淺談客運(yùn)專線連續(xù)梁滿堂支架施工技術(shù)及質(zhì)量控制

王鼐

摘要： 本文對(duì)鄭西鐵路客運(yùn)專線灞河特大橋（529#～532#墩）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁滿堂支架施工技術(shù)及質(zhì)量控制做了詳盡闡述，為類似工程施工提供參考。

Abstract： This paper introduces the construction technology and quality control of the prestressed concrete continuous beam full framing of Bahe Extra-large Bridge （529# pier～532# pier） of Zhengxi Railway Passenger Transport Line in detail to provide reference for similar engineering construction.

關(guān)鍵詞： 滿堂支架；連續(xù)梁；荷載；質(zhì)量控制

Key words： full framing；continuous beam；load；quality control

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0117-03

0 引言

客運(yùn)專線連續(xù)梁滿堂支架的安裝及預(yù)壓施工，關(guān)系到整條客運(yùn)線路的運(yùn)行質(zhì)量。由于整個(gè)施工過程包含地基處理、支架安裝、梁結(jié)構(gòu)計(jì)算、支架預(yù)壓、預(yù)拱度設(shè)計(jì)等諸多小流程，對(duì)各流程施工技術(shù)及工序質(zhì)量的控制尤為關(guān)鍵。本文將結(jié)合鄭西鐵路客運(yùn)專線灞河特大橋施工項(xiàng)目，重點(diǎn)探析適合客運(yùn)專線的連續(xù)梁滿堂支架的施工方案及技術(shù)、質(zhì)量控制措施，并通過施工效果驗(yàn)證控制措施的實(shí)效性及可行性，以期為同類型工程項(xiàng)目提供有價(jià)值的參考資料。

1 工程概況

鄭西鐵路客運(yùn)專線灞河特大橋529#～532#墩為32m+48m+32m連續(xù)梁，此連續(xù)梁530#墩～531#墩處跨越規(guī)劃路（灞耿路）。梁底距地面7～8m高，基礎(chǔ)采用鉆孔樁，承臺(tái)上設(shè)加臺(tái)，墩身采用矩形實(shí)心墩。連續(xù)梁箱體為單箱單室等高度截面，箱梁高為3.25m，頂寬13.4m，底寬5.4m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)3.35m。箱梁頂板厚度0.3～0.45m，懸臂根部厚度0.65m，底板厚度為0.3～0.65m，腹板厚度0.5～1.1m。全聯(lián)在各墩頂均設(shè)置橫隔梁，其中邊墩墩頂橫隔梁厚1.3m；主墩頂橫隔梁厚1.5m。綜合考慮地形、地質(zhì)、箱梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)、荷載分布等因素，采取支架法施工現(xiàn)澆連續(xù)梁。支架采用Φ159mm，壁厚5mm無縫鋼管及Ⅰ32b工字鋼橫梁組成，在支架下方采用C30擴(kuò)大基礎(chǔ)，原地面地基處理采用人工打夯機(jī)夯實(shí)，上層用三七灰土回填。

2 施工方案

2.1 地基處理

原地基承載土為粉砂土，2m以下為細(xì)砂。由于粉砂土層穩(wěn)定性差，故需采取措施增強(qiáng)其承載力，具體措施如下：對(duì)承臺(tái)基坑開挖的松動(dòng)土重新進(jìn)行回填，回填每層不超過20cm，控制好每層回填土的含水量及壓實(shí)度，保證每層壓實(shí)度滿足要求后再繼續(xù)回填；采用人工打夯機(jī)夯實(shí)原地面，并用砂土回填至原地面至梁底7.8m高度處，采取分層回填，每層夯實(shí)密實(shí)，壓實(shí)度要求達(dá)到96區(qū)；填至支撐座砼下70cm處將整個(gè)面拉平，用壓路機(jī)壓實(shí)，攤鋪70cm厚三七灰土，灰土高出原地面不小于20cm，并采取壓路機(jī)分層壓實(shí)，壓實(shí)度要求達(dá)到98區(qū)；在地基頂面三七灰土層設(shè)置4%的排水坡，在支架基底范圍設(shè)排水溝，杜絕基底浸水泡水；排水溝設(shè)置在支架基礎(chǔ)外2m位置，確保能及時(shí)將雨水排離基底影響范圍；地基頂面采用彩條布做防水層，杜絕地面水滲入；地基處理完成后，做地基承載力試驗(yàn)，要求承載力不低于12t/m2。

