596×0.62/8=1.96KN·m

Q=Q_{橫向方木1}·L/2=43.596×0.6/2=13.08KN

⑸強(qiáng)度計算：

抗壓強(qiáng)度σ=M/W=（1.96×106）/（3.75×105）=5.23MP a<[fw 方木] =17MPa

抗剪強(qiáng)度τ=（3×Q）/（2×b·h）=（3×13080）/（2×100×150）=1.308MPa<[ fv 方木] =1.6 MPa

⑹剛度計算：

剛度f=5QL4/384EI=（5×40.446×6004）/（384×1.0×104×2.8×107）=0.244mm<600/400=1.50mm

結(jié)果：經(jīng)過檢算15×10cm方木強(qiáng)度及剛度均滿足要求。

3.7.4 立桿檢算

3.7.4.1 計算模型：

荷載按照立桿中心0.9×0.6米范圍進(jìn)行計算，其受力簡圖示意見下圖5：

3.7.4.2 荷載計算：

⑴強(qiáng)度計算：

荷載組合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂+q₃₃+q₄

P₁=（0.3+0.24+0.2+44.2+1.0+2.0）×0.9×0.6=25.89KN

⑵剛度計算：

荷載組合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂

P₂=（0.3+0.24+0.2+44.2）×0.9×0.6=24.27KN

⑶立桿強(qiáng)度計算：

每根扣碗桿件的荷載：

N=P=25.89KN<[N] =33.1 KN

滿足承載力要求

⑷立桿穩(wěn)定性檢算：

鋼管外徑48mm，壁厚3.5mm

慣性矩I=3.14×（4.84-4.14）/64=12.187cm⁴

凈截面積A=3.14×（4.82-4.12）/4=4.893cm²

截面回轉(zhuǎn)半徑i=（I/A）1/2=（12.187/4.893）1/2=1.578cm

查Q235-A鋼軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，得?=0.69，

每根立桿的設(shè)計荷載為（支架搭設(shè)高度30m以下，K=0.8，f=215Mpa（詳見路橋施工計算手冊448頁立桿表，0.8為偏心受壓影響系數(shù)，215MPa為鋼材強(qiáng)度極限值）：

N=K?Af=0.8×0.69×489.3×215=58KN>25.89KN

滿足要求。

⑸剛度檢算：

柱、桁架桿件受壓容許長細(xì)比[λ] =150，鋼管立桿長細(xì)比λ=L/i=120/1.578=76.05<[λ] =150，故也滿足剛度要求。

3.7.5 地基承載力檢算：

支架支撐托直接放在10cm厚C20砼面上，底托大小15cm×15 cm，按45°進(jìn)行擴(kuò)散，砼墊層與地基接觸的面積應(yīng)按0.35m×0.35m即0.1225m²，取橫梁處受力最大的單根進(jìn)行計算：那么產(chǎn)生的最大基底應(yīng)力為：25.89KN/0.1225m²=211KPa。

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》取1.5的安全系數(shù)，故要求地基承載力大于317KPa。

4.預(yù)壓

4.1為避免在砼施工時，支架不均勻下沉，消除支架和地基的非彈性變形，準(zhǔn)確測出支架和地基的彈性變形量，為預(yù)留拱度提供依據(jù)，事先對支架進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓時，用砂袋按上部砼重量分布情況進(jìn)行布載，加載重量為梁體自重1.2倍。

4.2在加載前，先在地基和底模上布設(shè)觀測點，以便測量沉降量。加載分三次進(jìn)行，每次的重量為總重的1/3，每次加載完成后，均觀測下沉量直至穩(wěn)定，在最后一次加載完成后至少觀測48小時，直至支架和地基穩(wěn)定。

4.3當(dāng)支架穩(wěn)定后，即可卸掉砂袋，卸砂袋時要分層卸，全部卸完后，測量底模的標(biāo)高，計算出支架和地基的彈性變形量，以便將模板調(diào)整到需要的標(biāo)高。

4.4在預(yù)壓結(jié)束、模板調(diào)整完成后，再次檢查支架和模板的扣件是否牢固，松動的要重新上緊。

對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，滿堂支架的搭設(shè)質(zhì)量直接決定著整個公跨鐵的施工安全、質(zhì)量^[3]。因此，在施工前，必須對滿堂支架進(jìn)行設(shè)計驗算，已確?？梢栽谄渖喜磕軌虬踩倪M(jìn)行箱梁的施工。

滿堂支架采用WDJ式支架，架桿外徑4.8cm，壁厚0.35cm，內(nèi)徑4.1cm碗扣式鋼管支架，拆裝方便，間距規(guī)整，受力較均勻，主要由：立桿、橫向水平管、縱向水平管、剪刀撐和斜撐組成。根據(jù)設(shè)計圖紙及荷載分布情況，初步設(shè)計：支架順橋向縱向間距0.9m，橫橋向橫向間距梁底為0.6m，翼緣板底為0.9m，縱橫水平桿豎向間距1.2m。

碗扣式支架底托下墊枕木或統(tǒng)一采用5CM厚木板，頂部同樣加設(shè)頂托，方便整個支架的調(diào)整。頂托上面橫向分布10cm×15cm方木，其上縱向分布10cm×10cm方木，方木間距25～30cm，方木上釘厚度15mm的竹膠板作為箱梁底模。

5結(jié)論

本著安全第一的原則，滿堂支架在本項目公跨鐵橋梁中得到了合理利用，達(dá)到了預(yù)期的施工效果，為今后類似工程提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：高杲（1981～），男，湖南長沙人，工程師，從事土木工程研究。身份證號：430111198112282518。