預應力現澆箱梁滿堂支架施工技術

【摘要】 碗扣式鋼管支架是目前橋梁施工特別是現澆梁施工中仍然廣泛應用的一種支架方式。現澆預應力混凝土箱梁采用滿堂碗扣式鋼管支架，并進行了各項檢算，闡明支架施工工藝流程和主要施工方法。

【關鍵詞】 箱梁橋 碗扣式支架 設計 施工 支架驗算

Abstract:Bowl steel bracket is a stent still widely used in currently bridge construc-

tion， especially in the construction. Cast-in-situ prestressed concrete box adopts the full bowl steel bracket and calculate the inspection. This paper explains the con-struction process and main construction method.

1.工程簡介

錦美大橋位于晉江市錦美村跨越雙內公路，本橋左幅橋橋跨布置20.0+(38.52+38.00+35.6)+(20.07+20.08)m，右幅橋橋跨布置(20.0+19.99)+(35.40+38.00+38.30)+19.92m。該橋第一、三聯為預應力混凝土T梁，簡支橋面連續結構，基本跨徑20m;第二聯為預應力連續箱梁橋。等高度箱梁斷面采用單箱單室結構，主梁梁高2.1米，直腹板，箱梁懸臂長度為1.8米，頂板厚25厘米，腹板寬50～70厘米。箱梁通過調整頂底板坡度來實現橋面單向橫坡，腹板始終保持豎直方向，箱梁各個截面尺寸不隨橫坡變化。

2.方案設計

2.1支架方案的確定

對于工程量大、工期短、材料一次性投入大、左右幅又需同時施工的預應力現澆箱梁，如果采用貝雷梁支撐、墩上采用軍用梁做支架等辦法都無法滿足有限的資金和施工工期的要求。因此在對現澆梁施工方案進行全面的經濟、技術測算后，確認在加固地基處理，同時滿足箱梁施工荷載要求的前提下，采用滿堂碗扣(鋼管Φ48)支架合理而且安全可靠。

2.2滿堂支架地基處理

根據橋梁施工現場情況，碗扣支架搭設前，必須對既有地基進行處理。

2.2.1軟土地基處理

對地表松散浮土，首先清除后，將地表整平用壓路機碾壓密實，壓實度達到90%以上，首先鋪設15cm碎石墊層，然后澆筑15cm厚C15混凝土，地基硬化處理寬度至橋面寬約1-2米，做出2%-4%橫坡，并略高出原地面3cm不受雨水浸泡。

2.2.2溝塘地基處理

在針對原橋附近存在溝塘的處理，首先采用挖除於質土，進行拋石擠淤，換填透水性材料;分層回填，分層夯實至高出原路面頂10cm，后澆筑15cm厚C15混凝土，地基硬化處理寬度至橋面寬約1-2米;同時做出2%-4%橫坡，并略高出原地面3cm不受雨水浸泡。

在處理過的地基范圍內挖設50×50cm的排水溝，排水溝與路線外側的道路的自然排水溝連通，將雨水引進排水溝，防止雨水浸泡地基，造成地基不均勻沉降，引起支架失穩，出現安全隱患。

2.3 支架方案設計

如現澆箱梁為單箱單室室箱梁，支撐方式采用滿堂式碗扣支架。碗扣支架采用WDJ式支架，架桿外徑4.8cm，壁厚0.35cm，內徑4.1cm。支架順橋向縱向間距1.2m，橫隔板處縱向間距0.6m，橫橋向箱梁地板處橫向間距梁底為0.9m和腹板底為0.6m，翼緣板底為1.2m，縱橫水平桿豎向間距1.2m。考慮支架的整體穩定性，在縱橫向布置斜向鋼管剪力撐。

2.4擬定支架方案驗算

箱梁底模、側模及內模均采用δ=15 mm的竹膠板。竹膠板容許應力 [σ0]=11MPa，彈性模量E=0.1x105MPa。

縱向大方采用A-1東北落葉松，截面尺寸為12x15cm。截面參數和材料力學性能指標:

