現澆混凝土梁模架砂槽加載預壓技術研究

王 志 強

(中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030006)

現澆混凝土梁模架砂槽加載預壓技術研究

王 志 強

(中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030006)

結合工程實例，針對房屋建筑現澆混凝土梁高窄斷面梁體模架預壓加載困難的難題，進行了加載技術研究，提出了采用砂槽加載的新方法，該方法就地取材，加載卸載方便，施工簡便快捷，收到了很好的實用效果。

砂槽，加載，模架，預壓

1 工程概況

新建蘭新鐵路第二雙線新疆段鄯善北高鐵站站房工程，建筑面積4 998.96 m2，平面尺寸約113 m×28 m，建筑高度16 m，局部地下1層，地上2層，站房中部候車大廳為一層大跨度(27 m)后張預應力有粘結梁屋面結構體系，梁底凈空高度14.2 m，大梁截面尺寸600 mm×1 600 mm。規范JGJ/T 194—2009要求高支模模架體系應進行預壓試驗以檢驗支架的安全性。但由于梁底較窄，梁身較高，荷載較大，所以采用傳統的堆載方法難以實施對梁模支架的預壓。為解決這個難題，保證現澆混凝土梁模板鋼管支架預壓施工加載安全方便可行，進行了現澆混凝土梁模架砂槽加載預壓技術研究。

2 砂槽加載方案

2.1 砂槽構造設計

加載砂槽由槽底橫梁、砂槽底板、砂槽端板、砂槽側板、對拉螺栓和斜撐等六部分組成。由于預壓荷載規定為梁模上荷載的1.1倍，而混凝土容重較砂容重重約1.5倍，為減少模板加工與制作工作量，利用結構側模，只調整加載砂槽的槽底寬度。因此采用加大砂槽底板的寬度的做法，擬將砂槽底板寬度加大為梁底寬度的1.65倍。砂槽端板、砂槽側板用木板或小鋼模拼裝而成。砂槽端板、砂槽側板的高度根據預壓總荷載值、底板寬度和實測的砂容重計算確定。砂槽側板內壁上通常標有分級加載的標志線。標志線的高度根據分級加載值、底板寬度和實測的砂容重計算確定。標志線以油漆或拉線的方法明確標出。砂槽底板、砂槽端板和砂槽側板通過對拉螺栓和斜撐連接緊固成整體。加載砂槽示意圖見圖1。

2.2 卸料口構造設計

由于采用散砂加載材料，且受場地限制，散砂卸載有很大困難。砂槽側板下部按每隔3 m間隔對稱留置兩塊臨時用楔塊固定的活板卸料口(10 cm×10 cm)，預壓施工完成后，敲掉支撐楔塊，利用砂體側壓力，頂開活板，砂槽內散砂即通過卸料口流出。

卸料口構造示意圖見圖2。

2.3 荷載計算

支架預壓荷載不應小于支架承受的混凝土結構荷載與模板重量之和的1.1倍，預壓荷載采用均布形式。

滿堂支架預壓荷載=(梁體混凝土重量+梁體鋼筋重量+施工附加荷載)×1.1。

梁體混凝土自重標準值：24 kN/m3。

梁體鋼筋自重標準值：1.5 kN/m3。

施工附加荷載：1 kN/m3。

滿堂支架預壓荷載=(24+1.5+1)×1.1=29.15 kN/m3。

預壓材料(粗砂)自重取16.5 kN/m3。

梁底寬度為600 mm，為減少模板加工與制作工作量，利用原有側模(側模高度1 600 mm)，調整加載砂槽的槽底寬度，應為29.15/16.5×600=1 060 mm，加載砂槽底寬度取值確定為1 100 mm。如此，砂槽加載的高度可以按照側模高度比例進行。

