結(jié)構(gòu)復雜、大尺寸0號段支架現(xiàn)澆施工技術(shù)研究

阮必勝

摘要：連續(xù)梁掛籃懸澆時，0號段作為最先澆筑的基準節(jié)段，對后期懸澆節(jié)段的線形控制影響較大，且0號段具有結(jié)構(gòu)復雜、大尺寸、施工技術(shù)要求高等特點，故如何設(shè)計具有滿足承載要求、安全穩(wěn)定性好的模板支撐系統(tǒng)為連續(xù)梁懸澆施工的重難點。本文結(jié)合了廣佛環(huán)城際東平水道特大橋主跨（96+176+96）m連續(xù)箱梁，闡述了結(jié)構(gòu)復雜、大尺寸0號段的模板支撐系統(tǒng)的設(shè)計方法、施工關(guān)鍵技術(shù)、預(yù)壓技術(shù)及結(jié)構(gòu)承載驗算方法，本橋的順利完工證明了該支撐系統(tǒng)設(shè)計的科學性，其安全穩(wěn)定性及剛度能滿足施工要求。

Abstract： When the continuous beam hanging basket is suspended， the 0# section is the first reference section for casting， which has a great influence on the linear control of the later suspended section. The 0# section has the characteristics of complex structure， large size and high construction technical requirements， so how to design a template support system with load bearing requirements， safety and stability is a difficult point for continuous beam suspension construction. This paper combines the main span （96+176+96） m continuous box girder of the Guangfo Ring Intercity Dongping Waterway Special Bridge， and expounds the design method， key construction technology， preloading technology and structure bearing verification method of the template support system with complex structure and large size 0# section. The successful completion of the bridge proves the scientific design of the support system， and its safety， stability and rigidity can meet the construction requirements.

關(guān)鍵詞：0號段;大尺寸;模板支撐設(shè)計;落地式支架;鋼管立柱;承載驗算

Key words： 0# segment;large size;template support design;floor-standing bracket;steel pipe column;bearing verification

中圖分類號：U445.466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）29-0161-04

0? 引言

對于采用懸臂灌注法施工連續(xù)梁時，首先澆注的0號段施工是技術(shù)關(guān)鍵，0號段作為連續(xù)梁的最初基礎(chǔ)節(jié)段，對后序其余節(jié)段的線形控制影響很大。且0號段通常結(jié)構(gòu)復雜、外形尺寸大、處于橋墩頂部的高空中。故其模板支撐體系具有大荷載的承受能力、對體系的穩(wěn)定安全性要求高、施工難度點等特點，往往是橋梁工程施工的重難點項目。特別地是隨著技術(shù)的進步，跨越深谷、大江河及其他大城市構(gòu)造物的連續(xù)梁跨度越來越大，隨之0號段的結(jié)構(gòu)尺寸、墩高更趨于增大，無疑對0號段模板支撐體系的技術(shù)、安全要求更高。本文以東平水道特大橋結(jié)構(gòu)復雜、大尺寸的0號段施工為例，詳細闡述了0號模板支撐體的設(shè)計方案及施工關(guān)鍵。

1? 工程概況

廣佛環(huán)城際東平水道特大橋主橋-斜拉橋里程范圍為DK10+094.69～DK10+465.09，全長370.4m。斜拉橋主跨跨越東平水道，東平水道屬北江水系，規(guī)劃Ⅱ級航道。主橋總體設(shè)計為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋，孔跨布置為（96+176+96）m，采用塔梁固結(jié)、墩梁分離的結(jié)構(gòu)體系，主梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。橋塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜拉索采用扇形布置。

斜拉橋設(shè)計標準為：城際鐵路，雙線無砟軌道，線間距4.4m，速度目標值200km/h，位于直線上，縱坡0%。主橋箱梁0號梁段長12m，橋面寬17.7m，梁底寬15.7m，梁體中心線處梁高9.6m。0號段截面中心處設(shè)置橫隔墻，橫隔墻厚度3m，橫隔墻上設(shè)置寬度1m高度1.6m的過人洞，具體尺寸如圖1所示。

2? 連續(xù)梁0號段模板支撐體系的設(shè)計

模板支撐體系主要是作為0號段澆注時的施工平臺及所有施工荷載的支撐結(jié)構(gòu);同時還能夠承受掛籃懸澆時連續(xù)梁兩側(cè)產(chǎn)生的部分不平衡彎矩，確保節(jié)段懸澆時，連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的整體安全。

