現澆箱梁支架施工技術

摘要：本文以宿淮高速公路I匝道橋預應力砼箱型連續梁為例，主要介紹高速公路現澆箱梁支架設計，并進行了充分的結構受力和穩定性驗算，經驗算和實際檢驗，支架設計滿足施工要求。

關鍵詞：支架 設計 檢算

1 工程概況

宿淮高速公路I匝道橋上跨寧連高速公路，與寧連高速成122.35°斜交，I匝道橋上部結構采用3×27.5+35+

3×27.5米預應力砼箱型連續梁，橫斷面為單箱雙室，梁高1.7米，兩側腹板高度相同，箱梁頂板寬為12.5米，底板寬度為7.5米。下部結構3#、4#墩位于寧連高速邊坡上，其余墩臺分部在稻田、魚塘里。寧連高速公路是連接南京至連云港的重要交通干線，車流量大，對施工干擾非常大。

2 地質地貌

該路段地表土質主要為河湖沖積、淤積形成，地表土質多為高液限粘土，具有膨脹性，局部路段有淺層軟土，地下水位高。沿線人工河流、溝渠縱橫交錯，池塘水田分布廣泛。

3 支架設計概述

根據梁體施工工藝要求，為滿足寧連高速公路正常通車需要，I匝道橋跨寧連高速的第四跨現澆箱梁支架采用門洞結構，在寧連高速公路的左右幅公路上均預留兩個通車孔，一個為機動車通道，凈寬5米（寬）×4.6米（高）；一個為非機動車通道，凈寬3米（寬）×4.6米（高）。

門洞支墩采用布架靈活、搭拆方便、承載力大的碗扣式鋼管密排支架；其余跨支架采用滿堂式碗扣支架，墩柱下采用兩排加密桿；橫向和縱向立桿分別用剪力撐連接。

3.1 跨路門洞支架施工

在原有公路路面上澆筑5道C25混凝土條形基礎，尺寸為長×寬×高=1680×60×30cm。在每個C25砼條形基礎上安放3排碗扣式鋼管支架，鋼管型號ψ48*3.5mm，間距為0.2m×0.2m，步距1.2m。支架上下用升降桿調平，排架頂鋪設3道10×16cm方木做承重梁。承重梁上縱向鋪44根12米長的I45號工字鋼作為支撐縱梁，間距如圖所示，工字鋼通過U形卡和承重梁連接，縱梁上鋪10×10cm方木，然后方木上鋪設竹膠板做底模，外模板都用厚18mm的竹膠板。

3.2 非跨路區支架施工

在處理好的地面調平層上放置橫橋向300*20*20cm方木作底座，在放置好的底座上搭設碗扣式鋼管支架，支架寬度比箱梁寬度兩邊各寬0.3m。支架高度通過可調托座調節。支架縱橫向順直一致，為增強整體的剛度及穩定性，內部沿橋梁縱向每4排立桿搭設一排剪刀撐，橫向每隔4米設置剪刀撐，并在支架周圍設置掃地桿。支架承重梁頂部縱向鋪設100*160mm方木，間距與立桿橫向間距一致，其上橫向鋪設50*100mm方木，間距25cm，然后上面鋪組合鋼模板，鋼模板上鋪竹膠板作底模，側模及翼緣板采用竹膠板，米字型木支架支撐，每4米設剪刀撐。內模用組合鋼模板，斜角及不規則處用木模板調整，內部支架用鋼管及型鋼支架。

支架布置主要分三個區域進行設計：

①一般結構區：立桿橫橋向間距為0.9m，縱橋向間距為1.2m，步距為1.2m布置。

②梁端3.0m范圍內立桿按縱橋向間距0.6m，橫橋向間距0.9m，步距為1.2m布置。

③翼板寬2.5m，翼板立桿按縱橫向間距均按1.2m布置。

3.3 支架結構要求

3.3.1 支架結構必須有足夠的強度、剛度、穩定性。

3.3.2 門洞部分的支架臨時支墩基礎地基承載力大于300KPa，非跨線區地基承載力大于250KPa。因此必須對基底作特殊處理：稻田處采用推土機清除表土15cm，分兩層回填5%灰土30cm，碾壓密實，壓實度85%以上；回填20cm厚碎石，并做2%的橫向排水坡，其上鋪10cm厚砂礫作調平層；寧連高速公路兩側有排水邊溝，為保證施工過程中水流暢通，在排水溝中埋設管涵，管涵兩側土分層回填，并用小型夯實機夯實，其上鋪灰土、碎石、砂礫調平；支架跨越魚塘時，采用草袋圍堰，清淤后回填碎石土，高出魚塘水面50cm，碾壓密實后，回填碎石20cm，鋪砂礫調平。