2.2 支架布置

①在布設(shè)鋼管支架立柱的位置澆注C30砼擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)長(zhǎng)寬尺寸為1.3m*1.3m，高度為0.6m。

②鋼管立柱的布設(shè)。采用Φ159mm無縫鋼管作立柱，鋼管頂端設(shè)活動(dòng)頂桿，立柱在橫橋向布設(shè)6道，沿橋中心位置對(duì)稱布設(shè)，距中心尺寸分別為1.0m、2.5m、4.5m，順橋向間距為2m一道，立柱間采用縱橫向斜桿連接，采用[6.3槽鋼作支架斜撐，確保整體穩(wěn)定。鋼管支架布置高度為6m。

③橫梁的布設(shè)。在無縫鋼管立柱頂端布設(shè)Ⅰ32b工字鋼作為橫梁，橫梁長(zhǎng)度為13.4m。

④梁底縱梁的布設(shè)。在橫梁上布設(shè)縱梁，縱梁每根長(zhǎng)度為4m，根據(jù)梁體重量分布情況，在底板位置采用15cm*15cm方木鋪設(shè)，橫向間距為30cm；在腹板受力位置采取Ⅰ16工字鋼，每側(cè)布設(shè)4道，間距為35cm；在外模架支撐點(diǎn)采取Ⅰ20工字鋼支撐。

2.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

荷載計(jì)算

2.3.1 梁體荷載計(jì)算

橫梁上部荷載值為梁體荷載+模板及支架荷載及施工荷載總和；根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》及《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》，施工荷載：Q1=1.5kN/m2，模板及支架荷載：q2=1.5 kN/m2計(jì)算。

梁體荷載按照梁體標(biāo)準(zhǔn)斷面，計(jì)算各分段面積，根據(jù)各分段面積確定荷載值，計(jì)算荷載以1m（單位長(zhǎng)）長(zhǎng)計(jì)算。

2.3.1.1 AB段計(jì)算

①梁體本身荷載：（3125+9148）*10-4m2*26 kN/m3*1m/=31.91kN

②模板及支撐荷載：模板及支撐荷載取1.5 kN/m2，由于模板設(shè)計(jì)，作用力集中在距梁體中心線4.37m位置，則模板及支撐總荷載值為1.5 kN/m2*（1.254 m +1.998m）*1m=4.878kN

③施工荷載：施工荷載取1.5kN/m2，則施工荷載總值為：1.5 kN/m2*1m*3.22m=4.83 kN

④AB段荷載總值：F1=①+②+③=31.91+4.878+4.83=41.618（kN）

2.3.1.2 BC段計(jì)算

BC段受力作為均布荷載受力考慮。

①梁體本身荷載：30463*10-4m2*26 kN/m3*1m/1.85m=42.81kN/m

②模板及支撐荷載：模板及支撐荷載取1.5kN/m2，則模板及支撐總荷載值為1.5kN/.m2*2.7m*1m/1.85m=2.2 kN/m

③施工荷載：施工荷載取1.5 kN/m2，則施工荷載總值為：1.5 kN/m2*1m=1. 5 kN/m

④BC段荷載總值：F2=①+②+③=42.81+2.2+1.5=46.51（kN/m）

2.3.1.3 CD段計(jì)算

CD段受力作為均布荷載受力考慮。

①梁體本身荷載：（4890+7743）*10-4m2*26 kN/m3*1m/1.63m=20.15kN/m

②模板及支撐荷載：模板及支撐荷載取1.5 kN/m2，則模板及支撐總荷載值為1.5 kN/m2*1m=1.5 kN/m

③施工荷載：施工荷載取1.5 kN/m2，則施工荷載總值為：1.5 kN/m2*1m=1.5 kN/m

④BC段荷載總值：F3=①+②+③=20.15+1.5+1.5=23.15（kN/m）

根據(jù)以上計(jì)算荷載，梁體截面及節(jié)段荷載分布示意圖如圖1所示。

2.3.1.4 梁底縱梁驗(yàn)算

①腹板位置Ⅰ16工字鋼驗(yàn)算：

在腹板位置布置Ⅰ16工字鋼，每側(cè)3根，長(zhǎng)度為2m，根據(jù)以上荷載分布圖可知：在腹板位置（BC段）1m單位長(zhǎng)受力為46.51kN /m*1.85m/4根=21.51kN/m，即分布荷載為q=21.51kN/m。

