市政工程現(xiàn)澆箱梁支架驗(yàn)算及施工技術(shù)

段 鋒

(中鐵二十局集團(tuán)六公司，陜西西安 710032)

1 工程概述

本立交工程主橋采用支架現(xiàn)澆后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，下部結(jié)構(gòu)為鉆孔樁基礎(chǔ)、花瓶形墩。第一聯(lián)與第三聯(lián)采用等截面連續(xù)箱梁，梁高1.4 m，第二聯(lián)采用1.4 m ～2.3 m，梁高按照二次拋物線變化。全橋采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，采用弧形外腹板，施工工藝復(fù)雜。

2 現(xiàn)澆箱梁

2.1 支架的搭設(shè)設(shè)計(jì)

連續(xù)箱梁支架搭設(shè)采用滿堂支架搭設(shè)。預(yù)先設(shè)計(jì)立桿間距隔板處間距0.6 m ×0.6 m，腹板間距 0.6 m ×0.9 m，其余 0.9 m ×0.9 m(具體見示意圖1)，橫桿步距1.2 m;考慮到后澆段張拉完成后，支架需要抵抗梁端支點(diǎn)反力，在后澆段對支架進(jìn)行加強(qiáng)，間距0.3 m×0.6 m，橫桿步距0.6 m。支架上設(shè)頂托，沿頂托方向鋪一層10 cm×15 cm的方木，間距同支架間距，其上鋪設(shè)10×10方木，腹板、隔板間距20 cm，其余間距25 cm，在方木上鋪底模，如圖1所示。

圖1 支架橫斷面

2.2 支架方案驗(yàn)算

2.2.1 荷載分析

1)因鋼筋含筋率大于2%，鋼筋混凝土容重按26 kN/m3計(jì)算，鋼筋混凝土自重:

翼板部分:混凝土平均厚度為 (0.2+0.463)/2=0.332 m，0.332 ×26=8.632 kN/m2。

箱室的頂、底板部分:第一、三聯(lián)混凝土厚度為0.22+0.20=0.42 m;第二聯(lián)最大混凝土厚度 0.22+0.5=0.72 m。

第一、三聯(lián):0.42 ×26=10.92 kN/m2。

第二聯(lián)頂?shù)装寮雍穸温?0.72 ×26=18.72 kN/m2。

第一、三聯(lián)腹板、橫隔板部分:混凝土厚度最大為1.4 m，1.4 m ×26 kN/m3=36.4 kN/m2。

第二聯(lián)腹板、橫隔板部分:混凝土厚度最大為2.3 m，2.3 m×26 kN/m3=59.8 kN/m2。

2)模板、支架自重:2.5 kN/m2。

3)活載:沖擊荷載:2.0 kN/m2;

人員、機(jī)具荷載:1.0 kN/m2;

傾倒混凝土及振動(dòng)荷載:2.0 kN/m2。

4)荷載組合:

恒載:

a.翼板部分:q1=1.2 × (8.632+2.5)=13.36 kN/m2;

b.第一、三聯(lián)頂、底板部分:q2=1.2 × (10.92+2.5)=16.10 kN/m2;

第二聯(lián)頂、底板部分:q2=1.2 ×(18.72+2.5)=25.46 kN/m2;

c.第一、三聯(lián)腹板、橫隔板部分:q3=1.2 × (36.4+2.5)=46.68 kN/m2;

d.第二聯(lián)腹板、橫隔板部分:q3=1.2 × (59.8+2.5)=74.76 kN/m2。

活載:1.4 ×(2+1+2)=7 kN/m2。

2.2.2 模板計(jì)算

取梁高最大處第二聯(lián)頂、底板部分進(jìn)行計(jì)算:

箱梁模板采用膠合板，厚15 mm。

模板以寬度1 m為計(jì)算單元，計(jì)算跨徑為0.25 m。

模板最大均布荷載:q=(25.46+7)×1=32.46 kN/m;

模板按簡支計(jì)算跨中彎矩:M=qL2/8=32.46×0.252/8=0.254 kN·m;

模板需要的抵抗矩:W=M/［δ］=0.254/(15 ×103)=1.69 ×10－5m3;

