連續(xù)梁0號塊現(xiàn)澆支撐系統(tǒng)設計及施工研究

賀新勝

摘 要：0號塊為連續(xù)梁中結(jié)構最復雜、砼數(shù)量最大的節(jié)段，0號塊的施工質(zhì)量對其它節(jié)段的施工質(zhì)量及線型影響很大。本文結(jié)合作者的施工實踐，闡述了連續(xù)梁0號塊模板支撐系統(tǒng)的結(jié)構形式的比選。并對本項目所采用鋼管立柱支撐系統(tǒng)的設計要點、預壓方法及承載驗算進行了詳細闡述。

關鍵詞：連續(xù)剛構；0號塊；鋼管柱支撐；承載檢算

中圖分類號：U445.466 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0121-03

0號塊為連續(xù)梁采用懸臂灌注施工的起始段，是后序其余掛籃現(xiàn)澆節(jié)段施工的基準，是確保連續(xù)梁懸臂灌注質(zhì)量的關鍵。0號塊的施工質(zhì)量對其它節(jié)段的施工質(zhì)量及線型影響很大。同時0號塊為連續(xù)梁中結(jié)構最復雜、砼數(shù)量最大的節(jié)段。更是對其模板支撐系統(tǒng)的承載能力、剛度及安全穩(wěn)定性提出了更高的要求，同時還要考慮其施工的簡便性及經(jīng)濟性。

本項目0號塊現(xiàn)澆施工中，設計了承載能力強，剛度大，安全穩(wěn)定性好且施工簡便的鋼管柱模板支撐系統(tǒng)。以期能給其它類似項目的支架設計一些啟示。

1 工程概況

***項目****大橋的中心里程為DK36+603，橋梁孔跨布置為1×24+3×32+（48+64+48）m連續(xù)箱梁+7×32m，橋梁全長511.326m。

主跨連續(xù)箱梁采用變截面單箱單室型式，箱梁的橋面寬度為9.3m，箱梁底部寬4.8m，梁底板厚度由主墩處的70cm按二次拋物線為漸變至現(xiàn)澆直線段的30cm；0號塊腹板厚度為70cm，直線段為35cm，中間其它節(jié)段按直線漸變。

連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂法施工，0號段長度為10m，主墩高度均為8.6m，采用矩形實體橋墩。

2 箱梁0號塊現(xiàn)澆支撐方案選擇

2.1 箱梁0號塊模板的幾種支撐方案比較

0號塊砼采取一次全高澆筑。

本項目提出了鋼管滿堂支架、墩頂牛腿托架及鋼管柱支撐等三種支撐類型。施工前從技術可行性、施工安全及經(jīng)濟效率等各方面進行對比評估，以選出最優(yōu)方案，對比結(jié)果如下。

2.1.1 鋼管滿堂支架

優(yōu)點：施工難度低，材料來源廣泛，施工操作簡單，不需要大型機械設備。

缺點：滿堂鋼管支架需要租用大量的鋼管及扣件，租賃費用較大；支架規(guī)模大，需要的勞力多，施工工期長；支架沉降量大；承載能力較差，其穩(wěn)定性難以保證。

工程造價：71.3萬元。

2.1.2 墩頂牛腿托架

優(yōu)點：施工難度較低，施工操作簡單，承載能力較強，使用的材料較少，成本較低。

缺點：但托架構件通常要采用焊接方式施工，焊接質(zhì)量難以保證，存在安全隱患。

工程造價：49.6萬元。

2.1.3 鋼管柱支撐

優(yōu)點：結(jié)構簡單，受力明確，支撐承載能力強，質(zhì)量容易控制。

缺點：施工現(xiàn)場需要具有長鋼管柱的運輸及吊裝條件，施工難度相對較大。

預算造價：52.7萬元。

2.1.4 最終選用的支架方案

經(jīng)對以上三種方案進行綜合比選。以是否能夠確保0號段現(xiàn)澆的施工安全及施工質(zhì)量為評估重點，并充分考慮經(jīng)濟效益及施工簡便等因素。

最終選用了鋼管柱支撐的方案。施工荷載由大尺寸的鋼管柱承載并傳遞至穩(wěn)固的承臺上。具有承載能力強、沉降低、安全穩(wěn)固等特點，較其它兩種方案而言，雖然造價不是最低，但在確保施工安全、施工質(zhì)量方面具有更大優(yōu)勢，故成為本項目選擇用的施工方案。

2.2 支撐系統(tǒng)具體實施方案

2.2.1 0#塊的支架形式

連續(xù)梁0號塊的施工采用鋼管柱支撐現(xiàn)澆法。鋼管柱支撐為落地形式，在承臺上設置鋼管柱的落地支點。

因要求0號塊全斷面一次性澆筑完成，故支撐系統(tǒng)的鋼管立柱、縱向分配梁、橫梁的強度和剛度要達到施工要求，按一次性澆筑完成的荷載值進行結(jié)構設計。

0號塊支撐系統(tǒng)由12根φ63×1.2cm鋼管柱作為結(jié)構及承載主體。鋼管柱上再鋪設工字鋼縱向分配梁、橫梁等組成支撐系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)結(jié)構布置見圖1、圖2所示。

