現澆橋梁蓋梁支架施工設計研究

劉兆軍

（中鐵二十四局集團有限公司，上海 200071）

0 引言

“十四五”規劃以來，我國公路和城市建設規模不斷發展，現已經處于世界領先水平。目前我國城市建設中城市智慧快速路正在高速發展，城市智慧快速路建設中無論采用預制拼裝還是傳統的現澆，都離不開支撐體系，而支撐體系在工程建設中起到至關重要的作用，支撐體系的安全是工程建設中安全重要的一環。為了工程建設中支撐體系安全得以保障，大量學者對工程建設中支撐體系的計算進行了相關研究，并開發了相應的計算軟件；同時，《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）[1]、《建筑施工臨時支撐結構技術規范》（JGJ 300—2013）[2]和《路橋施工計算手冊》對地基承載力和支撐體系安全性、穩定性做了相應的規定。

目前，對現澆蓋梁支撐體系的設計主要是根據結構的特點和工程環境直接設計支撐體系，根據施工經驗對支撐體系設計好后進行驗收，在施工過程中這兩種方法比較常用。本文依托紹興市越東路及南延段智慧快速路工程Ⅱ標段上跨蕭甬鐵路工程現澆蓋梁支撐體系作為背景，研究現澆蓋梁支撐設計。

1 工程概況

1.1 項目概述

紹興市越東路及南延段智慧快速路工程Ⅱ標段上跨蕭甬鐵路工程位于浙江省紹興市越城區，北起前趙大橋交叉口，南至人民東路交叉口，高架樁號范圍K14+685.844—K16+278，總長1.59km。工程范圍內高架上跨現狀蕭甬鐵路、現狀大帝山立交，在人民東路交叉口北側設一對平行上下匝道。

工程范圍內蓋梁為現澆預應力混凝土蓋梁，主要有主線橋跨墩門式蓋梁、單墩雙柱GL1 型懸臂式蓋梁、組合型蓋梁及匝道橋單墩單柱GL2 型懸臂式蓋梁四種類型，尺寸、跨度不同的非標準型蓋梁很多，且設計上跨既有道路、水中墩、ZX7-ZX8#墩臨近營業線，受防洪、道路通行、地形等影響，支架設計施工難度大。新建陸上墩大部分位于既有二環東路上，考慮道路交通影響，支架采用鋼管作為支撐柱，采用HN700mm×300mm 的型鋼作為主梁，設置門洞式支架，本文以組合型支撐體系為研究對象。現澆蓋梁代表尺寸類型及支架統計詳見表1。

表1 現澆蓋梁代表尺寸類型及支架統計表

1.2 工程地質

擬建場地屬蕭紹濱海和沉積平原地貌單元，上部為新近堆積的填土、湖沼和沉積的黏性以及海相沉積的淤泥質軟主層，中、下部為沖湖相、河湖相沉積的黏性土層及砂層，下伏基巖為上侏羅系磨石山組（J31）火山碎屑巖，巖性為凝灰巖。

2 現澆蓋梁支架結構

2.1 支撐架組成

總體結構采用鋼管加工字鋼設置門洞式支架。支架整體設置5 排鋼管，每排設2 根鋼管。支撐柱采用φ325mm、δ12mm 鋼管，支撐柱置于橋墩承臺、現澆混凝土基礎上。支撐柱頂主梁采用HN700mm×300mm 的型鋼。主梁上采用I25a 工字鋼作為分配梁，長4.0m，間距50cm。

2.2 現澆蓋梁模板

ZX26#墩蓋梁形式、跨度相同，蓋梁長49.8m，寬2.6m，線路中心處高2.8m，底部坡度為0，頂部為2%人字坡。

3 現澆蓋梁荷載取值

模板支架設計時考慮的荷載標準值詳見表2，鋼材的強度設計值與彈性模量詳見表3。模板支架的荷載分項系數：永久荷載分項系數取1.35；可變荷載分項系數取1.4[3]。

表2 現澆蓋梁荷載取值表

表3 現澆蓋梁荷載取值表

4 現澆蓋梁支架承載力計算

ZX26#墩蓋梁形式、跨度相同給，蓋梁長49.8m，寬2.6m，線路中心處高2.8m，底部坡度為0，頂部為2%人字坡。

4.1 底模受力驗算

底模表面采用2440×1220×18mm 竹膠板，小楞采用8×10cm 的方木，間距20cm，取混凝土高度最高部分2.8m 驗算[4]。

模板受力按3 跨連續梁模式進行計算，每跨跨度均為0.2m。計算寬度取1m，模板受到的線荷載為q=G’×1m=107.52kN/m。見圖1：受力圖。

圖1 受力圖（單位：kN/m）

4.1.1 彎矩計算

見圖2：彎矩圖。

圖2 彎矩圖（單位：kN·m）

4.1.2 剪力計算

見圖3：剪力圖。

圖3 剪力圖（單位：kN）

4.1.3 彎曲應力強度驗算

4.1.4 剪應力強度驗算

4.1.5 撓度驗算

故模板的強度剛度符合要求。

4.2 小楞受力驗算

小楞采用8×10cm 的方木，置于分配梁上，分配梁采用工字鋼，工字鋼間距50cm，立柱外側工字鋼間距20cm。取立柱間的方木按連續三跨進行驗算，該處方木間距20cm，梁高取最高2.8m[5]。