根據(jù)W計(jì)算模板厚度 h:h=(6×W/b)1/2=(6×1.69×10－5/1)1/2=0.01 m;

實(shí)際采用0.015 m厚，符合要求。

撓度驗(yàn)算:

I=bh3/12=1 ×0.0153/12=2.81 ×10－7m4;

f=5qL4/(384EI)=5×32.46×0.254/(384×15 ×106×2.81 ×10－7)=4 ×10－4m ＜L/400=0.2/400=5 ×10－4m;

底模剛度符合要求。

撓度驗(yàn)算:

I=bh3/12=1 ×0.0153/12=2.81 ×10－7m4。

f=5qL4/(384EI)=5 ×81.76 ×0.24/(384 ×15 ×106×2.81 ×10－7)=4 ×10－4m ＜L/400=0.2/400=5 ×10－4m。

底模剛度符合要求。

2.2.3 方木計(jì)算

1)縱向方木驗(yàn)算:

a.縱向方木隔板、腹板、頂?shù)装寮雍穸?跨徑0.9 m，間距0.20 m);

縱向方木每米荷載:q=(74.76+7)kN/m2×0.2 m=16.35 kN/m;

縱向按跨中最大彎矩:M= qL2/8=16.35×0.92/8=1.66 kN·m;

需要縱向方木抵抗矩:W=M/［δ］=1.66/(11 ×103)=15.1 ×10－5m3;

則:h=(6 ×W/b)1/2=(6 ×15.1 ×10－5/0.1)1/2=9 cm;

實(shí)際采用h=10 cm，符合要求。

根據(jù)選定截面尺寸，核算其撓度(按四等跨受力計(jì)算):

I=bh3/12=0.1 ×0.13/12=8.3 ×10－6m4;

f=0.632qL4/100EI=0.632 ×16.35 ×0.64/(100 ×11 ×106×8.3 ×10－6)=1.4 mm ＜ L/400=1.5 mm;

剛度符合要求。

b.一般斷面(取最不利頂?shù)装?，跨?0.9 m，0.25 m)，通過計(jì)算剛度符合要求。

c.翼板處跨徑為0.9 m，顯然滿足要求。

2)橫向方木驗(yàn)算:

a.取最不利處，即腹板、橫隔板處進(jìn)行驗(yàn)算(跨徑0.6 m)。

第一、三聯(lián):

橫向方木縱向每米荷載:q=(46.68+7)kN/m2×0.6 m=32.2 kN/m;

橫向方木按簡支計(jì)算跨中彎矩:M=qL2/8=32.2×0.62/8=1.45 kN·m;

需要橫向方木抵抗矩:W=M/［δ］=1.45/(11 ×103)=1.32 ×10－4m3;

橫向方木寬度b=10 cm，則:h=(6×W/b)1/2=(6×1.32×10－4/0.1)1/2=8.9 ×10－2m;

實(shí)際采用h=15 cm，符合要求。

根據(jù)選定截面尺寸，核算其撓度:

I=bh3/12=0.1 ×0.153/12=2.8 ×10－5m4;

f=5qL4/384EI=5 ×32.2 ×0.64/(384 ×11 ×106×2.8 ×10－5)=0.2 ×10－3m=0.2 mm ＜ L/400=1.5 mm;

剛度符合要求。

第二聯(lián)，通過計(jì)算剛度符合要求。

一般斷面(箱梁頂?shù)装蹇鐝?.9 m)通過計(jì)算剛度符合要求。

b.翼緣板橫向方木顯然能夠達(dá)到施工要求。

3)支架立桿受力計(jì)算:

第一、三聯(lián)橫隔板、腹板處 N=(46.68+7)×0.6×0.9=24.2 kN;

第二聯(lián)橫腹板處 N=(74.76+7)×0.6 ×0.6=29.43 kN(橫隔板荷載由主墩承受)。

在箱室處 N=(16.10+7)×0.9 ×0.9=18.71 kN;

在翼板處 N=(13.36+7)×0.9 ×0.9=16.49 kN。

腹板處支架為三排立桿，橫桿步距1.2 m。查表φ48×3.5立柱的力學(xué)，步距為1.2 m時(shí)，立桿允許設(shè)計(jì)荷載33.1 kN，最大立桿荷載安全系數(shù) γ =33.1/29.33=1.13。