W= bh2/6=0.12x0.152/6=4.5x10-4m3

I= bh3/12=0.12x0.153/12=3.37x10-5m4

橫向小方采用A-1東北落葉松，截面尺寸為8x10cm。截面參數和材料力學性能指標:

截面抵抗矩:W= bh2/6=0.080x0.12/6=1.33x10-4m3

截面慣性矩:I= bh3/12=0.080x0.103/12

=6.67x10-6m4

方木的力學性能指標按《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》(JTJ025-86)取值，則:

[σ0]=12MPa，E=9x103MPa，容重6kN/m3。

縱橫向方木布置:縱向方木間距一般為90cm，在腹板下為60cm，端、中橫隔梁下為60cm。橫向方木間距一般為30cm，在腹板和端、中橫隔梁及變截面過渡段下為20cm。

采用碗扣支架，碗扣支架鋼管為φ48、t=3.5mm，材質為A3鋼，軸向容許應力[σ0]=140 MPa。詳細數據可查下表。

碗扣支架立、橫桿布置:一般布置為立桿橫、縱向間距為(90x120)cm，腹板下為(60x60)cm、端、中橫梁下立桿縱、橫向間距為60x60cm。橫桿除頂、底部步距為60cm外，其余橫桿步距為120cm。支架頂口和底口分別設置頂托和底托。

2.4.1中橫梁、端橫梁下支架檢算

荷載分析(支架立桿橫、縱間距(60x60)cm)

碗扣式支架鋼管自重，可按表1查取。

中橫梁梁高2.1m，鋼筋砼容重按26kN/m3計算則:

梁自重荷載:26 kN/m3x2.1m =54.6KPa

模板自重(含內模、側模及支架)以砼自重的5%計，則:54.6kPa x0.05=2.73kPa

施工人員、施工料具堆放、運輸荷載: 2.0kPa。

傾倒混凝土時產生的沖擊荷載: 2.0kPa。

振搗混凝土產生的荷載: 2.5kPa。

方木:取7.5KN/m3。

荷載組合

計算強度:q=1.2x(54.6+2.73)+1.4x(2+

2+2.5)=77.896kPa。

2.4.1.1底模檢算

底模采用δ=15 mm的竹膠板，竹膠板方木背肋間距L=20cm 的8x10cm橫向方木上，所以驗算模板強度采用寬b=20cm平面竹膠板。

竹膠板(δ=15 mm)截面參數及材料力學性能指標:

截面抵抗矩:W=bh2/6=0.2x0.0152/6=

7.5x10-6m3

截面慣性矩:I=bh3/12=0.2x0.0153/12=

5.625x10-8m4

竹膠板容許應力[σ]=11.0MPa，E=9x103MPa

承載力檢算:

強度:

底模板均布荷載:F=1.2x(54.6+2.73)+

1.4x(2+2+2.5)=77.896KPa

q=Fxb=77.896x0.2=15.579KN/m

跨中最大彎矩:Mmax=ql2/10=15.578x

0.2x0.2/10=0.0623kN·m。

σmax=Mmax /W=0.0623x10-3/7.5x10-6=8.307MPa<[σ0]= 11MPa 合格。

撓度:從竹膠板下方木背肋布置可知，竹膠板可看作多跨等跨連續梁，按三等跨均布荷載作用在連續梁進行計算，計算公式為:

f=ql4/(150EI)=(15.579x0.24)/(150x9x

106x5.625x10-8)=0.3mm<[f0]=200/400=0.5mm合格。

2.4.1.2橫向方木檢算

橫向方木擱置于間距60cm的縱向方木上，橫向方木規格為8cm x10cm，橫向方木亦按連續梁考慮。

荷載組合:

q1=(1.2x(54.6+2.73)x0.2+1.4x(2.0+2.0

+2.5)x0.2+6x0.08x0.1=15.627kN/m

承載力計算:

強度:

