復(fù)雜條件下連續(xù)箱梁支架現(xiàn)澆的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郁文巖

摘要：本文通過(guò)施工實(shí)踐，詳細(xì)闡述了在跨越常年流水，且為厚層軟弱地質(zhì)情況下搭設(shè)滿堂支架所采取的技術(shù)措施，及采用萬(wàn)能桿件設(shè)置支架通車(chē)門(mén)洞的設(shè)計(jì)方案。在確保施工安全及施工質(zhì)量情況下，達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行，取得了良好的效果。

Abstract： Through the construction practice， this paper elaborates on the technical measures taken to build a full-frame bracket under the condition of thick water and weak geological conditions， and the design scheme of using the universal rod to set the bracket to open the door hole. Under the condition of ensuring construction safety and construction quality， it has achieved economic feasibility and achieved good results.

關(guān)鍵詞：連續(xù)箱梁;現(xiàn)澆支架;跨越河流;鋼管樁;萬(wàn)能桿件

Key words： continuous box girder;cast-in-place bracket;spanning river;steel pipe pile;universal rod

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）10-0139-04

0 ?引言

連續(xù)梁的支架現(xiàn)澆施工通常采用鋼管搭設(shè)滿堂支架，鋼管腳手架所用材料為制式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式靈活，拼裝施工簡(jiǎn)便快速，且材料市場(chǎng)供應(yīng)充足，施工成本相對(duì)較低，因而在工程建筑領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的使用。但其支架將所承受的上部合部荷載傳遞給地基，故要求地基有足夠的承載能力。在以往施工實(shí)踐中，常出現(xiàn)因地質(zhì)條件復(fù)雜，采取的地基處理措施不得當(dāng)，使得澆筑混凝土后因地基承載能力不足，使得支架沉降變形過(guò)大，甚至坍塌的事故發(fā)生，造成嚴(yán)重財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。本人在進(jìn)行蘭州至海口國(guó)家高速公路臨洮至渭源段橋梁施工時(shí)，采用了鋼管樁、萬(wàn)能桿件作為支撐材料分別跨越了軟弱地質(zhì)條件的河流及當(dāng)?shù)氐缆?，使得連續(xù)箱梁的支架現(xiàn)澆施工得以順利、安全的進(jìn)行，以下對(duì)施工技術(shù)及方法進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期能夠?yàn)槠渌?xiàng)目在類(lèi)似地質(zhì)條件下進(jìn)行梁體現(xiàn)澆施工時(shí)提供借鑒作用。

1 ?工程概況

蘭州至海口國(guó)家高速公路臨洮至渭源段LW4合同段會(huì)川互通立交A匝道Ak0+460大橋全長(zhǎng)106m，上構(gòu)采用5-20m連續(xù)箱梁，下構(gòu)采用柱式橋臺(tái)、圓端墩、樁基礎(chǔ)。A匝道Ak0+460大橋跨越漫壩河及地方道路。匝道橋位于直線上，上構(gòu)5-20m連續(xù)箱梁采用單箱三室，梁高1.6m，橋面寬14.8m，兩側(cè)翼緣板寬2.0m，采用支架現(xiàn)澆法施工。

2 ?箱梁現(xiàn)澆模板支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 地基條件較好的橋跨滿堂支架設(shè)計(jì)方案

大橋第1、3、5跨的橋址處無(wú)其它構(gòu)筑物，地基承載力強(qiáng)，墩高為7～13m。連續(xù)箱梁現(xiàn)澆采用扣件式鋼管滿堂腳手架，滿堂落地式腳手架設(shè)計(jì)方案如下：

2.1.1 腳手架基礎(chǔ)處理

腳手架搭設(shè)前，清除地面松散的種植土，進(jìn)行場(chǎng)地整平，對(duì)于墩臺(tái)基坑及其它低洼處采用級(jí)配碎石分層回填后夯實(shí)。對(duì)場(chǎng)地采用壓路機(jī)進(jìn)行全面壓實(shí)后，地基上澆筑厚度20cm的C20混凝土墊層。處理加固的地基寬度超腳手架搭設(shè)寬度1m，并在周邊挖設(shè)排水溝，避免地表水浸泡地基。