強(qiáng)度驗(yàn)算:σ=N/An=29.43×103/(489×10－6)=60.18 MPa ＜f/γR=210/1.2=175 MPa。

剛度驗(yàn)算:λmax=(L0/i)max=1.2/［(4.82+4.12)/4］1/2=38.1 ＜［λ］=150，滿足要求。

2.2.4 剪刀撐布置

為保證支架整體性受力，擬布設(shè)橫向貫通剪刀撐，間距4.5 m;縱向剪刀撐5道，邊腹板、中腹板及支架兩側(cè)貫通布置，剪刀撐鋼管與支架立桿相交處全部采用活動(dòng)扣件連接。剪刀撐與地面夾角45°左右，剪刀撐鋼管連接搭接長度1 m，采用4個(gè)活動(dòng)扣件連接，兩側(cè)預(yù)留防滑段15 cm～20 cm，嚴(yán)禁采用接頭扣件代替活動(dòng)扣件連接。

2.3 弧形外腹板

2.3.1 特制工字鋼及支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

弧形外腹板側(cè)模采用特制工字鋼、方木、0.9 cm厚優(yōu)質(zhì)竹膠板組合模板，具體為特制工字鋼(特制工字鋼間距同支架間距)上鋪設(shè)10×10方木，間距20 cm，為保證曲線線形，下邊圓弧處方木滿布。方木上鋪設(shè)0.9 cm厚優(yōu)質(zhì)竹膠板。第一、三聯(lián)及第二聯(lián)1.4 m等高段采用如圖2所示支撐系統(tǒng)進(jìn)行加固，第二聯(lián)變高段增加斜撐一道。特制工字鋼為厚度5 mm，寬度5 cm～10 cm鋼板，依據(jù)設(shè)計(jì)放大樣焊接而成，加工示意圖見圖2。

圖2 弧形外腹板處支撐示意圖

2.3.2 受力計(jì)算

此處選取具有代表性的第一、二、三聯(lián)梁高為1.4 m，特制工字鋼間距為0.9 m;第二聯(lián)梁高為2.3 m處特制工字鋼間距0.6 m進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算模板，方木，工字鋼側(cè)壓力剛度等均符合要求(此處略去計(jì)算過程)。

3 水預(yù)壓

預(yù)壓方式采用水預(yù)壓。因?yàn)閳龅鬲M窄，砂袋裝卸和堆碼不易操作，采用水的預(yù)壓，水的加載卸載方便快速，加水重量易于控制，在施工中得到了良好的效果。根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)將其分為若干單元格，采用膠合板后背方木作為預(yù)壓單元格分割擋板，箱梁模板及擋板上鋪設(shè)防水板或優(yōu)質(zhì)塑料隔水層，根據(jù)結(jié)構(gòu)混凝土高度的2.6倍進(jìn)行注水，注水時(shí)按照設(shè)計(jì)重量進(jìn)行，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測記錄。

4 結(jié)語

此項(xiàng)工程的實(shí)施，我們采用三項(xiàng)措施:1)通過應(yīng)力驗(yàn)算免除地基處理環(huán)節(jié)在既有道路上搭設(shè)支架施工;2)通過創(chuàng)新施工技術(shù)采用自制工字鋼和柔性膠合板施工弧形外腹板現(xiàn)澆箱梁;3)通過實(shí)施水的預(yù)壓支架方案環(huán)節(jié)節(jié)約了工期。給我們啟示:在車輛和行人夾道的市政工程施工中，要在保證安全和質(zhì)量的前提下，按期高效的施工，就必須在技術(shù)方案和施工技術(shù)上下功夫;同時(shí)也說明只有在技術(shù)上下功夫，我們的工期，質(zhì)量，安全和效益才能有飛躍和提高的潛力。

［1］JTJ 041，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.第2版.北京:人民交通出版社，2008.

［3］JTG B01，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］李國雄.淺析混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.國外建材科技，2006，27(3):65-68.

［5］JTG/T 322-2008.公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范(中華人民共和國行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn))［S］.