2.4 砂槽結構設計

采用砂槽加載，無其他附加荷載，只是在原結構荷載上提高10%。砂槽側模高度不變，側壓力約為混凝土側模的70%(16.5/(24+1.5)≈65%)，所以采用混凝土結構側模與加固體系設計是滿足要求的；砂槽底模擴大到1 100 mm，底模壓力約為混凝土結構底模的40%(16.5/1 100÷[(24+1.5)/600)]≈40%)。為了減少模板加工制作工作量，所以采用混凝土結構底模與加固體系設計是滿足要求的。

2.5 分級加載標志線高度計算

在砂槽尺寸確定之后，為了準確標出分級加載的標志線，我們對預壓材料(粗砂)自重進行了現場實測確定。現場制作簡易的測量砂盒，尺寸為1 m×1 m×0.5 m。現場稱重，砂盒自重43.2 kg，裝滿砂后稱重807.4 kg，經計算得出粗砂自重為15.3 kN/m3。根據規范規定加載分三級進行，依次為預壓荷載值的60%，80%和100%。為此，分級加載標志線高度計算如下：

第一級加載高度h1:(29.15×0.6×1.6×0.6)/(15.3×1.1×1)=0.998 m。

第二級加載高度h2：(29.15×0.6×1.6×0.8)/(15.3×1.1×1)=1.33 m。

第三級加載高度h3:(29.15×0.6×1.6×1.0)/(15.3×1.1×1)=1.663 m。

2.6 沉降觀測裝置設計

沉降測量定位桿采用鋼管制作，分為架頂和架底兩種。架頂測量定位桿上焊有一掛鉤，架底測量定位桿上焊有一短鋼筋。兩種測量定位桿垂直于梁的縱向軸線安裝，分別用鋼管扣件固定在支架頂部和底部，架頂測量定位桿的掛鉤向下，架底測量定位桿的短鋼筋向上，以為測量設備提供定位測量點。測量定位架示意圖見圖3。

3 現場試驗情況

3.1 監測點布置

預壓前先在梁底模的支架上部及支架下部安裝測量定位架。觀測斷面設在梁跨的兩端，梁跨的1/4，1/2及3/4處。

觀測點1和2測量時在架頂測量定位架的掛鉤上懸掛鋼卷尺，鋼卷尺下部離地50 cm，并加5 kg配重使鋼卷尺垂直、穩定，便于測量。觀測點3和4設在架底測量定位架的鋼筋頭上，測量時立尺斷面必須水平，以保證測量的精確度(見圖4，圖5)。

3.2 加載與卸載

支架預壓加載過程分為3級進行，依次施加的荷載應為預壓荷載值的60%，80%，100%。加載前在砂槽內側模上用紅油漆標注三級加載高度線，高度線寬1 cm。同時封堵梁柱、主梁與次梁交接處，使之形成一個封閉砂槽，并在砂槽兩側模板下部每隔3 m留置便于拆卸的卸載口，方便加載和卸載施工。

預壓材料(粗砂)加載時，使用塔吊配合吊斗將粗砂裝入砂槽內，從跨中向梁端對稱布載。根據每級的加載高度線人工用刮板扒平，使粗砂表面與加載高度線下口齊平即可。

每級加載完成后，應停止下一級加載，并應間隔12 h對支架沉降量進行一次監測；當支架頂部監測點12 h的沉降量平均值均小于2 mm時，方可進行下一級加載。

卸載采用一次性卸載。卸載時打開砂槽下部的卸載口，使砂從兩側對稱、均衡、同步卸出。并用人工將砂槽內砂清掃干凈。

3.3 預壓監測

第一級加載后，經過24 h監測，第二個12 h的支架頂部沉降量平均值為1.46 mm，小于2 mm，因此進行第二級加載。第二級加載后，經過12 h監測，支架頂部沉降量平均值為1.12 mm，小于2 mm，因此進行第三級加載。

三級加載后24 h實測沉降量平均值為2.25 mm，加載48 h實測沉降量平均值0.55 mm，可以做出合格判定，但是為保險起見，繼續觀測72 h沉降量平均值為0.8 mm<1 mm，三次沉降量平均值為3.6 mm<5 mm，做出合格判定，同時卸載。