跨中最大彎矩:Mmax=q12/8=15.627x

0.62/8=0.703kN·m

σmax=Mmax /W=0.703/1.33x10-4=5.28MPa

<[σ0]=12MPa 合格。

撓度:

荷載: q=1.2x(54.6+2.73)x0.2= 13.759kN/m

f=5ql4/(384EI)=5x13.759x0.604/(384x9x

106x6.67x10-6)=0.39mm<[f0]=600/400=1.5mm合格。

2.4.1.3縱向方木檢算

縱向方木規格為12x15cm，中橫隔梁下立桿縱向間距為60cm。縱向方木按簡支梁考慮，計算跨徑為60cm。

截面抵抗矩:W= bh2/6=0.12x0.152/6

=4.5x10-4m3

截面慣性矩:I= bh3/12=0.12x0.153/12

=3.375x10-5m4

0.6m長縱梁上承擔3根橫梁重量為:0.08x0.1x0.6x7.5x3=0.108kN

橫梁施加在縱梁上的均布荷載為:0.108÷0.6=0.18kN/m

作用在縱梁上的均布荷載為:q=77.896x0.6+0.18=46.918kN/m

跨中最大彎矩:M=ql2/8=46.918x0.62/8

=2.11kN/m

所以σmax=Mmax /W=2.11x103/4.5x10-4

=5.623MPa<[σ0]= 12MPa 合格

撓度

f=5ql4/(384EI)=5x46.918x0.604/(384x9x

106x2.81x10-5)=0.26mm<[f0]=600/400=1.5mm 合格。

綜上所述:中橫梁、端橫梁處支架驗算符合施工要求。

2.4.1.4支架立桿計算

每根立桿所承受的豎向力按其所支撐面積內的荷載計算，忽略方木自重不計，則縱向方木傳遞的集中力(按(60x60)cm計算):

P1=(54.6+2.73+(2.0+2.0+2.5))x0.6x0.6 =22.979kN

因支架最大高度為4.5m，安全起見碗扣鋼管按4.5m計算其自重為:

g=4.5x0.0594=0.267kN

單根立桿所承受的最大豎向力為:

N=22.979+0.267=23.246kN

立桿穩定性:

橫桿豎向步距按1.2m計算時，立桿數豎向可承受的最大豎直荷載[N]=30 kN。

所以N=23.246kN <[N] =30 kN 合格

強度驗算:

σa=N/Aji=23.246x1000/489=47.54MPa

< [σa]=140 MPa 合格

2.4.1.5地基承載力計算

因支架底部通過底托(底調鋼板為7cmx7cm)座落在原有水泥混凝土路面上，另外承臺基坑嚴格按規范和標準分層夯填，頂部澆筑15cmC15砼，因此基底承載力至少可以達到15 MPa。

因此σmax=N/A=23.246x103/0.072=3.2MPa<15 MPa滿足要求。

2.4.2腹板梁支架檢算

腹板梁(支架立桿橫、縱間距(60x60)cm)驗算同中橫梁、端橫梁下支架檢算，在此不再驗證。

2.4.3箱梁頂、底板變截面處支架檢算

箱梁頂底板厚度均為45cm情況下支架橫、縱間距按(90x120)cm。

2.4.3.1底模檢算

底模采用δ=15 mm的竹膠板，竹膠板方木背肋間距L=30cm 的8x10cm橫向方木上，所以驗算模板強度采用寬b=30cm平面竹膠板。

竹膠板(δ=15 mm)截面參數及材料力學性能指標:

截面抵抗矩:W=bh2/6=0.30x0.0152/6

=1.125x10-6m3

截面慣性矩:I=bh3/12=0.30x0.0153/12

=8.44x10-8m4

竹膠板容許應力[σ]=11.0MPa，E=9x103MPa

承載力檢算:

強度:

底模板均布荷載:

F=(1.2x(26x0.9+26x0.9x0.05)+1.4x(2.0+2.0

+2.5))x0.3+6x0.08x0.1=11.62kPa

q=Fxb=11.62x0.3=3.487kN/m

跨中最大彎矩:Mmax=ql2/8=3.487x0.3x0.3/8

=0.0313kN·m

σmax=Mmax /W=0.0313/1.125x10-5=2.78MPa

<[σ0]= 11MPa 合格。

撓度:從竹膠板下方木背肋布置可知，竹膠板可看作多跨等跨連續梁，按三等跨均布荷載作用在連續梁進行計算，計算公式為:

f=ql4/(150EI)=(11.62x0.24)/(150x9x

106x8.44x10-8)=0.16mm<[f0]=300/400=0.75mm 合格。

2.4.3.2橫向方木檢算

橫向方木擱置于間距120cm的縱向方木上，橫向方木亦按連續梁考慮。

荷載組合:

q1=(1.2x(26x0.9+26x0.9x0.05)+1.4x(2.0+2.0

+2.5))x0.3+6x0.08x0.1=11.623kN/m

承載力計算:

強度:

Mmax=ql2/8=11.623x1.22/8=2.09kNm

σmax=Mmax /W=2.09x106/11.25x105

=1.86MPa<[σ0]=12 MPa 合格

撓度:

荷載: q=1.2x(26x0.9+26x0.9x0.05)x0.2=

5.90kN/m

f=5ql4/(384EI)=5x5.9x1.24/(384x9x106x

8.44x10-6)=2.09mm<[f0]=1200/400=3.0mm合格。

2.4.3.3縱向方木檢算

縱向方木規格為12x15cm，立桿縱向間距為60cm。縱向方木亦按簡支梁考慮，計算跨徑為60cm。由前面梁高為2.1m，縱向方木按60cm跨徑進行檢算滿足要求，因此此處縱向方木肯定滿足要求，不再進行檢算。

2.4.3.4支架立桿計算

每根立桿所承受的豎向力按其所支撐面積內的荷載計算，忽略橫向方木自重不計，則縱向方木傳遞的集中力(按(90x120)cm計算):

P1=(26x0.9+26x0.9x0.05+2.0+2.0+2.5)x0.9x0.6+0.09x0.6=16.83kN

安全起見滿堂式碗扣支架按4.5米高計，其自重為:

g=4.5x0.0594=0.267KN

單根立桿所承受的最大豎向力為:

N=16.83+0.267=17.097 kN <[N] =30 kN 合格。

2.4.4箱梁頂、底板標準斷面處支架驗算

箱梁頂底板厚度均為25cm情況下支架橫、縱間距按(90x120)cm;

由前面計算可知底模及橫向方木滿足要求不需再進行檢算。

2.4.4.1縱向方木檢算

縱向方木規格為12x15cm，立桿縱向間距為120cm。縱向方木亦按簡支梁考慮，計算跨徑為120cm。

截面抵抗矩:W= bh2/6=0.12x0.152/6

=4.5x10-4m3

截面慣性矩:I= bh3/12=0.12x0.153/12

=3.375x10-5m4

1.2m長縱梁上承擔4根橫梁重量為:0.08x0.1x1.2x7.5x4=0.288kN

橫梁施加在縱梁上的均布荷載為:0.288÷1.2=0.24kN/m

作用在縱梁上的均布荷載為:

q=(26x0.5+26x0.5x0.05+2.0+2.0+2.5)x1.2+0.24=16.62kN/m

跨中最大彎矩:M=ql2/8=16.62x1.22/8

=2.99kN/m

所以σmax=Mmax /W=2.99x103/4.5x10-4

=6.64MPa<[σ0]= 12MPa 合格

撓度

f=5ql4/(384EI)=5x16.62x1.24/(384x9x

106x3.375x10-5)=1.48mm<[f0]=1200/400=3.0mm合格。

綜上所述:箱梁頂、底板處支架驗算符合施工要求。

2.4.4.2支架立桿計算

每根立桿所承受的豎向力按其所支撐面積內的荷載計算，忽略方木自重不計，則縱向方木傳遞的集中力(按(90x120)cm計算):