3.3.3 支架預壓，為避免因支架基礎不均勻沉降及支架非彈性變形，引起梁體線形失控和混凝土產生裂紋，對支架進行預壓，使支架預先完成非彈性變形，測出支架彈性變形量，調整支架預拱度，確保梁體線形滿足要求。支架在承重后期彈性和非彈性變形控制在15mm以內，支架基礎的沉降量控制在5mm以內。設置跨中預拱度：δ中=δ1+δ2+δ3

δ1：支架在荷載作用下的彈性壓縮。

δ2：支架在荷載作用下的非彈性壓縮。

δ3：支架基礎在荷載作用下的沉陷壓縮。

4 跨路門洞結構檢算

4.1 門洞結構設計荷載

梁重為q鋼筋砼=2.525t/m2，箱梁混凝土體積：1487m3，鋼筋重量：281.139t，鋼絞線重量：51.504t，箱梁長度：206m。

模板及其支架自重：q模板支架=0.37t/m2。

施工均布活載標準值：q活載=0.25t/m2。

下墊方木荷載：q方木=0.115t/m2。

門框式立柱荷載：q立柱=0.1t/m2。

混凝土沖擊荷載及振搗荷載：q砼沖擊、振搗=0.25t/m2。

其他荷載（張拉荷載）：q其他=0.2t/m2。

4.2 工字鋼檢算

如圖示工字鋼為4跨連續梁，由于簡支梁相對于連續梁受力較為不利，故簡化為簡支梁進行檢算。I45工字鋼力學參數慣性矩：I=32241cm4，彈性模量：E=2.1×105Mpa，截面抵抗距Wx=1432.9cm3，設計抗彎強度[σ]=180Mpa，工字鋼自由長度5m計，查得整體穩定系數φb=0.73，γx=1.05截面朔性發展系數，臨時結構安全系數取1.3，計算設計值時乘于荷載分項系數。

工字鋼主要承受的荷載為1.35q鋼筋砼+1.4（q模板支架+q活載+q砼沖擊、振搗+q其他）=4.907t/m2。

最大彎矩：Mmax=qL2/8=115007812.5N.cm。

最大應力（強度）：σmax=Mmax/γxwx=76.44MPa<[σ]。

整體穩定性計算：σ=Mmax/φbwx=110MPa<[σ]。

安全系數檢算: K=[σW]/σmax=1.6>1.3。

撓度驗算：

fmax=5qL4/(384EI)=0.44mm

工字鋼強度、剛度、穩定性均滿足要求。

4.3 排架頂方木檢算

支墩立桿頂枕梁采用10×16方木，每個支墩上放置3排方木，在中間的支墩處所受的荷載最大，取中間的支墩進行檢算，檢算時按簡支梁計算，計算跨度取L=0.2m。支墩立桿頂枕梁承受由縱梁傳遞的上部荷載及自重，縱梁傳遞的力以縱梁中間支墩處的剪力進行計算，支墩立桿頂枕梁按跨中受集中荷載者一最不利情況進行檢算。方木力學參數：彈性模量E=9.0×103Mpa，容許應力[σ]=10 Mpa，容重r方木取8.33KN/m3，截面慣性矩IX=3.4×10-5cm4，截面抵抗拒WX=0.000427m3

中間支墩的剪力V=2×Q工字鋼/2×10×5=245.35KN

方木自重Q方木=0.2Ar方木=0.027KN

單根方木跨中集中荷載q=（V/3+1.4Q方木）/14.8

=5.53KN。

方木所受最大彎矩Mmax=q×1/8×l2=0.028KN.m。

最大應力σmax=Mmax/WX=0.065MPa<[σ] 強度滿足要求。

剛度檢算γmax=ql4/150EIX=0.19mm< L/400=0.5mm 剛度滿足要求。

4.4 碗扣鋼管支架檢算

鋼管支架順橋方向、橫橋方向間距都是0.2cm，橫桿的上下步距為1.2m。碗扣鋼管力學特性：外直徑φ48mm，壁厚3.5mm，截面積A=4.89cm2，慣性矩I=12.18cm4，回轉半徑r=1.58cm，容許抗壓強度[σ]=68KN。