1）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2）剪（應(yīng)）力驗(yàn)算：

最大剪力：Fmax=■ql2=■*21.5*2=21.5（kN）

最大剪應(yīng)力：

？子max=■=■=8.22MPa？燮[？子]=85MPa

3）壓應(yīng)驗(yàn)算：

跨中最大彎矩：Mmax=■ql2=■*21.5*22=10.75（kN·m）

故最大應(yīng)力為：？滓max=■=■=76.24MPa？燮[？滓]=140MPa

4）撓度驗(yàn)算：

fmax=■=■=1.8mm？燮[fmax]=5mm滿足要求。

②底板方木計(jì)算：

底板位置方木橫橋向30cm間距布置一道，順橋向2m長(zhǎng)，順橋向1m單位長(zhǎng)分布力為：23.15kN/m*0.3m=6.93kN；即順橋向分布荷載為6.93kN/m，進(jìn)行受力驗(yàn)算為：

1）計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3。

2）剪（應(yīng)）力驗(yàn)算：

最大剪力為：Qmax=■ql2=■*6.93*2=6.93（kN）

最大剪應(yīng)力：

？子max=■=■=0.308MPa？燮[？子]=1.7MPa

3）壓應(yīng)驗(yàn)算：

跨中最大彎矩為：

Mmax=■ql2=■*6.93*22=3.465（kN·m）

故最大應(yīng)力為：？滓max=■=■=6.16MPa？燮[？滓]=11MPa

4）撓度驗(yàn)算：

fmax=■=■

滿足要求。

2.3.2 鋼管支架橫梁計(jì)算

鋼管支架布置為：距中心對(duì)稱布置，距中心分別為1m、2.5m、4.5m；根據(jù)梁體荷載分布圖，此圖所示為1m長(zhǎng)單元荷載，而鋼管支架間距為2m長(zhǎng)布置，因此，鋼管支架力為圖示數(shù)據(jù)的2倍。利用madis計(jì)算軟件進(jìn)行梁底橫梁驗(yàn)算，具體模型如圖4。

以1m長(zhǎng)單元荷載進(jìn)行計(jì)算，然后在計(jì)算數(shù)據(jù)上乘以2，根據(jù)madis軟件計(jì)算所得：橫梁所受最大剪力為15.74kN；最大應(yīng)力為2*21735.8kN/m2=43.47MPa<140MPa，最大變形為2*0.2mm=0.4mm，滿足要求。

2.3.3 鋼管支架計(jì)算

①受力驗(yàn)算：根據(jù)梁底橫梁計(jì)算支反力可得，鋼管支架受力為上部計(jì)算支反力的兩倍，即支反力最大為N=2*77.72kN=155.44kN，采用D=159mm*5mm，所受最大允許力為[N]=170MPa*24.18cm2=411.06kN>155.44kN，故滿足要求。

②穩(wěn)定性驗(yàn)算：計(jì)算長(zhǎng)度l0=3.5m；λ=l0/i=3.5m/5.45cm=64.22，查表可得？準(zhǔn)1=0.867，即N/A=155.44kN/24.18cm2=64.3MPa<？準(zhǔn)1*[σ]=0.867*170MPa=147.39MPa，故穩(wěn)定。

2.3.4 鋼管支架基礎(chǔ)計(jì)算

鋼管支架基礎(chǔ)采取C30砼擴(kuò)大基礎(chǔ)，截面尺寸為1.3m*1.3m*0.6m。鋼管支架底底桿采用30cm*30cm鋼板，因此能承受的最大壓力為N=21MPa*0.3m*0.3m=1890kN>155.44kN（最大鋼管受力）。滿足要求。

2.3.5 地質(zhì)承載力驗(yàn)算

地質(zhì)處理采用70cm厚三七灰土回填壓實(shí)處理，強(qiáng)度不小于12T/m2，所能承受的最大基礎(chǔ)傳力為12T/m2*1.3m*1.3m=20.28T>155.44kN/9.8kg/N/1000T/kg+1.3*1.3*0.6*2.5=18.4T，滿足要求。