2.1.2 支架結(jié)構(gòu)參數(shù)

①橋面兩側(cè)設(shè)置施工平臺(tái)，支架搭架的寬度較橋面外緣寬2.2m作為施工平臺(tái)。在連續(xù)箱梁底板下的腳手架立桿縱橫間距均為60cm。翼緣板及施工作業(yè)平臺(tái)下腳手架立桿縱向間距為60cm，橫向間距為90cm。支架橫桿的步距為120cm。掃地桿離地面高度為20cm。②沿橋梁縱向，在扣件式滿堂支架的最外排及內(nèi)部每間隔5排設(shè)置豎向剪刀撐，剪刀撐的鋼管由支架底部連續(xù)設(shè)置至頂部;沿橋梁橫向，在支架的最外排及內(nèi)部每間隔7排設(shè)置豎向剪刀撐，剪刀撐的鋼管由支架底部連續(xù)設(shè)置至頂部;并在支架最上層橫桿處設(shè)置連續(xù)的水平剪刀撐。通過(guò)扣件將剪刀撐的鋼管與相交的立桿及水平橫桿相固定。剪刀撐鋼管與立桿或水平桿交角呈45°左右。③為方便施工人員操作，順橋向在支架頂部設(shè)置寬度為1.0m的施工操作平臺(tái)，平臺(tái)上滿鋪厚5cm腳手板，平臺(tái)外側(cè)設(shè)置高度1.2m的防護(hù)欄桿，欄桿外側(cè)及操作平臺(tái)下部掛設(shè)安全網(wǎng)。

鋼管扣件式滿堂支架布置見(jiàn)圖1。

2.2 跨越河流處支架設(shè)計(jì)方案

大橋第2跨跨越漫壩河，漫壩河長(zhǎng)年有流水，河床處土體浸水飽和，多呈軟塑狀，由于軟弱土承載力低，壓縮性高，不可作為搭設(shè)滿堂支架的持力層，需采取加固措施。但河床上軟弱土層厚度達(dá)1.1～3.9m，且常年流水，無(wú)法采取通常的換填、復(fù)合地基加固等處理措施進(jìn)行加固。因此，如何對(duì)河床部分地基進(jìn)行加固成為本項(xiàng)目施工的難題。

施工期間曾擬采取在河岸兩側(cè)土質(zhì)較好處設(shè)立支墩，設(shè)置型鋼等結(jié)構(gòu)搭設(shè)縱梁上跨河道作為腳手架立柱支點(diǎn)，但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查勘察及測(cè)量，跨度達(dá)18m，在經(jīng)濟(jì)可行的情況下，難以獲得承載能力滿足要求的材料作承載縱梁。

本項(xiàng)目開(kāi)創(chuàng)了新思路，采取在河床軟弱地層中打設(shè)鋼管樁作為支架承載結(jié)構(gòu)，具體施工方案如下。

①在河床軟弱地層內(nèi)打入？準(zhǔn)50×8mm鋼管樁作為支架的承載結(jié)構(gòu)。鋼管樁橫橋向每4m設(shè)一根，腳手架搭設(shè)寬度設(shè)計(jì)為20m，橫橋向每排鋼管樁打設(shè)數(shù)量為6根。沿橋梁縱向的排距為2m，共設(shè)9排。鋼管樁深入地基下持力層不少于3.0m，以確保承載滿足要求施工要求。②在鋼管樁頂設(shè)置厚2cm的60cm×60cm封頭鋼板，同排封頭板頂面標(biāo)高要一致，在封頭板上沿橋橫向擺放2I45a工字鋼作為承載橫梁，承載橫梁上再縱向擺放[22a槽鋼作為腳手架鋼管立柱的墊梁，墊梁的排距與腳手架立桿的排距相對(duì)應(yīng)，鋼管立柱下端設(shè)置底座，底座則支墊在[22a槽鋼墊梁上。③因本項(xiàng)目鋼地勢(shì)高差較大，作為腳手架承載結(jié)構(gòu)的鋼管樁頂面標(biāo)高沿橋縱向設(shè)置成2個(gè)不同標(biāo)高的臺(tái)階，以順應(yīng)地形變化，節(jié)約鋼管樁的用鋼量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