鋼管支架所受荷載4.907t/m2，每根立桿受正向壓力為4.907×0.22=0.196t，小于碗口式支架立桿容許承載力2t，強度滿足要求。

立桿兩端約束按鉸接考慮，立桿計算長度取1.2m。

λ=L/r=75.9<容許長細比[λ]=120。

根據歐拉公式：Ncr=π2EA/λ2=175KN>19.6KN 穩定性滿足要求。

4.5 路面地基承載力檢算

支架下條形基礎采用C25混凝土，混凝土基礎比梁寬每邊長1m，尺寸為長×寬×高=1680×60×30cm。

承壓面的均布荷載：q=N/A=0.35MP＜1.2MPa（路面容許承載力）。

路面承載力滿足要求。

5 非跨線區支架檢算

5.1 一般截面荷載計算

梁重q鋼筋砼=γ鋼筋砼×S鋼筋砼=7.26×26KN/m =188.76KN/m(鋼筋混凝土梁重按26KN/m3計算)。

模板重（內模未計）q模板=3.374KN/m（竹膠板重量按24.99KN/m3計算）。

方木重q方木=（S縱+4×7.5×S橫）γ方木=1.38KN/m（方木重量按8.33KN/m3計算）。

鋼管重q鋼管=20.722KN/m，q人機械=9KN/m，q砼施工=25KN/m。

q總=1.35q鋼筋砼+1.4（q模板+q方木+q鋼管+q人機械+ q砼施工）=338.09KN/m。

平均單根立桿受力為：N一般=1.2q總/12=33.809KN。

5.2 一般截面立桿強度、穩定性檢算

立桿軸心受壓應力計算：考慮安全系數是1.2。

σ=1.2N/A=1.2×33.809×103/（4.78×10-4）=84.88

Mpa<σ]=170Mpa。

式中：N——立桿所受壓力。

A——碗扣鋼管截面面積。

[σ]——碗扣鋼管設計抗壓強度。

安全系數檢算：K=[σ]/σ=170/84.88=2＞1.3（臨時結構安全系數取1.3）。

立桿穩定性檢算：立桿兩端約束按鉸接考慮，立桿計算長度取1.2m。

λ=h/i=120/1.54=77.92。

由《路橋施工計算手冊》線性內差得穩定系數φi=

0.686。

σ=1.2N/φiA=120.94Mpa<[σ]=170Mpa。

由以上計算可得：立桿強度、穩定性都滿足要求。

5.3 一般截面縱、橫向方木檢算

橫橋向方木采用50×100mm方木，間距25cm；檢算時按連續梁計算，計算跨度取0.6m，q橫總是方木所受均布荷載7.75KN/m。

縱向方木采用100×160mm，縱向方木間距與立桿橫向間距一致，檢算時按連續梁計算，計算跨度取0.6m，q縱總是方木所受均布荷載19.376KN/m。

5.4 中橫梁截面支架結構檢算

中橫梁處鋼筋砼梁比一般截面梁體重，經計算得單根桿受力為N中=28.11KN，相對于一般截面支架設計，一般截面支架比中橫梁截面支架單根受力大，若一般截面支架能滿足要求，中橫梁處更能滿足要求。

5.5 非跨線區基礎承載力檢算

支架立桿以200×20×20cm方木做底座，查《建筑地基基礎設計規范》地基標準承載力fk=216.4KN/m2，腳手架荷載通過立桿傳給底座再傳給地基承受，每根方木承受2個立桿。

基底應力σ=N/（0.2×2）=33.809×2/（0.2×2）

=169KPa

基礎承載力滿足要求。

6 結束語

隨著我國城市功能的多向化發展以及國家基礎設施的可持續發展，城市高架道路及跨越既有線路的施工愈來愈多，扣件式鋼管支架由于其施工方便，快捷和適應性強等特點，越來越廣泛用于這些工程中。

本文通過對支架結構檢算，支架結構及支架基礎處理均能滿足施工要求，且在施工實踐中門洞式支架搭設的成功運用，達到了高質量、高速度、高安全性的施工效果，該計算方法簡單易懂，可為類似的工程提供參考。