2.2.2 立柱

鋼管立柱的布置數(shù)量、位置根據(jù)橋墩及0號塊的結(jié)構尺寸，荷載分布情況，便于施工等各方面進行綜合考慮，并對承載情況進行驗算。經(jīng)優(yōu)化后最終采用的立柱設計方案如下。

支架結(jié)構主體由12根φ63×1.2cm鋼管立柱構成，鋼管立柱高度為7.7m，對稱布置在橋墩前后兩側(cè)，每側(cè)設置垂直于橋梁中心線的2排鋼管立柱，每排3根鋼管立柱。同排立柱間的中心距為2.0m，兩排立桿的排距為2.0m。近橋墩的最里排立柱中心線距橋墩邊緣的距離為0.5m。

進行承臺施工時，按照鋼管立柱的布設方案，在承臺相應位置處預埋連接鋼管立柱的地腳螺栓，地腳螺栓要埋設準確，用全站儀進行復核。并采取加固措施，以確保在承臺砼澆筑時地腳螺栓不移位。

鋼管立柱安裝時用全站儀控制垂直度，以保證支撐結(jié)構有效承載。

在鋼管立柱的中部位置設置1道立柱間、立柱與砼墩身間的縱橫向聯(lián)桿，并聯(lián)結(jié)牢固，聯(lián)桿采用[20槽鋼制作。聯(lián)桿使鋼管立柱系統(tǒng)形成整體穩(wěn)定的格構式空間結(jié)構。且因立柱為軸向受壓長桿件，設置了中間縱橫向聯(lián)桿，相當于增加了約束，降低了立柱軸向受壓失穩(wěn)的風險。

2.2.3 縱向分配梁、橫梁和卸落裝置的設置

鋼管立柱上端設置封頭板，封頭板上放置砂箱作為卸落裝置，并進行鎖定牢固；砂箱上放置順橋向的雙拼I36b工字鋼作為縱向分配梁?？v向分配梁上按40cm間距擺放I25b工字鋼橫梁，橫梁上按50cm間距放置型鋼三角架，以形成箱梁底模的斜度。

2.2.4 支架變形控制

支撐采用鋼管柱及工字鋼等大剛度材料組成，且所有支撐承受的荷載均傳遞給承臺，而承臺不會產(chǎn)生沉降，因此支架鋼度大，總變形量小。鋼管立柱最大彈性變形經(jīng)計算為1.1mm。各構件節(jié)點間隙變形根據(jù)類似工程經(jīng)驗取值為16mm。

在支架搭設及立模施工時，根據(jù)彈性變形值加節(jié)點間隙變形值的估算值，先預留支架沉落量15mm（以減少支架預壓后模板標高調(diào)整幅度），支架預壓后再依據(jù)實測得的支架變形值，重新調(diào)整模板面標高。

3 支撐系統(tǒng)加載預壓試驗

3.1 支架預壓的目的

為檢驗0號塊支撐系統(tǒng)的強度和安全性，檢驗其質(zhì)量是否達到設計要求。清除支撐系統(tǒng)的非彈性變形，獲取彈性變形參數(shù)，為0號塊立模預留沉落量提供可靠依據(jù)，保證0號塊施工質(zhì)量和安全。

3.2 預壓方法

3.2.1 預壓方式及預壓荷載值

支撐系統(tǒng)搭設及底模鋪設完成后，全面復核的支架平面位置、頂面標高及預留沉落量。全面檢查支架安裝的穩(wěn)定、整體及安全性。符合支架設計方案及規(guī)范的要求后進行支架堆載預壓。

采用砂袋+鋼材作為預壓的荷載，按砼澆筑時的荷載工況對支撐系統(tǒng)及模板進行配重預壓。預壓配重按0號塊砼自重的1.2倍。本項目的預壓配重值為1.2×2×36.6×10=878.4t（橋墩頂部由固定支座及臨時支座承載的0號塊砼不需預壓，僅計算兩側(cè)懸臂段砼數(shù)量。）