3.4 沉降量和變形值計算

1)總沉降量計算。設支架頂部和底部各測點的原始標高為h01和h02，支架頂部和底部各測點的最終標高為hj1和hj2。所以，支架總沉降量H=h01-hj1，地基總沉降量H1=h02-hj2。

2)非彈性變形計算。設卸載6 h后，架頂各測點標高為hc1。所以，支架非彈性變形H2=h01-hc1。

3)彈性變形計算。支架彈性變形H3=H-H2。

3.5 支架調整

架體預壓前，支架(底模)按照計算標高調整，確保支架各桿件均勻受力。預壓后架體在預壓荷載作用下基本消除了地基和支架豎向各桿件的間隙即非彈性變形，并通過預壓得出支架彈性變形值。根據實測的支架變形值，結合設計標高，確定和調整梁底標高。經過預壓的梁底立模標高=設計梁底標高+支架彈性變形值。未經預壓的梁底立模標高=設計梁底標高+支架彈性變形值+非彈性變形值。

4 結語

4.1 經濟效益顯著

砂槽加載預壓法與以往的砂袋堆積預壓和預制混凝土塊預壓相比，更節省時間，大大提高工程進度；不必投入太大的人力、物力、機械和財力，即可達到預壓的效果，因此可以大大的降低工程成本。與以往砂袋、預制混凝土塊預壓方法相比，工期縮短15 d～20 d，節約材料費用30%。

4.2 環保節能效益顯著

1)預壓材料選擇的粗砂，在當地產量豐富，可以就地取材，不會對環境造成破壞和污染，預壓完成后粗砂可在砌筑工程中二次使用，未產生混凝土塊狀廢棄物，減少材料資源消耗，達到環保節材要求。2)預壓施工中采用耗電量小，噪聲小的機械設備，減少能源消耗，達到環保節能要求。

4.3 技術上有創新

1)現澆混凝土梁模架加載砂槽預壓技術創新，該項加載裝置為一首創的新型加載裝置，就地取材，安裝方便，具有很強的實用性(2014年已獲得國家實用新型專利授權)。

2)沉降監控技術創新，采用了沉降測量定位架和配重懸掛鋼尺相配合的測量方法，解決了沉降觀測的難題，保證了測量的精確度。

3)加載卸載技術創新。通過分級加載標志線方法控制各級荷載，不用每袋(塊)稱量。因此加載速度快，不易出差錯且安全可靠。采用活板卸料口(10 cm×10 cm)方法，解決了預壓施工完成后，砂槽卸載問題。方便快捷，又保證了對稱均勻卸載。

通過工程實踐對采用砂槽加載模架預壓技術的研究，解決了高支模架窄高鋼筋混凝土梁預壓試驗加載困難難題，并取得了良好的應用效果。砂槽加載預壓技術是施工技術領域的一個創造性的革新，具有投資少、見效快、環保節能節材、操作簡便快捷的特點，具有較高的應用推廣價值，值得同類工程借鑒推廣。

[1] JGJ/T 194—2009，鋼管滿堂支架預壓技術規程[S].

[2] JGJ 130—2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程[S].

[3] JGJ 162—2008，建筑施工模板安全技術規范[S].

Research on loading and preloading technology of cast-in-place concrete beam and formwork of sand launder

Wang Zhiqiang

(BuildingInstallationEngineeringLimitedCompany,ChinaRailwayThirdGroup,Taiyuan030006,China)

Combining with the engineering practice, this paper researched the loading technology according to difficult loading problems of housing construction cast-in-place concrete beam high narrow beam section frame, put forward using the new method of sand launder loading, the method used local materials, convenient loading and unloading, simple and convenient construction,

good practical effect.

sand launder, loading, mold, preloading

2015-04-24

王志強(1965- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)19-0080-03

TU755

A