P1=(26x0.5+26x0.5x0.05+(2.0+2.0+2.5))x

0.9x1.2 =21.76kN

因此聯梁底到原地面最大為4.5m，安全起見碗扣鋼管按4.5m計算其自重為:

g=4.5x0.0594=0.267KN

單根立桿所承受的最大豎向力為:

N=21.76+0.267=22.027kN

立桿穩定性:

橫桿豎向步距按1.2m計算時，立桿數豎向可承受的最大豎直荷載[N]=30 kN。

所以N=22.027kN <[N] =30 kN 合格。

強度驗算:

σa=N/Aji=22.027x1000/489=45.04MPa

< [σa]=140 MPa 合格。

2.4.2箱梁側模檢算

側模采用δ=15 mm的竹膠板，水平內楞采用間距20cm的8x10cm方木，豎向外楞采用間距120cm的12x15cm方木，豎向外楞通過頂托及φ48、t=3.5mm斜撐鋼管與翼緣板下方的碗扣支架立桿連接，斜撐鋼管間距為75cm。

混凝土側壓力:Pm=0.22γt0β1β2v/2

式中:γ-混凝土的自重密度，取26kN/m3;

t0-新澆混凝土的初凝時間，可采用t0=200/(T+15)，T為砼入模溫度(℃)，取20，則t0=5.7;

β1-外加劑影響修正系數，因摻緩凝劑取1.2;

β2-砼坍落度影響修正系數，坍落度控制在11cm～15cm取1.15;

v-混凝土澆筑速度(m/h)，取0.4

Pm=0.22x26x5.7x1.2x1.15x0.41/2=27.36kN/m2

有效壓頭高度:h= PM /γ=27.36/25

=1.09

振搗砼對側面模板的壓力:4.0 kPa

水平荷載:q=1.2x27.36x1.09/2+1.4x4.0

=23.49kN/m

此水平力較腹板和端、中橫隔梁處底板豎向力要小得多，而此處布置與腹板和端、中橫隔梁處模板系統布置相同，因此側模和水平內楞和豎向外楞方木以及斜撐鋼管均可以滿足要求不需再進行檢算。

單根斜撐受力為N=23.49x0.75=17.618KN，而扣件抗滑承載力為8.5KN ，因此斜撐鋼管至少與3根立柱鋼管扣件聯接，保險起見至少與三根立柱鋼管扣件聯接。另外為防止立柱鋼管(彎壓構件)失穩，需用通向箱梁中心方向的斜鋼管(與多數立柱鋼管連接以減少立柱鋼管承受的水平荷載)與立柱鋼管連接平衡其反力，從而保證支架水平方向穩定。

3.工程實踐效果

錦美大橋利用原地表層較好土質，采用原土碾壓地基，澆注混凝土硬化路面等措施，同時設置排水措施以滿足施工要求;處理后的地基可直接搭設滿堂支架，與采用貝雷梁相比，節省了樁基圬工及復雜的排架搭設消耗，節約了租賃費及吊車安裝費用，也省去了租賃所用的時間，保證了工期，節約了開支。取得了可觀的經濟效益。

4.心得體會

在軟土地段高架橋整體現澆梁項目中，在有充足的碗扣支架(鋼管)的情況下，根據不同的施工道路選擇滿堂式、門洞式等方案時，施工簡單、方便、快速，經計算和實踐比較，在技術是可行的，經濟上是合理的，同時能夠保證道路的暢通和淺埋建筑的安全，可以認為是一種既安全又經濟實用，還能保證工程質量的號方法。

參考文獻:

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[2] 杜榮軍.扣件式鋼管模板高支撐架的設計和使用安全[J].施工技術，2002(3).

[3] 施炳華，吳廣彬等.模板撓度計算方法的探討.施工技術.29(3).

作者簡介:李偉 1984 男 江蘇淮安人 本科學歷 助理工程師研究方向橋梁工程。

(作者單位:江蘇東南交通工程咨詢監理程有限公司)