現澆箱梁支架設計及施工控制分析

許 超,陸 婷

（東棟宏業建設集團有限公司,浙江 嘉興 314400）

0 引言

公路橋梁的大規模應用引起了人們對其施工質量的重點關注。大部分跨河、跨路、互通立交等橋梁工程難以通過預制結構進行有效構建。現澆箱梁施工具備靈活性高、適用性廣等優點，在復雜環境中應用較廣。現澆箱梁支架設計及施工控制是橋梁建設中的重要組成部分，支架方案通常由施工單位設計及實施。支架設計方案需要充分結合施工質量、進度要求及實際環境特點來開展，支架方案的合理性決定了橋梁工程建設穩定安全及后續運營的社會經濟效益。

1 工程概況

該項目位于浙江省海寧市，起點樁號為K1+724.5，跨航橋梁中心樁號為K2+000，終點樁號為K2+500，路線全長775.5 m。其中，新建黃家門橋長600 m/1座，跨徑分布為7×25 m+（55 m+90 m+55 m）+9×25 m，上部結構為連續箱梁和T梁，下部結構為實體墩、柱式墩、樁基礎，橋涵設計汽車荷載等級為公路Ⅰ級。下部構造采用柱式墩結構形式，基礎為承臺群樁基礎，主墩下部共設3根立柱，立柱斷面尺寸為3 m×3 m，三柱共用實體承臺，臺厚3.5 m，共設16根D150 cm鉆孔灌注樁；主橋上部結構采用三跨預應力混凝土連續箱梁，孔跨布置為（55+90+55）m，主橋全長200 m，橫斷面采用整幅橋布設方式，橋面總寬與路幅寬度一致為26 m。箱梁斷面采用單箱雙室布置，挑臂長度4.5 m，箱室總寬17 m。箱梁根部高度5.5 m，高跨比1/16.36，跨中高度2.7 m，高跨比1/33.33，跨中至根部梁高按1.8次拋物線進行漸變；箱室頂板厚度30 cm；底板厚度按1.8次拋物線由跨中30 cm漸變至根部80 cm；腹板厚度按50 cm—70 cm—90 cm由跨中至根部分三次變化。主橋箱梁采用C50混凝土，連續箱梁采用懸臂澆筑法對稱施工，0#塊節段長度12 m，在盤扣支架上澆筑施工，其余分為10對梁段，采用掛籃對稱平衡施工[1]。

2 0#塊支架設計

2.1 設計要點

該項目0#塊施工用支架主要為滿堂式盤扣鋼管支架，0#塊箱梁底板高度為5.2 m，支架體系立桿主要為以下幾種類型：60×3.2×2 000 mm、60×3.2×1 000 mm、60×3.2×1 500 mm。支架立桿按照以下方式進行布置：橫橋向腹板采取60 cm等間距進行布置，底板則分別依照60 cm、120 cm開展間隔布置；順橋向腹板以60 cm等間距進行布置，底板則分別依照60 cm、120 cm間隔布置。支架體系水平桿步距設定為150 cm。支架布置示意圖如圖1～2所示。支架體系采取套管承插連接立桿，斜桿、水平桿采用接頭和桿端進行連接盤銜接處理，通過楔形插銷進行結構連接，最終形成整體幾何不變體系；該鋼管支架主要包括水平桿、立桿、斜桿、可調托座、可調底座等，具備以下應用優勢：強度剛度穩定性較高、抗扭轉能力強、施工安全系數大，且能夠實現工具化、模塊化施工，施工效率較高。相對于傳統支架，盤扣架能夠顯著節約鋼材用量，優化承載力，縮減各項成本支出，施工支架沒有較多的零散化配件，結構運輸方便；支架構建多差球鍍鋅防腐技術，具備較長的使用壽命，復雜環境適應性高[2]。