鋼管樁設(shè)置如圖2、圖3所示。

2.3 臨時(shí)通車(chē)門(mén)洞設(shè)計(jì)

連續(xù)箱梁第4跨上跨當(dāng)?shù)毓罚┕て陂g需保持道路的正常通行，經(jīng)與相關(guān)路政管理部門(mén)進(jìn)行協(xié)調(diào)，采取在滿堂腳手架下設(shè)置臨時(shí)通車(chē)門(mén)洞的方案，門(mén)洞按左右幅行車(chē)道分開(kāi)設(shè)置，每個(gè)門(mén)洞凈寬4m，凈高不得低于4.5m。

臨時(shí)通車(chē)門(mén)洞兩側(cè)支墩通常采用鋼管柱制作，但鋼管柱需消耗較多鋼材，使用后的鋼管柱基本難以在下一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用，故施工成本高。考慮到本項(xiàng)目既有材料庫(kù)存有足夠數(shù)量萬(wàn)能桿件，萬(wàn)能桿件拼裝簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)、組合形式靈活多樣、施工成本低，本項(xiàng)目采用萬(wàn)能桿件作通車(chē)門(mén)洞的支墩。

萬(wàn)能桿件支墩基礎(chǔ)采用C20混凝土，尺寸為20.6m×2.6m×1.2m（長(zhǎng)×寬×高），在立桿頂部安置N21支承靴，支承靴上擺放2I25a工字鋼橫梁，橫梁上為I56a工字鋼縱向承重梁，設(shè)置間距為1.0m?？v向承重梁上擺放間距為0.6m的[25a槽鋼作為其上鋼管腳手架立柱的支撐墊梁，墊梁擺放位置與立桿位置相對(duì)應(yīng)。臨時(shí)通車(chē)門(mén)洞如圖4所示。

3 ?搭設(shè)施工質(zhì)量控制關(guān)鍵

3.1 材料選用及質(zhì)量要求

支架主體采用？準(zhǔn)48×3.5mm建筑鋼管，施工時(shí)需使用適合設(shè)計(jì)要求，合格廠家生產(chǎn)，并有相應(yīng)合格證的管材及扣件，管材兩側(cè)的端口要切割光滑、平齊。盡量選用新出廠的鋼管及扣件，嚴(yán)禁使用過(guò)度變形、有裂紋、鍛造缺陷或嚴(yán)重銹蝕的扣件及鋼管，并對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料涂刷防銹漆進(jìn)行防護(hù)。

對(duì)扣件，特別是舊扣件需進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，不得有裂紋、氣孔、砂眼及明顯變形等質(zhì)量問(wèn)題，清換滑絲的螺栓，并對(duì)扣件采取防銹等保護(hù)措施。

3.2 搭設(shè)順序及搭設(shè)方法

①測(cè)設(shè)連續(xù)箱梁的投影中線，確定支架立柱設(shè)置位置，在砼墊層上彈線并標(biāo)識(shí)立柱擺放位置，按設(shè)計(jì)位置安放跨河處及通行門(mén)洞上的[25a槽鋼墊梁。②支架的搭設(shè)從橋臺(tái)或是交界墩一側(cè)開(kāi)始，在橋臺(tái)側(cè)或是交界墩旁搭設(shè)第1排立桿，架立好立桿后，要及時(shí)按規(guī)范要求施做掃地桿及第1步水平桿，掃地桿距立桿下端不得超過(guò)20cm。③隨著支架向上搭設(shè)，同步設(shè)置及接長(zhǎng)剪刀撐。立桿頂部設(shè)置可調(diào)頂托，以便對(duì)底模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。④支架的搭設(shè)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案及規(guī)范要求進(jìn)行施工，嚴(yán)格控制搭設(shè)質(zhì)量及立桿垂直度，并經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下步施工。

