支架現(xiàn)澆梁施工工藝分析

姜強(qiáng)基 JIANG Qiang-ji

（中國中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安710000）

1 工程概況

項(xiàng)目起點(diǎn)長樂市古槐鎮(zhèn)前塘村，通過前塘樞紐互通與福州繞城公路東南段、長平高速公路相連，經(jīng)長樂市羅聯(lián)鄉(xiāng)、福清陽下街道、龍山街道、?？阪?zhèn)、龍?zhí)镦?zhèn)、跨東港至江陰鎮(zhèn)，終于江陰鎮(zhèn)莊前村，通過莊前樞紐互通與漁平高速公路、江陰疏港支線相連，線路長40.238公里。主線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里，路基寬度33.5m。本標(biāo)段現(xiàn)澆連續(xù)梁共計(jì)27聯(lián)，本文就其中有代表性的莊前互通主線2號(hào)橋第七聯(lián)，為（臨時(shí)支墩+鋼梁組合）形式進(jìn)行論述。

2 現(xiàn)澆箱梁支撐結(jié)構(gòu)布置及搭設(shè)要求

主線2號(hào)橋第七聯(lián)，本聯(lián)跨度組合為42m+47m+39m，標(biāo)準(zhǔn)斷面梁高2.6m，24#墩橫梁處梁高3m，均為本標(biāo)段最高梁高，貝雷梁最大跨度為本標(biāo)段現(xiàn)澆梁貝雷梁支架最大跨度12m。腹板下設(shè)置4片貝雷梁，箱室及翼板下設(shè)置2片貝雷梁。貝雷梁下為雙拼40b工字鋼橫梁，下邊立柱為530mm×8mm鋼管，鋼管下方設(shè)置1.5m×1.5m×0.5m混凝土預(yù)制塊。主線2#橋第七聯(lián)支架受力為2m以上梁高支架最不利受力情況?，F(xiàn)澆箱梁內(nèi)模支撐采用鋼管支架支撐，橫桿使用十字扣件與立桿相連接，立桿采用底托及頂托進(jìn)行調(diào)節(jié)標(biāo)高。立桿頂橫橋向設(shè)10×10cm方木骨架，間距90cm，方木骨架上縱向鋪10×10cm方木頂板間距40cm，腹板間距30cm；模板采用厚15mm的優(yōu)質(zhì)竹膠合板，腹板采用Φ48鋼管做為橫肋，用φ16鋼筋作為拉桿進(jìn)行加固。內(nèi)模支撐立桿橫向間距最大不得超過120cm，縱向間距為90cm，橫桿步距最大不得超過120cm。

3 主線左幅第七聯(lián)現(xiàn)澆梁支架驗(yàn)算

根據(jù)本聯(lián)現(xiàn)澆箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在施工過程中將涉及到以下荷載形式，同等3m梁高截面，支架布置同此梁，則其余梁高驗(yàn)算不再綴敘：①q1——箱梁自重荷載，新澆混凝土密度取2600kg/m3。②q2——箱梁內(nèi)模、底模、內(nèi)模支撐及外模支撐荷載，按均布荷載計(jì)算，經(jīng)計(jì)算取q2＝1.0kPa（偏于安全）。③q3——施工人員、施工材料和機(jī)具荷載，按均布荷載計(jì)算，當(dāng)計(jì)算模板及其下肋條時(shí)取2.5kPa；當(dāng)計(jì)算肋條下的梁時(shí)取1.5kPa；當(dāng)計(jì)算支架立柱及替他承載構(gòu)件時(shí)取1.0kPa。④q4——振搗混凝土產(chǎn)生的荷載，對底板取2.0kPa，對側(cè)板取4.0kPa，計(jì)算支架立柱時(shí)，可采用1.0kN/m2。⑤q5——新澆混凝土對側(cè)模的壓力。⑥q6——傾倒混凝土產(chǎn)生的水平荷載，取2.0kPa。⑦q7——支架自重，經(jīng)計(jì)算支架在不同布置形式時(shí)其自重如表1所示。

表1 滿堂鋼管支架自重

3.1 荷載組合

表2 模板、支架設(shè)計(jì)計(jì)算荷載組合

3.2 荷載分項(xiàng)系數(shù)取值

荷載分項(xiàng)系數(shù)取值根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T-50-2011）實(shí)施手冊表5-34取值。

3.3 荷載計(jì)算

箱梁自重q1計(jì)算：

根據(jù)跨主線現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們?nèi)〗孛鎴D一（標(biāo)準(zhǔn)斷面）代表截面進(jìn)行箱梁自重計(jì)算，并對代表截面下的支架體系進(jìn)行檢算，首先分別進(jìn)行自重計(jì)算。

表3 荷載分項(xiàng)系數(shù)取值

①標(biāo)準(zhǔn)斷面處q1計(jì)算。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面