3.2.2 預壓分級及觀測點設置

按預壓配重值的0→40%→70%→100%→70%→40%→0進行加載及卸載。配重的砂袋和鋼材利用塔吊提升至0號塊底模上。先吊放砂袋再吊鋼材。

沉落量觀測點設置在砂箱位置對應的底模上，預壓前后及每級加載、卸載后對測點標高進行量測并記錄。堆載速度及沉落量觀測頻率等嚴格按照規(guī)范要求進行。

3.2.3 預壓后的數(shù)據(jù)處理

支架彈性變形值=卸載后高程一預壓完成后高程；

支架非彈性變形值=加載前底板高程一卸載后高程。

根據(jù)觀測記錄，計算得：

5號墩支架平均彈性變形值1.3mm，平均非彈性變形值17.5mm。

6號墩支架平均彈性變形值1.5mm，平均非彈性變形值15.6mm。

根據(jù)量測的計算結(jié)果對箱梁底模板標高進行調(diào)整，因立模時已預留了合適的沉落量，再次調(diào)整模板標高值很?。ɑ臼菈|高幾個毫米內(nèi)，底模預留沉落量取值15mm合理可行。），調(diào)整主要采用薄鐵板墊高。

4 主要構件的檢算

4.1 鋼管立柱的檢算

φ63×1.2cm鋼管立柱為螺旋鋼管。

經(jīng)對支撐系統(tǒng)分析可知，壓桿穩(wěn)定性決定鋼管立柱的承載能力。

0號塊單側(cè)懸臂段砼量為36.6m3，按容重2.6t/m3，重量為95.2t，其它荷載（鋼筋砼自重，人員、機具、材料荷載，砼振搗荷載，模板支架荷載）經(jīng)計算為64.8kN，以上載全部由6根鋼管立柱承受，考慮1.2不均衡系數(shù)，則單根鋼管立柱承受的最大荷載為：

F=1.2（95.2×10+64.8）/6=203.36kN

鋼管立柱高度L0=770cm，其截面回轉(zhuǎn)半徑r=9.98。

鋼管立柱按一端固定支座，一端鉸支座，壓桿長取0.7L0，則長細比：

λ=0.7L0/r=54

查表得穩(wěn)定系數(shù)：Ф=0.88，則：

[N]=ФA[σ0]=0.88×232.86×180=3688.5kN>Fmax=203.36KN

4.2 I25b工字鋼橫梁檢算

單側(cè)橫梁由8根I25b工字風組成，間距為40cm。按最不利荷載全部由橫梁承受。將工字鋼橫梁簡化成受均布線性荷載作用，跨度為2m的簡支梁進行承載檢算。

4.2.1 荷載組合

荷載包括以下幾部分：

鋼筋砼自重為（36.6×10）/（3×4.8）=25.4kPa。

施工人員、施工設備、材料等行走、運輸及堆放荷載取2KPa。

砼振搗作用于支架的荷載取2kPa。

模板及縱梁等自重荷載取2.5kPa。

按以上組合計算得縱梁承受的線性荷載：

q=（25.4+2+2+2.5）×0.4=12.8kN/m。

4.2.2 受力分析

I25b工字鋼力學參數(shù)：A=53.5cm2；W=422.72cm3；Ix=5283cm4；E=2.1×1011Pa；[σ0]=180MPa。

Mmax=ql2/8=12.8×22/8=6.4kN.m

бmax=Mmax/W=（6.4×103）/422.72=15.1MPa<[σ0]=180MPa

fmax=5ql4/384EI=2.4mm

4.3 I36a工字鋼縱向分配梁檢算

單側(cè)縱梁共由4根I36a組成。按最不利荷載全部由4根縱梁承受。將工字鋼縱梁簡化成受均布線性荷載作用，跨度為2m的簡支梁進行承載檢算。

4.3.1 縱梁由2I36b組成

荷載組合同橫梁，計算得縱梁承受的線性荷載：

q=（25.4+2+2+2.5）×（3/4）=23.9kN/m。

4.3.2 受力分析計算結(jié)果

I36b工字鋼力學參數(shù)：A=76.3cm2；W=875cm3；Ix=15760cm4；E=2.1×1011Pa；[σ0]=180MPa。

Mmax=ql2/8=23.9×22/8=12.0kN.m

бmax=Mmax/W=（12.0×103）/875=13.7MPa<[σ0]=180MPa

fmax=5ql4/384EI=1.5mm

符合要求。

5 結(jié)語

（1）綜合考慮技術、質(zhì)量、安全及效益等各方面的因素，并根據(jù)結(jié)構物尺寸及荷載分布情況確定0號塊支撐的結(jié)構形式，是確保所設計的支撐方案經(jīng)濟、合理及安全的關鍵。

（2）在支架搭設完成后，須進行支架的預壓，一方面是為模板預拱度的設置提供依據(jù)。更為重要的是通過預壓檢驗支架的安全性及可靠性，及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，確保施工安全及施工質(zhì)量。

參考文獻

[1]朱傳娣.大跨高墩連續(xù)剛構橋0號塊托架法施工技術[J].混凝土與水泥制品，2009（04）.

[2]向中富.澆筑連續(xù)梁0號及1號塊支架施工技術[J].鐵道建筑技術，2004（04）.

[3]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.