高架橋連續箱梁施工中臨時支撐體系設計及應用

蘭中海 劉曉光 趙玉磊

摘 要：我國交通建設發展的速度是我們可以看到的，國內各區域高速公路網建設也逐步完善并穩步發展，高速公路高架橋施工結構及外觀質量也逐步提高了，但還存在著一些問題，例如，橋梁非結構性裂縫（塑性裂縫、溫差裂縫、長期干縮裂縫、龜裂縫等）、混凝土表面不平整等問題，這些橋梁施工的常見問題對結構安全和使用上是有直接影響的。

關鍵詞：高架橋；鋼筋混凝土；現澆連續箱梁；臨時支撐體系

1 前言

隨著我國公路建設的快速發展，對連接高速公路的橋梁施工工藝也相應的提高。為了適應我國公路發展需求的變化，建設出質量更高、適用性更強的橋梁結構，一種新的橋梁結構———先簡支后連續粱橋應運而生。這種新型結構的公路橋梁結合了我國傳統的簡支橋梁與連續橋梁的特點，在實際的建筑工程中大大提高了橋梁的質量，節約了橋梁建設的成本，因此被廣泛的應用于我國現代公路橋梁的建設中。

2 連續箱梁施工技術工藝

2.1 地基處理

由于高速公路高架橋建設大部分位于野外，地質條件復雜，地基承載力較小。為了防止在箱梁施工過程中支架地基發生沉降的情況，需要對承載力不足的地基進行處理，常采用的方法為換填法。即挖除非適用材料后，可采用石灰土或低劑量水泥土分層填筑碾壓夯實，分層厚度不大于20cm，這樣可以保證每一層的碾壓質量，確保地基承載力滿足設計及規范要求。

2.2 模版支架搭建

對于碗扣式的滿堂支架工程，支架在搭設之前，先要做的就是在起點和終點把軸線放出來，在曲線半徑較小的地方，把支架從中間分成兩斷，要求支架的軸線要和這一段箱梁結構的中心線上的起點和終點達到重合的狀態。然后再對其進行連接，按支架立桿設計間距在垂直于軸線的左右兩個方向都放上混凝土墊塊、底托。把這些每個段的支架縱向和橫向都控制到基本處于一個平面的情況下就可以搭設支架了。

箱梁滿堂支架布置間距為縱橋向1.0m，橫橋向1.0m，支點附近支架需加密間距0.4×0.5m；縱橫向水平鋼管每層門架設一層，支架底、上設掃地桿和收頂桿，支架橫向每隔三排設剪刀撐一列：測量放樣→安裝底托調平→安裝底層門架→安裝縱橫水平鋼管→安裝上層門架→安裝調節桿→安裝頂托調平→安裝剪刀撐及斜撐。

2.3 支架預壓

支架預壓就是指支架搭設后對其進行預壓，主要目的就是可以準確的檢驗出支架以及地基上的強度以及其的穩定性，從而消除整個支架可能會產生的一些彈性和非彈性變形以及地基變形。預壓的過程就是進行精確的測量的過程，可以測出梁段荷載作用下可能會出現的一些變形的情況。對于外側支架在其兩米處一定要設置一定的防護措施，用來防止遇到雨雪天氣時雨水流入支架內部，從而導致支架地基變形甚至是下沉。預壓完成以后需要對整體支架進行一定的調整，確保其符合支架設計技術標準和要求。

3 臨時支撐體系、臨時支座設計

高架橋預應力混凝土連續箱梁頂寬9.0m，底寬5.0m，兩側懸臂長各2.0m，懸臂板端部厚20cm，根部厚60cm。箱梁中心線處根部高度5.2m，跨中高度2.6m，37m邊跨梁高2.6m，箱梁根部底板厚70cm，跨中底板厚28cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按2.0次拋物線變化。箱梁腹板根部厚70cm，跨中厚50cm，利用一個箱梁節段直線變化，箱梁頂板厚度28cm。箱梁澆筑分段長度依次分別為：0號段8.0m+3×3.0m+4×3.5+4×4.0m，累計懸臂施工長度43.0m，懸臂澆筑梁段最大控制重量約為970kN，邊跨和中跨合攏段長采用2m，左邊跨滿堂支架現澆段長5.88m，右邊跨及37m跨滿堂支架現澆段長42.92m。

3.1 施工場地布置

3.1.1 施工便道

由于本工程位于石家莊市區，空間狹窄，跨越多條城市主干道，匝道與多條道路交叉，施工道路通行尤其重要，施工便道沿橋梁紅線范圍內設置，道路在原有地面基礎上，平整道路地面，地面鋪設石屑，灑水夯實碾壓后即可通行。