標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面處底板空心箱室處

②橫梁斷面（圖2）處q1計(jì)算。

圖2 橫梁段橫斷面

③翼板下q1計(jì)算。

翼板平均厚度0.315m

④頂板q1計(jì)算。

頂板厚度0.25m

4 結(jié)構(gòu)檢算

4.1 箱梁翼緣板下鋼管頂托橫梁驗(yàn)算

本施工方案中翼緣板下鋼管架頂托上橫梁采用10#工字鋼單層布設(shè)，間距為0.9m，按橫橋向跨徑0.9m連續(xù)梁來計(jì)算：

①10#工字鋼截面特性。

截面抵抗矩：W=49cm3

截面慣性矩：I=245cm4

截面面積:A=14.33cm2

容許抗彎應(yīng)力：[σ]=160MPa

彈性模量：E=2.05×105MPa

②彎拉應(yīng)力驗(yàn)算。

線荷載為：

作用在橫梁上的集中荷載為：P=51.984/10*0.9=4.679kN；跨中最大彎矩：M=PL/4=4.679*0.9/4=1.053kN.m；

橫梁彎拉應(yīng)力：σ=M/W=1.053×103/49=21.5MPa＜[σ]=160MPa

橫梁彎拉應(yīng)力滿足要求。

③撓度驗(yàn)算。

橫梁撓度：f=Pl3/48EI=4.679*0.93/48*2.05*108*245*10-8=1.41mm＜L/400=1.5mm

綜上，橫梁受力滿足要求。

4.2 貝雷梁上I14工字鋼驗(yàn)算

本施工方案中貝雷梁上部橫梁采用I14#工字鋼單層布設(shè)，間距為0.9m，按橫橋向跨徑0.9m連續(xù)梁來計(jì)算：

14#工字鋼截面特性：

截面抵抗矩：W=101.7cm3

截面慣性矩：I=712cm4

截面面積：A=21.5cm2

容許抗彎應(yīng)力：[σ]=215MPa

彈性模量：E=2.05×105MPa

彎拉應(yīng)力驗(yàn)算：

線荷載為q=[1.2（q1+q2）+1.4（q3+q4）]×B=[1.2（13+1.0）+1.4（2.5+2）]×4=92.4kN/m

作用在橫梁上的集中荷載為：

跨中最大彎矩：M=PL/4=12.29*1.33/4=4.09kN.m

橫梁彎拉應(yīng)力：σ=M/W=4.09×103/101.7=40.2MPa＜[σ]=145MPa，橫梁彎拉應(yīng)力滿足要求。

撓度驗(yàn)算：

橫梁撓度：f=Pl3/48EI=12.29*1.333/48*2.05*108*712*10-8=0.41mm＜L/400=3.3mm

綜上，橫梁受力滿足要求。

4.3 貝雷架支架體系驗(yàn)算

支墩頂安裝2根40a工字鋼作為分配梁，分配梁上橫向鋪設(shè)貝雷梁；每組貝雷片采用標(biāo)準(zhǔn)支撐架進(jìn)行連接。支墩采用Φ530mm*8mm鋼管立柱，擱置在砼預(yù)制塊上，立柱頂、底部均與鋼板焊接，為提高支墩的穩(wěn)定性，在各排支墩鋼管之間縱向橫向均設(shè)置槽鋼連接。

①貝雷梁驗(yàn)算。

單片貝雷梁的技術(shù)參數(shù)：

首先根據(jù)縱梁的位置對箱梁劃定區(qū)間：單側(cè)翼板面積：A1=0.42m2；單側(cè)邊腹板面積為：A2=2.95m2；箱室頂?shù)装迕娣e為：A3=1.0m2；中腹板面積為：A4=3.53m2。

1）腹板下貝雷梁驗(yàn)算。

計(jì)算荷載q=[1.2×（26×3.53+1+9×0.1+2.94）+1.4×（2.5+4）]×0.9=111.46kN/m

中腹板下選用4排單層貝雷桁架片，單片計(jì)算荷載為111.46/4+1.2=29.07kN/m

本橋貝雷桁架最大跨度為12m，按3跨連續(xù)梁計(jì)算。

腹板下最大彎矩為：Mmax=0.1×ql2=0.1×29.07×122=418.6kN·m＜788.2kN·m滿足要求。

腹板下單片貝雷梁最大剪力為：

撓度=7.8mm＜12000/400=30mm

撓度滿足要求。

2）箱室下貝雷梁驗(yàn)算。

線荷載：中腹板下選用2排單層貝雷桁架片，單片計(jì)算荷載為44.04/2+1.2=23.22kN/m

本橋貝雷桁架最大跨度為12m，按3跨連續(xù)梁計(jì)算。

最大彎矩為：

彎矩滿足要求。

最大剪力為：

剪力滿足要求。

最大撓度為：

撓度滿足要求。

②40a#工字鋼驗(yàn)算。

貝雷梁傳遞到縱橋向40a#工字鋼的作用力以整體箱梁來分析受力。40a#工字鋼自重為0.66kN/m2，截面抵抗矩W=1085.7cm3，截面慣性矩I=21714cm4，半截面面積矩S=631.2cm3，截面面積A=86.07cm2，腹板厚度d=10.5mm。