2.1 支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點，0號塊的支撐系統(tǒng)通常分成適合低墩的落地形式和適合高墩的墩頂懸挑形式。因本項目0號段尺寸大，懸挑長，經(jīng)進行懸挑式方案的預(yù)設(shè)計，表明滿足設(shè)計承載要求的懸挑式方案需耗費大量的型鋼等材料，經(jīng)濟上不合理;且型鋼構(gòu)件間需大量采用焊接連接，不僅技術(shù)要求高，且施工質(zhì)量控制難度大，故安全風險高。

本項目墩高為15.5m，具有搭設(shè)落地支架的條件，故最終選擇采用落地式支架。

2.2 支架的設(shè)計思路

為降低施工難度和安全風險，確保施工質(zhì)量，0號段分兩次澆筑，第一次澆筑4.4m高，第二次澆筑5.2m高。根據(jù)分兩次澆筑0號段混凝土的方案，相應(yīng)進行支架設(shè)計。

2.2.1 支架立柱材料選擇

如采用建筑鋼管式落地式滿堂支架，部分支架立柱支點需落在第一層基礎(chǔ)上，則支架搭高度達19m。且本項目作為支架支點基礎(chǔ)頂面標高低于施工水位，支架使用時間長，圍堰滲水對支架安全穩(wěn)定性影響很大，故建筑鋼管式滿堂支架不是較佳選擇。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟及施工便利性等多方面比選，并進行方案創(chuàng)新及優(yōu)化，最終決定0號塊懸出橋墩部分采用4根直徑90cm，厚8mm的鋼管作支撐。鋼管之間采用I14的工字鋼做剪刀撐連接，并用I20工字鋼將鋼管與墩身預(yù)埋件連接。

設(shè)置截面1.5m×1.5m砼墩作為鋼管支墩，支墩支撐在基礎(chǔ)上并伸出地面（支墩頂面標高3.75m）。支撐系統(tǒng)架立完成后回填基坑，橋下以作為施工的良好場地。

2.2.2 橫向分配梁

鋼管頂上設(shè)置3榀H588型鋼作為橫向分配梁，H型鋼是截面面積相比工字鋼分配更加優(yōu)化、強重比更加合理的經(jīng)濟斷面高效型材。橫向分配梁的頂面高程與橋墩頂帽高程相同。

2.2.3 縱向分配梁

橫向分配梁上部安放縱梁，縱梁由13根H588型鋼組成，尺寸間距如圖4所示。底板縱梁一側(cè)搭設(shè)在頂帽上（縱梁與混凝土接觸部位加墊30×30×2cm鋼板），另一側(cè)搭設(shè)在橫向分配梁上并焊接固定。縱梁上縱向安放楔形塊，楔形塊頂面與0號段懸挑斜面部分平行，楔形塊由貝雷花架加工而成。支架其它尺寸詳見圖2、圖3、圖4。

2.2.4 底模及模板安裝固定措施

斜坡段采用定制鋼模，鋼模鋪設(shè)在楔形桁架上，調(diào)整標高后采用不同厚度的鋼板將模板與桁架之間的空隙填塞密實并焊接固定，以確保澆搗砼時不發(fā)生松動。且在預(yù)壓完成后對底板標高進行校正。

3? 支架預(yù)壓

支座和支架安裝完畢后鋪設(shè)底模，底模安裝完畢后采用1m×1m×1m砼預(yù)制塊預(yù)壓。支架預(yù)壓按0號塊第一次澆筑砼的最大施工荷載1.1倍計算，支架預(yù)壓前布置好變形觀測點，通過預(yù)壓以消除支架的非彈性變形，并觀測彈性變形量。

預(yù)壓加載按60%、100%、110%分三級加載，各級加載靜停1h后再進行支架變形觀測，之后每隔6h監(jiān)測記錄各監(jiān)測點的位移量，當相鄰兩次監(jiān)測位移平均值之差不大于2mm時，方可進行后續(xù)加載。全部預(yù)壓荷載施加完成后，間隔6h監(jiān)測記錄各監(jiān)測點的位移量;當連續(xù)12h監(jiān)測位移平均值之差不大于2mm時，即可卸除預(yù)壓荷載。

4? 橋梁0號段支撐體系承載驗算

4.1 Q235鋼材承載驗算力學性能取值

①抗拉、抗壓和抗彎強度：[σ]=215MPa;

②抗剪強度：[τ]=125MPa;