3.1.2 生產生活設施

鋼筋加工，就近平整場地，現場加工制作。

石家莊市和平路高架西延伸工程和平路-西二環立交NE匝道項目分部設在石家莊市科融商業綜合大廈后院，租賃民房進行裝修改造以滿足日常辦公、住宿的需求。現場施工作業人員在現場設置簡易房辦公住宿。

3.1.3 臨時用電

石家莊市和平路高架西延伸工程和平路-西二環立交NE匝道在古中山公園引電。

3.1.4 混凝土拌合站

本標段使用北京城建銀龍混凝土有限公司石家莊分公司攪拌站具備C50混凝土制備條件，可滿足連續梁施工。北京城建銀龍混凝土有限公司石家莊分公司混凝土制品中心，位于石家莊市石青公路附近，360攪拌機組，分2個320t水泥罐倉，2個180t粉煤灰罐倉，2個30t外加劑倉，砂子料倉3個，骨料存放倉6個。攪拌站至石家莊市和平路-西二環立交NE匝道連續梁工點約13公里，使用12m3混凝土罐車，運輸時間約30min，滿足使用要求。

3.2 臨時支撐體系布置

臨時支撐體系由支撐鋼管（Φ800mm×15mm）與預應力體系共同組成，是箱梁懸臂施工中的主要受力構件。當箱梁兩懸臂偶爾出現不對稱荷載作用時，是保證本橋施工安全及懸臂傾覆穩定的重要措施。

墩身縱橋向方向每側設置兩排鋼管（Φ800mm×15mm），每排鋼管3根，共計12根支撐鋼管。墩身每側兩排鋼管順橋向凈距1000mm，內側鋼管距墩身1300mm。鋼管之間采用雙向[20a槽鋼做為連接系。順橋向中間兩排鋼管與墩身連接，連墻件采用雙向[20a槽鋼，墩身施工時提前預埋鋼板。每根鋼管位置埋入4根Φ32精軋螺紋鋼、錨具、波紋管及螺旋筋，精軋螺紋鋼埋入承臺深度分別為0.8m、1.0m、1.2m、1.5m。另一端在箱梁底板內張拉錨固。鋼管與承臺法蘭盤焊接后，鋼管內灌注C50混凝土。

3.3 臨時支座布置

臨時固結支座主墩每墩各2個，每個尺寸為5m×0.35m×0.5m（長×寬×高）。現澆C50混凝土。設平均層距5cm的加強鋼筋網。

3.4 荷載計算

各段梁體參考數見表1。

3.4.1 最大豎向支反力計算：

恒載：梁體重11241×2=22482kN；

活載：掛籃重490×2=980kN；

機具、人員、材料按500kN考慮；

最大豎向支反力為：

1.2×22482+1.4×（980+500）=29052.8kN

3.4.2 縱橋向最大不平衡彎矩計算：

依據設計要求，假定兩種最大不利工況：

（1）假定11#梁段澆筑過程中出現兩端施工進度不對稱，即一端已澆筑完成，另一端澆筑一半；（2）澆筑11#梁段完成掛籃在對稱移動過程中一側突然墜落。

計算知假定工況a時，中支點處最大不平衡縱橋向彎矩為：15348kN·m，假定工況b時，中支點處最大不平衡縱橋向彎矩為：21070kN·m，故，縱橋向最大不平衡彎矩取21070kN·m為計算依據。

3.4.3 橫橋向最大不平衡彎矩計算：

由于主梁不是在一條直線上，所以會產生橫橋向彎矩，最大偏心距離為0.7m，中支點處橫橋向最大不平衡彎矩估算值為：

29052.8×0.35=10169kN·m。

4 臨時支撐體系檢算

4.1 荷載分布情況

4.1.1 臨時固結支墩彎矩荷載

根據要求，Φ32精軋螺紋鋼應能承受中支點處縱橋向最大不平衡彎矩21070kN·m和橫橋向最大不平衡彎矩10169kN·m，因臨時固結支墩分布于兩支座處，于橫向中心線分兩處進行外力縱橋向彎矩加設，于縱向中心線分兩處進行橫橋向彎矩加設。縱橋向不平衡彎矩引起的臨時支墩每處支反力大小為：21070kN·m/2.95/6=1190kN，其中一側受拉一側受壓。橫橋向不平衡彎矩引起的臨時支墩每處支反力大小為：10169kN·m/1.45/4=1753kN，其中一側受拉一側受壓。