圖1 0#塊支架平面布置圖

2.2 支架驗算

2.2.1 施工荷載取值

0#號塊截面分為兩部分，一部分為墩頂截面，長度為3 m，梁高5.5 m。另一部分為懸臂端截面，截面兩側長度各為4.5 m，梁端高度為4.989 m。該橋腹板與底板垂直，忽略腹板應力，只對懸臂端進行驗算。經斷面法計算，一側懸臂端的混凝土工程量為186.44 m3。荷載取值如下：混凝土自重荷載N1:混凝土容重25 kN/m3；鋼筋自重荷載1 kN/m3；模板系統荷載1.5 kN/m2；施工人員、施工料具荷載2.5 kN/m2；混凝土振搗時產生的水平荷載2 kN/m2、垂直荷載2 kN/m2；新澆混凝土對側模的壓力水平荷載2 kN/m2、垂直荷載2 kN/m2；支架自重荷載0.2 kN/m。模板結構相關計算荷載組合如表1所示，其中，荷載分項系數:自重荷載取1.3，活載取1.5。剛度計算時取1.0[2]。

圖2 0#塊支架橫斷面布置圖

表1 模板結構計算荷載組合

2.2.2 支架驗算

模板施工前，先在支架頂托上橫橋向鋪設I12.6熱軋普通工字鋼，再在熱軋普通工字鋼上縱向布置間距為20～30 cm的規格為（10×10）cm方木，最后安裝箱梁底模。箱梁底模、內模板均采用規格為122 cm×244 cm×1.5 cm的高強度竹膠板。0#塊側面模板體系面板采用δ=6 mm鋼板，橫向肋采用8#熱軋普通槽鋼，間距為300 mm。支撐架桁架弦桿、直腹桿和斜腹桿采用10#熱軋普通槽鋼，每個模板單元寬度組成為4 300 mm+3 600 mm+4 300 mm，每個單元寬度模板設置四道桁架支撐。該方案中，盤扣支架箱梁底板下的高度約5.2 m。

（1）單根軸向力。懸臂端腹板處盤扣支架縱向間距為60 cm，橫向間距為60 cm，荷載計算如下：恒載N1=49.5 kN、N2=2 kN、N3=0.54 kN、N7=1.04 kN；活載：N4=0.9 kN、N5=0.72 kN。根據《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB50068—2018）：荷載分項系數恒載取1.3，活載取1.5。則單根支架最大豎向荷載為：N=71.4 kN。懸臂端底板、頂板厚度最大處盤扣支架縱向間距為60 cm、橫向間距120 cm，則底板下支架荷載計算如下：恒載N1=42.3 kN、N2=1.7 kN、N3=1.1 kN、N7=1.04 kN；活載：N4=1.8 kN、N5=1.44 kN。根據《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB50068—2018），荷載分項系數恒載取1.3，活載取1.5。則單根支架最大豎向荷載為：N=65 kN。根據《建筑施工承插型盤扣件鋼管支架安全技術規程》（JTJ231—2010）的規定，模板立桿的計算長度取1.91 m[2]。

（2）立桿穩定性。根據《建筑施工承插型盤扣件鋼管支架安全技術規程》（JTJ231—2010）的規定，單根立桿的穩定性計算公式為：

式中，A——立桿橫截面積，571 mm2；φ——軸心受壓桿件穩定系數；f——鋼材強度設計值，300 MPa。

由于底板下支架高度小于8 m，且為敞開式支架，無須考慮風荷載。立桿細長比的計算：

式中，h——立桿計算高度，立桿的高度取值為1.91 m；i——立桿回轉半徑，2.01。細長比經計算為95，軸心受壓桿件穩定系數0.512。

由以上可知，單根立桿的最大軸向力為71.4 kN，則：N/φA=270 MPa≤300 MPa，滿足要求。

（3）地基承載力。承臺施工時開挖的工作面基坑用宕渣進行分層夯實回填，壓實度為95%，回填范圍為承臺頂面往下20 cm處，然后在宕渣頂面澆筑20 cm厚度C25混凝土；非承臺基坑回填范圍的地基先換填80 cm厚宕渣，壓實度為95%，然后再澆筑20 cm厚度C25混凝土。宕渣分層回填碾壓后測量地基承載力，要求地基承載力不小于300 kPa，然后采用C25混凝土硬化，硬化厚度為20 cm。支架地基處理完成后，在其四周設置（60×60）cm排水溝。由《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362—2018），C25混凝土軸心抗壓強度設計值11.5 MPa，支架底部設置150 mm×150 mm的底托，單根立桿的最大軸向力為71.4 kN，則支架底托對混凝土表面的壓力為3.2 MPa＜11.5 MPa，混凝土受壓應力擴散角度取45°，則混凝土對地基的壓力286 kPa＜300 kPa。實際施工中，承臺外圍的支架位于T構的梁端，立桿的最大軸向力還要小于計算取值71.4 kN，地基承載力滿足要求。