③彈性模量：E=206GPa。

4.2 荷載取值

①恒載。

恒載主要含0號段自身重量、模板及支架重量。材料恒載取值如下。

0號段容重：26kN/m3。

模板及支架重量：1.5kN/m2。

②活載。

來自混凝土澆注時的沖擊活載：2.0kN/m2。

來自混凝土振搗時的振動活載：2.0kN/m2。

人員、機具及材料在施工時產(chǎn)生的荷載：2.5kN/m2。

4.3 計算0號段鋼筋混凝土荷載分布情況

因0號段分兩次澆筑，第一次澆筑4.4m高，故本項目僅需按第一次澆筑4.4m高的荷載進行承載檢算。0號段懸臂長度按3.5m計算，因懸臂端為變截面，以懸臂初始的砼橫截面面積為最大，故本項目以初始砼橫截面面積進行支架的承載驗算，結(jié)果趨于安全。

荷載組合按：1.2×（恒載）+1.4×（活載），同時考慮1.2的不均衡系數(shù)。經(jīng)計算，0號段計算截面的荷載（包括了上述所有恒載、活載）分布見圖5。

4.4 縱梁H588型鋼

縱梁采用H588型鋼設(shè)置，其材料特性如下：

截面積A=192.5cm2

抗彎模量：W=4020cm3

慣性矩I=118000cm4

按受均布線性荷載的簡支梁進行檢算，梁跨按3.5m。計算結(jié)果詳見表1。

根據(jù)計算結(jié)果，拉壓應(yīng)力驗算結(jié)果均小于215MPa，剪應(yīng)力驗算結(jié)果均小于12.5MPa，變形撓度均小于8.75，所以H588型鋼強度和剛度均滿足要求。

4.5 橫梁H588型鋼

橫梁H588型鋼承載驗算見圖6。

由圖6可得橫梁承受的最大彎矩為Mmax=229.03kN·m，則單根橫梁有：

σ=Mmax/W=（229.03×1000）/（4020×3）=19.0MPa<[σ]=180MPa

由圖6可得橫梁承受的最大剪力為Qmax= 332.96kN，則單根橫梁有：

τ=Qmax/A=（332.96×10）/（192.55×3）=5.76MPa<[τ]=125MPa

fmax=1.3mm

4.6 0號段鋼管樁驗算

由圖6可知，橫梁支點最大反力為523.5kN，鋼管樁所受的橫梁傳遞的最大軸力壓力為N=523.5kN。鋼管柱自重及上部的H588型鋼縱、橫梁重量荷載經(jīng)計算得48kN。則鋼管樁承受的最大軸向壓力為523.5+48=571.5kN。

Φ900×8mm鋼管樁截面A為：

A=π（D2-d2）/4=3.14×（9002-8842）/4=22407.0mm2

則鋼管樁的強度：

σ=N/A=（571.5×103）/22407=25.5MPa<215MPa

鋼管樁強度滿足要求。

4.7 鋼管樁穩(wěn)定性驗算

鋼管樁長度因數(shù)？滋=1.0，鋼管長度取l=10.96m。

計算長度l0=？滋1=1×10.96=10.96m

鋼管柱采用焊接制作，為b類構(gòu)件，查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》可得鋼管柱的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)？準=0.919。

鋼管立柱軸心受壓穩(wěn)定性驗算：

σ=N/？準A=（571.5*1000）/（0.919*22407）=27.8MPa<215MPa

因此，本項目所采用的支撐系統(tǒng)的承載強度、安全穩(wěn)定性均滿足施工要求。

5? 結(jié)束語

①支撐系統(tǒng)設(shè)計時，需綜合各種影響因素，確定支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，然后根據(jù)荷載分布及結(jié)構(gòu)特點，選擇支撐系統(tǒng)各承載構(gòu)件所采用的材料，并對支撐結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化，以達到技術(shù)可行、安全穩(wěn)定及經(jīng)濟合理的目標。

②支撐系統(tǒng)設(shè)計時，需對托架的各承載結(jié)構(gòu)進行承載驗算，承載驗算需全面考慮各種荷載的作用情況，并合理進行荷載組合，確保計算結(jié)果符合實際，并準確。

③進行0號段混凝土澆筑前，須對支撐系統(tǒng)采取預(yù)壓措施，在消除支架的非彈性變形的同時，測設(shè)得支架的彈性變形量，以為確立底模支立標高提供依據(jù)。

參考文獻：

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