4.1.2 臨時固結豎向荷載

根據設計要求，最大豎向支反力29052.8kN由12個臨時支墩與2個臨時墊塊共同支承，橋墩臨時固結支座按最不利工況進行檢算，即只考慮臨時支墩承擔荷載，臨時支墩每根鋼管處支反力大小為：

29052.8kN/12=2421kN。

4.2 臨時固結強度檢算

根據“臨時固結布置圖”，臨時固結800mm直徑壁厚15mm輔助鋼管柱作為臨時固結措施。鋼管柱的抗壓設計強度fy為210MPa，臨時固結面積為π[×]（0.82-0.772）/4=0.03699m2，則單根鋼管柱的抗壓力為：[R=fy×A=7764KN]C50混凝土的抗壓設計強度fc為23.1MPa，臨時固結面積為π[×]0.772/4=0.4656m2，則混凝土的抗壓力為：

[R=fc×A=10750]kN

臨時支墩抗壓檢算：

7764+10750=18514kN>2421+1753+1190=5364kN

故臨時固結抗壓強度滿足要求。

在最不利彎矩作用下，臨時支墩承受的最大豎向拉力為：1753+1190-2421=522kN，單個臨時支墩體系共設4根Φ32精軋螺紋鋼，則單根螺紋鋼受的最大拉應力為：522KN/（4×803mm2）=163MPa，小于設計應力770MPa，滿足施工要求。

故臨時支墩抗拉強度滿足要求。

為保證施工安全，建議必須嚴格控制不平衡重量，同時在澆筑合攏段時，采取有效措施，保證邊直段盡快參與整體受力。

4.3 鋼管柱穩定性檢算

鋼管柱按一端固定一端鉸接的軸心壓桿計算，其穩定性計算公式為：

[[σ]=φf]

式中：

[φ]——壓桿的穩定系數；

fy、fc——材料強度設計值，Q235和C50分別取210和23.1MPa。

鋼管柱的最大長度為10m，故長細比為35，穩定系數[φ]查表得0.952，所以：

[[σ]y=φfy=0.952×210=199MPa]

[[σ]c=φfy=0.952×23.1=22MPa]

R=[φ][×]fy[×]Ay+[φ][×]fc[×]Ac=17604kN>5364kN

所以鋼管柱穩定性滿足要求。

5 混凝土澆筑施工

對于混凝土澆筑施工方面也要遵守一定的順序進行施工。首先是對橫梁和腹板進行澆筑，然后是底板，最后是腹板的補料和頂板的混凝土澆筑。每一個澆筑段都要對其進行相對應的澆筑方式，混凝土采用罐車運輸、泵車泵送。對于橫梁這一澆筑段，當澆筑到三分之二的時候，就要開始對箱梁的腹板混凝土進行澆筑，每一次的腹板澆筑長度為一跨，腹板混凝土的澆筑中采用的方式要是分層澆筑，控制好每一層的混凝土的厚度要求在30厘米內，并且保證兩側的混凝土的澆筑高度一致。

對于頂板混凝土的澆筑，在混凝土澆筑之前，要具體的標出頂板混凝土的標高。對于頂板的收面可以分為三個部分，前提是在頂板的混凝土上放料之后，第一根據設計的標高，人工的用鐵鍬將混凝土弄平，使其平整，第二是要用尺子根據理論上的標高橫向的收面，人工進行補料的配合，從而控制好混凝土的表面的標準高以及保證混凝土表面的平整性，第三部就是人工在混凝土初期凝固之前，用工具進行二次壓面，從而消除混凝土表面以下比較細小的裂縫等，完成后用笤帚進行拉毛。還有一個重要的點就是混凝土初期凝固后要對工程進行合理的養護，具體的養護過程是在初步凝固的時候可以塑料膜覆蓋或采用麻袋片覆蓋，并通過灑水的方式進行養護，每天灑水的次數控制在三到四次，一定要保證混凝土表面不可以出現干燥的狀況，對于養護的天數需根據現場天氣情況及規范要求以及混凝土強度增長情況而定。通過以上的施工過程的具體分析以及各個工序質量的控制，會使得整個施工過程都達到很好的施工效果。會大大提高我國高速公路高架橋鋼筋混凝土現澆連續箱梁施工技術。

6 總結

綜合上面所講，高速公路建設在飛速發展的歷程中，對于其鋼筋混凝土現澆連續箱梁的施工過程中，施工方法和技術都對整個工程有著十分重要的作用；在這些方法掌握的基礎上，還需要做的就是要研究和探討出一些比較創新的施工方法，可以對施工工程的質量做到保證，還能夠節約一些施工中所用到的材料和資源，縮短工期，使整個工程不僅外觀好，質量好，還可以達到更加的經濟效果。

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