3.3 支架堆載預(yù)壓

支架搭設(shè)完成，外模拼裝調(diào)整完成后即可進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。荷載按設(shè)計(jì)梁體重量的120%加載預(yù)壓，預(yù)壓采用砂袋加載，以便在施工中消除支架非彈性、測(cè)定彈性變形，荷載加載過(guò)程主要是模擬施工過(guò)程，盡量做到與施工過(guò)程荷載施加情況相符。

卸載次序與加載次序相反，即按加載的反向次序依次卸載，并要避免偏壓失穩(wěn)的不安全狀況出現(xiàn)，對(duì)各沉降變形觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及記錄，通過(guò)沉降及變形測(cè)量值計(jì)算出支架在施工荷載的作用下產(chǎn)生的彈性變形量與殘余變形量。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料中對(duì)梁縱向預(yù)拱、反拱的設(shè)置數(shù)據(jù)及按預(yù)壓所得的支架系統(tǒng)變形值進(jìn)行每個(gè)支承斷面的計(jì)算值，調(diào)節(jié)梁底主梁方木下的頂托，以達(dá)到預(yù)拱度的設(shè)置要求。

確保箱梁頂面標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。在完成第1跨梁體的澆筑后，進(jìn)行施工完成的梁體變形值實(shí)測(cè)，修正后進(jìn)行第2跨梁體上拱度值的調(diào)整，逐跨修正調(diào)整，以達(dá)到最佳狀態(tài)。

4 ?滿堂支架及通道支撐受力檢算

4.1 荷載取值

①連續(xù)箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面混凝土面積為9.70m3，其混凝土自重按均布荷載作用于支架上，其作用面積按梁底計(jì)算，鋼筋砼自重取26kN/m3，則連續(xù)箱梁混凝土自重產(chǎn)生的均布荷載為9.7×26/10.8=23.4kN/m2。②澆筑混凝土?xí)r的人員及機(jī)具對(duì)支架產(chǎn)生的荷載：1.5kN/m2。③澆筑混凝土產(chǎn)生的沖擊及振搗荷載：2kN/m2。④箱梁模板及支撐的自重荷載：2.5kN/m2。

則支架承受的上部荷載為23.4+1.5+2+2.5=29.4N/m2。

4.2 支架鋼管立柱

支架采用扣件式建筑鋼管，其截面特征為：外徑=48mm，壁厚=3.5mm，A=489mm2，rx=1.58cm，[δ]=205MPa。

箱梁下部立桿的布置縱橫間距為60cm，立桿最大搭設(shè)高度為12m，單根立桿底部截面承受的支架自重荷載經(jīng)計(jì)算為1.2kN。

則單根立桿承受的最大軸向壓力為1.2+29.4×0.6×0.6=11.8kN

支架步距為120cm，則立桿鋼管長(zhǎng)細(xì)比λ=l/rx=120/1.58=76<150，查表得立桿承受軸向壓力的穩(wěn)定系數(shù)Φ為0.744。則：

[N]=0.744×489×10-6×205×106=74582N=74.582kN>N=11.8kN

4.3 鋼管樁

每根鋼管樁立柱承受的上部荷載面積為4.0m×2.0m，經(jīng)計(jì)算，單根鋼管樁承受的軸向壓力為276.3kN。

鋼管樁均為Ф50×8mm螺旋鋼管。有：

A=π（5002-4842）/4=12359mm2

Iz=π（5004-4844）/64=3.74×108mm4

iz=（Iz/A）1/2=173.9mm

鋼管樁最大自由長(zhǎng)度為4m，μ值按1.0。有：

λ=μL/i=1.0×4000/173.9=23.0，查表得？準(zhǔn)=0.96

σ=N/？準(zhǔn)A=（276.3×103）/（0.96×3936×10-6）=73.1MPa<[σ]=180MPa。

4.4 鋼管樁上的2I45a承重梁

I45a工字鋼截面特性：每米80.4kg，A=102cm2，W=1430cm3。

2I40a工字鋼按受均布線性荷載，跨度為4m的三跨連續(xù)梁進(jìn)行檢算，經(jīng)計(jì)算q=74.9kN/m。進(jìn)而計(jì)算得Mmax=119.8kN·m，Qmax=179.8kN。

