市政工程現澆箱梁支架驗算及施工技術

段 鋒

(中鐵二十局集團六公司，陜西西安 710032)

1 工程概述

本立交工程主橋采用支架現澆后張法預應力混凝土箱梁，下部結構為鉆孔樁基礎、花瓶形墩。第一聯與第三聯采用等截面連續箱梁，梁高1.4 m，第二聯采用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構，采用弧形外腹板，施工工藝復雜。

2 現澆箱梁

2.1 支架的搭設設計

連續箱梁支架搭設采用滿堂支架搭設。預先設計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反力，在后澆段對支架進行加強，間距0.3 m×0.6 m，橫桿步距0.6 m。支架上設頂托，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、三聯混凝土厚度為0.22+0.20=0.42 m;第二聯最大混凝土厚度 0.22+0.5=0.72 m。

第一、三聯:0.42 ×26=10.92 kN/m2。

第二聯頂底板加厚段落:0.72 ×26=18.72 kN/m2。

第一、三聯腹板、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、機具荷載:1.0 kN/m2;

傾倒混凝土及振動荷載: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、三聯頂、底板部分:q2=1.2 × (10.92+2.5)=16.10 kN/m2;

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

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

d.第二聯腹板、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 模板計算

取梁高最大處第二聯頂、底板部分進行計算:

箱梁模板采用膠合板，厚15 mm。

模板以寬度1 m為計算單元，計算跨徑為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W計算模板厚度 h:h=(6×W/b)1/2=(6×1.69×10－5/1)1/2=0.01 m;

實際采用0.015 m厚，符合要求。

撓度驗算:

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 方木計算

1)縱向方木驗算:

a.縱向方木隔板、腹板、頂底板加厚段(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;

實際采用h=10 cm，符合要求。

根據選定截面尺寸，核算其撓度(按四等跨受力計算):

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(取最不利頂底板，跨徑 0.9 m，0.25 m)，通過計算剛度符合要求。

c.翼板處跨徑為0.9 m，顯然滿足要求。

2)橫向方木驗算:

a.取最不利處，即腹板、橫隔板處進行驗算(跨徑0.6 m)。

第一、三聯:

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;

實際采用h=15 cm，符合要求。

根據選定截面尺寸，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，通過計算剛度符合要求。

一般斷面(箱梁頂底板跨徑0.9 m)通過計算剛度符合要求。

b.翼緣板橫向方木顯然能夠達到施工要求。

3)支架立桿受力計算:

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

第二聯橫腹板處 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，步距為1.2 m時，立桿允許設計荷載33.1 kN，最大立桿荷載安全系數 γ =33.1/29.33=1.13。

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

剛度驗算: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、中腹板及支架兩側貫通布置，剪刀撐鋼管與支架立桿相交處全部采用活動扣件連接。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個活動扣件連接，兩側預留防滑段15 cm～20 cm，嚴禁采用接頭扣件代替活動扣件連接。

2.3 弧形外腹板

2.3.1 特制工字鋼及支撐系統設計

弧形外腹板側模采用特制工字鋼、方木、0.9 cm厚優質竹膠板組合模板，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0.9 cm厚優質竹膠板。第一、三聯及第二聯1.4 m等高段采用如圖2所示支撐系統進行加固，第二聯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，依據設計放大樣焊接而成，加工示意圖見圖2。

圖2 弧形外腹板處支撐示意圖

2.3.2 受力計算

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

3 水預壓

預壓方式采用水預壓。因為場地狹窄，砂袋裝卸和堆碼不易操作，采用水的預壓，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。根據箱梁結構將其分為若干單元格，采用膠合板后背方木作為預壓單元格分割擋板，箱梁模板及擋板上鋪設防水板或優質塑料隔水層，根據結構混凝土高度的2.6倍進行注水，注水時按照設計重量進行，同時進行數據觀測記錄。

4 結語

此項工程的實施，我們采用三項措施:1)通過應力驗算免除地基處理環節在既有道路上搭設支架施工;2)通過創新施工技術采用自制工字鋼和柔性膠合板施工弧形外腹板現澆箱梁;3)通過實施水的預壓支架方案環節節約了工期。給我們啟示:在車輛和行人夾道的市政工程施工中，要在保證安全和質量的前提下，按期高效的施工，就必須在技術方案和施工技術上下功夫;同時也說明只有在技術上下功夫，我們的工期，質量，安全和效益才能有飛躍和提高的潛力。

［1］JTJ 041，公路橋涵施工技術規范［S］.

［2］葉見曙.結構設計原理［M］.第2版.北京:人民交通出版社，2008.

［3］JTG B01，公路工程技術標準［S］.

［4］李國雄.淺析混凝土結構加固技術現狀與展望［J］.國外建材科技，2006，27(3):65-68.

［5］JTG/T 322-2008.公路橋梁加固設計規范(中華人民共和國行業推薦性標準)［S］.