3 0#塊支架施工控制

3.1 支架搭設

該0#塊盤扣支架搭設按照如下流程開展：支架底座安裝之前，需要對箱梁的縱向位置進行準確測量，設置好通線；依照箱梁縱向中心位置，對豎桿位置在承重梁上進行準確標示；在不同標點設置可調式底座；在首個水平層高位置搭設過程中，立桿、橫桿聯結成整體之后，則需要調平底座；搭設階段需要確保支架縱橫排位于同一個平面上，依照設計圖紙拼裝至最終位置；因橋梁有一定的縱坡或橫坡，所以各孔的高度不相等，可采用搭配短頂桿的辦法調整，但必須滿足梁底的作業空間；安裝支架頂的方木，要控制好方木頂面的線形，調整后標高與方木頂面設計標高相符，調整的方法是旋動“可調頂托”。剪刀撐采用Φ60×3 mm配套盤扣鋼管，支架全部設置斜桿（剪刀撐），與水平線夾角45°～60°。掃地桿距地面高度為25 cm，結合水平剪力撐處理；距頂托20 cm處設置一道橫桿[4]。

3.2 地基處理

承臺施工時開挖的工作面基坑用宕渣進行分層夯實回填，壓實度為95%，回填范圍為承臺頂面往下80 cm處，然后在宕渣頂面澆筑20 cm厚度C25混凝土；非承臺基坑回填范圍的地基先換填80 cm厚宕渣，壓實度為95%，然后再澆筑20 cm厚度C25混凝土；支架地基承載力經計算，要求的地基承載力為300 kPa，處理完成后委托第三方試驗室進行地基承載力檢測，在其四周設置（60×60）cm排水溝[5]。

3.3 支架預壓

預壓試驗程序：支架搭設完成→試驗準備（技術交底、施工組織等）→支架搭設驗收→預壓前聯合檢查→觀測點布設→分級加載→沉降觀測、分析數據→全面檢查→卸載→觀測數據分析、整理→投入前全面聯合驗收→投入使用。加載材料袋裝碎石，配置平板車3輛，吊機2臺，5 m塔尺，DS2水準儀，經計算，一側0#塊T構預壓總重為634.6 t。

壓載試驗方法如下：根據鋼管滿堂支架預壓技術規程規定，支架預壓應分級預壓且不少于3級，項目部計劃在鋪設好底模的支架上加載，按設計規定的超載系數，加載時按具體部位荷載進行加載，橫斷面主要在0#塊腹板位置增加堆載，底板位置可以適當減小堆載，縱斷面上為中橫梁位置增加堆載。項目選用袋裝碎石進行加載，按照以下重量進行加載：25%、50%、75%和100%的加載總重，且加載之后需要保持3 h的靜止，對地基、支架沉降變形進行測定記錄。支架預壓完成之后，則需要及時進行沉降量的監測，滿足技術允許范圍之后才能夠進行堆載卸載處理；支架卸載工作開展之前需要進行支架整體回彈變形測定，鋪設底板過程中需要在跨中設計預拱度（1～2 cm之間，兩次拋物線變化）[6]。

4 總結

現澆箱梁工程在城市橋梁建設中應用數量較多，現澆箱梁支架方案對后續橋梁工程施工的結構內力、變形要求具有重要意義。箱梁施工中往往存在支架安全系數偏下、位移變形較大、預拱度不足、布置不合理等缺陷，繼而引發橋梁工程安全事故。支架方案設計是確保現澆箱梁工作開展的關鍵環節。該文依托具體橋梁工程項目對0#塊現澆箱梁支架方案進行了設計及驗算，并且對支架施工控制關鍵工序進行了分析，能夠為橋梁建設提供重要的理論參考。