σ=（119.8×103）/（2×1430×10-6）=41.9MPa<[σ]=180MPa

τ=（179.8×103）/（2×102×10-4）=8.8MPa<[τ]=125MPa

4.5 跨河處[22a槽鋼墊梁

[22a槽鋼截面特性：每米24.99kg，A=31.84cm2，W=217.6cm3。

[22a槽鋼按受均布線性荷載，跨度為2m的三跨連續(xù)梁進(jìn)行檢算，經(jīng)計(jì)算得q=20.0kN/m，進(jìn)而計(jì)算得Mmax=8.0kN·m，Qmax=24.0kN。

σ=（8.0×103）/（217.6×10-6）=36.8MPa<[σ]=180MPa

τ=（24.0×103）/（31.84×10-4）=7.5MPa<[τ]=125MPa

4.6 萬(wàn)能桿件支墩承載驗(yàn)算

通車(chē)門(mén)洞中間支墩承受的荷載為最大，承受面積為10.8m×7.3m的上部均布荷載，上部均布荷載經(jīng)計(jì)算得37.6kN/m2。

則中間萬(wàn)能桿件支墩承受的全部荷載為：

37.6×10.8×7.3=2964.4kN。

通車(chē)門(mén)洞的萬(wàn)能桿件每處立桿為雙拼N1桿件，查相關(guān)資料得每個(gè)雙拼N1桿件立柱可承受709.1kN的軸向壓力。中間支墩在連續(xù)梁下共設(shè)有16個(gè)立柱，則可承受的總軸向壓力為：

[P]=709.1×16=11345.6kN>2964.4kN

4.7 通車(chē)門(mén)洞處縱向I56a工字鋼承重梁

I56a工字鋼力學(xué)參數(shù)：[σ]=181MPa，W=2324.3cm3，A=135.25cm3，每米106.2kg，E=206GPa。

通車(chē)門(mén)洞I56a工字鋼縱梁的跨度為5.2m，間距100cm，將其簡(jiǎn)化成受線性均布荷載作用的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計(jì)算。均布荷載q=37.6kN/m2。

Mmax=ql2/8=37.6×5.22/8=127.1kN·m

σ=M/W=127.1×106/2324.3=54.7<[σ]=180MPa

Qmax=37.6×5.2/2=97.8kN

故τmax=Qmax/A=97.8/135.25×10-4=72.3MPa<[τ]=125MPa

4.8 通車(chē)門(mén)洞處[25a槽鋼墊梁

通車(chē)門(mén)洞處[22a槽鋼墊梁承受荷載線性荷載的大小與通車(chē)門(mén)洞處跨河處[22a槽鋼墊梁相同，但跨度僅為1m，其承載能力可滿足要求。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于現(xiàn)澆施工的支架而言，穩(wěn)固、承載能力達(dá)到要求的地基無(wú)疑是支架是否安全可靠的關(guān)鍵所在，如果地基承載能力不足，則很容易出現(xiàn)質(zhì)量和安全事故。故進(jìn)行支架設(shè)計(jì)及施工時(shí)，首先需確保支架搭設(shè)在具有良好承載能力的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)上。本項(xiàng)目采用打設(shè)鋼管樁將支架荷載傳遞至軟弱地質(zhì)下的持力層，及采用萬(wàn)能桿件設(shè)置道路通行門(mén)洞，實(shí)踐證明是安全可靠的，且經(jīng)濟(jì)可行。希望以上施工新技術(shù)及措施給予同仁帶來(lái)借鑒意義。

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