由上述（工字鋼間距50cm，立柱外側工字鋼間距20cm，q=G’×0.2m=21.50kN/m）可知：

4.2.1 彎曲應力強度驗算

4.2.2 剪應力強度驗算

4.2.3 撓度驗算

方木的慣性矩：I=666.67cm4

故8×10cm 方木小楞強度、剛度符合要求。

4.3 分配梁受力驗算

配梁采用I25a 工字鋼，間距50cm。

I25a 工字鋼截面參數：A=48.5cm2，I=5017cm4，W=401cm3，單位重38.1kg/m，鋼管支撐柱中心距2.9m。

為簡化計算取蓋梁高度2.8m，按簡支梁模式驗算分配梁承載力[6]。

4.3.1 彎矩、剪力計算

4.3.2 彎曲應力強度驗算：

截面抵抗矩：W=401cm3

4.3.3 剪應力強度驗算

4.3.4 撓度驗算

故I25a 工字鋼分配梁強度、剛度符合要求。

4.4 支架受力驗算

總體結構采用鋼管加工字鋼設置門洞式支架。其中，設置5 排鋼管，每排設2 根鋼管。采用φ609mm、δ16mm 鋼管，立柱處支撐柱均置于橋墩承臺上，其他均設置于鋼筋混凝土基礎上。主梁采用HN700mm×300mm 的型鋼，主梁與支撐柱間設鋼砂箱作為落架支座[7]。

4.4.1 主梁受力驗算

主梁采用兩根HN700mm×300mm 的型鋼，型鋼間距2.9m。

HN700mm×300mm 型鋼截面特性：A=235.5cm2，I=201000cm4，W=5760cm3，單位重185kg/m。

型鋼選用Q235 鋼材，取抗拉、抗壓、抗彎強度f=215MPa，抗剪強度fv=125MPa。

每延米模板、分配梁、主梁自重G2=5×2.6+5×0.381/0.5+1.85×2=20.51kN/m。

施工人員及設備：q1=2.6×1=2.6kN/m（支架計算不納入）。

振搗混凝土時的荷載：q2=2.6×2=5.2kN/m。

4.4.2 截面1：蓋梁高2.2m（x=1m）

單根工字鋼受力：

4.4.3 截面2：蓋梁高2.24m（x=2.8m）

單根工字鋼受力：

4.4.4 截面3：蓋梁高2.73m（x=27.5m、34.3m）

4.4.5 截面4：蓋梁高2.73m（x=29.5m、32.3m）

4.4.6 截面5：蓋梁高2.8m（x=30.9m）

4.4.7 截面6：蓋梁高2.48m（x=47m）

4.4.8 截面7：蓋梁高2.44m（x=48.8m）

由上可知

綜上所述，該工字鋼承載力符合要求。

支座反力 R1=569.6kN，R2=1259.6kN，R3=1068.2kN，R4=466.6kN，R5=1153.6kN，R6=661.5kN。

4.4.9 鋼管支撐受力驗算

支撐柱采用φ609mm、壁厚為16mm、Q235 材質鋼管。幾何特征為：橫截面面積A=299cm2，q=234.4kg/m，橫截面慣性矩I=131782cm4，回轉半徑i=21cm。

單根鋼管承受荷載為Qmax=1259.6kN，鋼管長度Lmax=1370cm。

長細比λ=1370/21=65.2，承載力折減ψ=0.780。

其承載能力[f]=（215×103）×（299×10-4）×0.78=5014.2kN＞1259.6kN

承載能力符合要求。

5 現澆蓋梁地基承載力計算

鋼管立柱底腳優先布置與承臺上，其他采用鋼筋混凝土基礎。

鋼管支撐柱1、4 立于承臺上不需驗算地基承載力，鋼管支撐柱2、3、5 需進行地基承載力驗算。鋼筋混凝土基礎厚25cm，基底換填50cm 厚宕渣，基底地基承載力取100kPa。

鋼管自重G3=13.7×2.344=32.1kN；

N2=806.4+32.1=838.5kN，下設5×5m 鋼筋混凝土基礎(一排2 根共用)；

N3=923.2+32.1=955.3kN，下設5×5m 鋼筋混凝土基礎(一排2 根共用)；

N5=446.5+32.1=478.6kN，下設3×5m 鋼筋混凝土基礎(一排2 根共用)；

Pk2=N2/ A2=838.5 × 2 × 103/（25 × 103）=67.08kPa＜100kPa；地基承載力滿足要求；

Pk3=N3/ A3=955.3 × 2 × 103/（25 × 103）=76.42kPa＜100kPa；地基承載力滿足要求；

Pk5=N5/ A5=478.6 × 2 × 103/（25 × 103）=63.81kPa＜100kPa；地基承載力滿足要求；

綜上所述，該支架承載力符合要求、地基承載力符合要求。

6 結論

通過對現澆蓋梁支架的施工設計研究得出以下結論：

一是為保障現澆蓋梁施工安全，現澆梁所使用的底模、方木、分配梁以及主梁的最大彎曲應力強度、剪應力強度和撓度需要滿足《建筑施工臨時支撐結構技術規范》（JGJ 300—2013）中的要求。

二是現澆蓋梁支架體系的支撐的極限承載力需滿足要求。

三是現澆蓋梁支架體系中的地基承載力需要滿足《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）的相關要求。