綜合以上驗(yàn)算結(jié)果，支架受力性能滿足各項(xiàng)要求。

2.4 支架預(yù)壓

安裝模板前，要對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。支架預(yù)壓的目的：①檢查支架的安全性，確保施工安全；②消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響。預(yù)壓荷載為箱梁?jiǎn)挝幻娣e最大重量的1.2倍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件，選擇砂袋預(yù)壓法。預(yù)壓荷載按梁體近似等效荷載布置，并考慮施工機(jī)具、人員影響，預(yù)壓最大荷載取120%梁體自重荷載。根據(jù)梁體混凝土澆注順序，預(yù)壓時(shí)按照先底板、再腹板、后翼緣板的順序，分四級(jí)對(duì)稱加載，底板、腹板、翼緣板均采用砂袋預(yù)壓（45kg/袋）一級(jí)加載：60%腹板重+底板重=38.1%梁體自重荷載（未考慮內(nèi)模重）；二級(jí)加載：90%腹板重+底板重+75%頂板重+60%翼板重=81.6%梁體自重荷載；三級(jí)加載：100%梁體自重；四級(jí)加載：120%梁體自重。為確定支架沉降情況，在加載預(yù)壓之前測(cè)出各測(cè)量控制點(diǎn)標(biāo)高。

加載前在觀測(cè)點(diǎn)處測(cè)量模板原始標(biāo)高，每一級(jí)荷載加載后，觀測(cè)各測(cè)點(diǎn)變形值，最后一級(jí)荷載加完24小時(shí)、48小時(shí)后再分別測(cè)出各測(cè)點(diǎn)變形值，如果加載120%后所測(cè)數(shù)據(jù)與持荷48小時(shí)后所測(cè)數(shù)據(jù)無變化或變化很小時(shí)，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸載，否則還須持荷進(jìn)行預(yù)壓，直到地基及支架沉降到位方可卸載。卸載時(shí)按照與預(yù)壓相反的順序進(jìn)行，防止在某一部位突然卸載而產(chǎn)生反彈。卸載完成后，要再次復(fù)測(cè)各控制點(diǎn)標(biāo)高，以便得出支架和地基的彈性變形量（等于卸載后標(biāo)高減去持荷后所測(cè)標(biāo)高），用總沉降量（即支架持荷后穩(wěn)定沉降量）減去彈性變形量為支架和地基的非彈性變形（即塑性變形）量。預(yù)壓完成后要根據(jù)預(yù)壓結(jié)果并結(jié)合箱梁張拉后上拱量，調(diào)整支架標(biāo)高來設(shè)置梁的預(yù)拱度。

2.5 預(yù)拱度設(shè)置

在支架上澆筑箱梁混凝土施工過程中和卸載后，箱梁要產(chǎn)生一定的撓度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在確定預(yù)拱度時(shí)應(yīng)考慮下列因素：支架在荷載作用下的彈性壓縮；支架在荷載作用下的非彈性變形，由砼徐變引起的徐變撓度。根據(jù)支架變形及施加預(yù)應(yīng)力時(shí)梁所產(chǎn)生的上拱度相加（考慮正負(fù)區(qū)別）所計(jì)算出來的預(yù)拱度之和，作為預(yù)拱度的最高值，設(shè)置在梁的跨徑中點(diǎn)。其他各點(diǎn)的預(yù)拱度以中點(diǎn)為最高值，按二次拋物線分配。根據(jù)計(jì)算出來的箱梁底標(biāo)高對(duì)預(yù)壓后的箱梁底模標(biāo)高重新進(jìn)行調(diào)整。

3 施工注意事項(xiàng)

用滿堂支架支撐進(jìn)行箱梁施工時(shí)，必須使地基承載力符合設(shè)計(jì)要求，支架搭設(shè)必須按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施工，嚴(yán)格控制鋼管垂直度、支架接頭的牢固性、支架頂托撐的平整度等。加載預(yù)壓過程中應(yīng)密切注意支架變形，加載時(shí)必須按照四級(jí)對(duì)稱加載的順序進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，對(duì)于客運(yùn)專線支架預(yù)壓地基非彈性變形量及彈性變形量雖然沒有明確的硬性規(guī)定，但是按常規(guī)來說，支架預(yù)壓地基非彈性變形都不宜超過10mm，彈性變形不宜超過12mm。在灞河特大橋529#～532#墩滿堂支架施工中，加載預(yù)壓后的支架及地基非彈性變形僅為4～5mm，彈性變形為5～8mm，地基基本無沉降，均在受控范圍。說明本文針對(duì)客運(yùn)專線連續(xù)梁滿堂支架施工技術(shù)及工程質(zhì)量的控制措施著實(shí)有效，切實(shí)可行。建議將本文所述的施工控制方案推廣應(yīng)用到更多工程項(xiàng)目中，使其在實(shí)踐中進(jìn)一步優(yōu)化、修正，趨于完善。

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