單跨混凝土方量：

梁砼重：100.8×26（/15.7m×12m）=13.9kN/m2

線荷載：

橫向間隔2.04m設(shè)置7根鋼管立柱，計(jì)算40a#工字鋼時(shí)按五等跨連續(xù)梁進(jìn)行力學(xué)性能分析。

40a#工字鋼最大彎矩：

彎曲強(qiáng)度：

40a#工字鋼承受最大剪力為：

40a#工字鋼承受最大剪力強(qiáng)度為：

滿足要求。

工字鋼跨中最大撓度為：

撓度滿足要求。

③鋼管支墩強(qiáng)度驗(yàn)算。

由40a#工字鋼剪力圖可知，最大支座反力為：

（加上了鋼管立柱自重）

Ф530×8mm鋼管考慮到銹蝕情況，計(jì)算鋼管壁厚取6mm。鋼管立柱下端與80cm×80cm×1.2cm鋼板連接，立柱上下各布置一道剪力撐。

長細(xì)比：

查表鋼管軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)得：φ=0.678

抗壓強(qiáng)度：

穩(wěn)定強(qiáng)度：

強(qiáng)度滿足要求。

④立桿底座和地基承載力計(jì)算。

鋼管樁下沿橋梁軸線走向設(shè)置混凝土條形預(yù)制砼塊基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)寬1.5，高0.5m，長1.5m，配備必要構(gòu)造鋼筋和吊點(diǎn)。

鋼管樁底部混凝土承壓取面積為A=2205.06cm2

樁底混凝土受壓

滿足要求。

混凝土條形基礎(chǔ)一部分位于現(xiàn)有道路上，從下至上結(jié)構(gòu)層為粘土+50cm水穩(wěn)+16cm瀝青混凝土+混凝土條基；部分條形基礎(chǔ)位于回填土上面，從下至上結(jié)構(gòu)層依次為分層回填粘土+20cm厚C30混凝土+條形基礎(chǔ)：

1）原有道路基地承載力驗(yàn)算。

基底有效受力面積（基底按45°擴(kuò)散）：a=1.5+（0.16+0.5）×2=2.82m；b=1.5+（0.16+0.5）×2=2.82m；A=a×b=2.82×2.82=7.95m2

基地承載力σ=N/A=（589.04+2.6×1.5×1.5×0.5）kN/7.95m2=74.46kPa；查詢地質(zhì)報(bào)告，粘土6-1層，地基承載力為205kPa，滿足要求。

2）承臺(tái)、泥漿池回填區(qū)地基承載力驗(yàn)算。

基底有效受力面積（基底按45°擴(kuò)散）：a=1.5+（0.2）×2=1.9m；b=1.5+0.2×2=1.9m；A=a×b=1.9×1.9=3.61m2

基地承載力σ=N/A=[589.04+2.6×（1.5×1.5×0.5+1.9×1.9×0.2）]kN/3.61m2=164.5kPa

為確保安全，承臺(tái)、泥漿池等軟基回填時(shí)，必須分層碾壓密實(shí)，每層夯實(shí)后利用輕型動(dòng)力觸探儀對土體進(jìn)行承載力檢測，承載力不低于200kPa。

以上對支架現(xiàn)澆梁（臨時(shí)支墩+鋼梁組合）形式進(jìn)行了簡要分析及總結(jié)，通過對相應(yīng)工程例案進(jìn)行分析，并對支架施工從上至下進(jìn)行了力學(xué)分析以及驗(yàn)算，可以清晰的掌握支架現(xiàn)澆箱梁施工的受力分布情況，并要求我們在施工過程中對受力較大及應(yīng)力集中部位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施作。該施工方法臨時(shí)支墩受力較集中，對地基承載力要求較高，因此施工前一定要嚴(yán)格進(jìn)行驗(yàn)算，調(diào)查清楚地質(zhì)資料，看是否有溶洞、地下管線等洞穴，一定要妥善處理，同時(shí)該施工方法存在大量的吊裝作業(yè)，因此安全風(fēng)險(xiǎn)較高，需要制定嚴(yán)格的安全防范措施，但是該方法對地勢起伏大，存在一些障礙物時(shí)具有一定優(yōu)勢，因此也廣泛應(yīng)用到施工當(dāng)中。