高鐵特大連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆段支架搭設(shè)及預(yù)壓施工技術(shù)控制
2017-07-17
1 工程概況
某高鐵特大橋為48 m+80 m+48 m三跨預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁體系，全長177.5 m，連續(xù)梁梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12 m，箱梁底寬6.7 m。頂板厚度除梁端附近外均為40 cm；底板厚度40 cm至100 cm，按直線線性變化；腹板厚48 cm至60 cm，按折線變化。全聯(lián)在端支點、中跨中及中支點處共設(shè)5個橫隔板，橫隔板設(shè)有空洞，供檢查人員通過。邊跨現(xiàn)澆段共用C50混凝土96.318立方，鋼筋17.405噸。
邊跨現(xiàn)澆段連續(xù)箱梁支架采用碗扣式鋼管腳手架搭設(shè)，該支架搭設(shè)速度快，受力性能及穩(wěn)定性好，單根立桿承載力可達(dá)3t，為近期國內(nèi)較普便使用的多功能新型建筑材料。
2 支架搭設(shè)的前期準(zhǔn)備
2.1 技術(shù)準(zhǔn)備
開工前需對支架搭設(shè)的橫向、縱向、豎向三個方向碗扣腳手架的間距和高度進(jìn)行排列，根據(jù)本現(xiàn)澆箱梁段寬度跨距確定出支架的縱向、橫向的計算間距，再由所在位置的地基標(biāo)高和箱梁底的設(shè)計標(biāo)高確定出立桿的計算高度，初步的方案如下：
邊跨現(xiàn)澆段箱梁縱、橫間距均為0.6 m，翼緣板外側(cè)搭設(shè)間距1.2 m支架為人行通道，端橫梁處搭設(shè)工作平臺，間距為1.2*1.2 m。支架搭設(shè)的間距確定后，再根據(jù)上部具體的現(xiàn)澆箱梁的結(jié)構(gòu)形式和對應(yīng)模板支立的方式計算上部荷載，對支架的受力進(jìn)行驗算，安全系數(shù)取1.5，經(jīng)驗算后若能滿足安全要求即可以進(jìn)行現(xiàn)場的施工，若不能滿足安全要求即實際荷載超過碗扣件的允許荷載，需對支架的間距進(jìn)行調(diào)整，直至驗算滿足要求。
2.2 試驗準(zhǔn)備
在搭設(shè)支架前，應(yīng)由試驗室對地基處理的全過程進(jìn)行跟綜檢查，檢查5%灰土的壓實情況及砼的強度，地基壓實度≥90%，砼的強度為C25砼，確?；A(chǔ)處理強度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 測量準(zhǔn)備
在技術(shù)準(zhǔn)備完成后，由測量班根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)人員提供的樁號，放出該處的中心樁和邊樁（邊樁以超出現(xiàn)澆箱梁在地面投影的1.2 m為準(zhǔn)），再由現(xiàn)場技術(shù)員根據(jù)規(guī)劃好的支架安裝尺寸，用鋼尺測放支架縱向基礎(chǔ)的位置（灑灰線標(biāo)記）以及橫向中間支架的位置，為支架搭設(shè)做好
準(zhǔn)備。
3 支架荷載驗算
由于現(xiàn)澆段橫斷面積基本一致，故在驗算時按全梁均布荷載檢算。對于1.05 m寬端橫梁處，為安全計假設(shè)認(rèn)為立柱不提供支承力。根據(jù)我們以往的施工經(jīng)驗，砼的比重按ρ=3 t/m3取值時，其內(nèi)已包含了該部分施工模板、機具、人群、操作荷載及砼自重，為簡化計算，此驗算取綜合比重ρ=3 t/m3。
3.1 邊跨現(xiàn)澆段支架受力分析
邊跨現(xiàn)澆段截面箱身支架計算：
3.1.1 荷載計算
1）箱梁砼自重：q=11.352*3*9.8/12=27.812 KN/m2。
2）模板及附件重統(tǒng)一?。簈=3.5 KN/m2。
3）施工活載?。簈=3 KN/m2。
4）鋼管自重q：q=520/（7.5*12）=5.78 kN/m2
∑q=Q=K（q+q+q+q）=1.5×（27.812+3.5+3.0+5.78）=60.138 kN/m2
式中：K―安全系數(shù)，取K=1.5。
3.1.2 立桿強度驗算
1）立桿承受荷載：
N=QA=60.138×0.6×0.6=21.65 KN。
2）立桿穩(wěn)定驗算：N/φA≤[fc]
式中：[fc]―鋼管設(shè)計強度，[fc]=205 N/mm2；
φ―立桿穩(wěn)定系數(shù)；
A―鋼管截面積，A=489 mm2；
N―立桿承受的豎向力，N=21.65 KN；
i―鋼管回轉(zhuǎn)半徑，i=15.8 mm≥0.402。
λ=987.5/i=62.5 查表得φ=0.784>0.402 穩(wěn)定。
按設(shè)計強度計算立桿的壓應(yīng)力：
fc=37.51 N/mm2<[fc]=205 N/mm2。
按穩(wěn)定性計算立桿的壓應(yīng)力：
fc=75.02 N/mm2<[fc]=205 N/mm2 立桿穩(wěn)定。
3.1.3 橫向桿穩(wěn)定驗算
因為荷載全部由立桿上部的頂升降桿承擔(dān)，傳給立桿，所以，橫向桿基本上不承擔(dān)外荷載，因橫桿兩端為鉸接，水平推力為零，只在施工時承擔(dān)部分施工荷載及自身重力。
q=q+q=1.5+0.0247=1.52 KN/m2
式中：q為施工人群荷載。
彎矩Mmax=0.456 KN・m
橫向桿的容許彎矩：[M]=[fc]W
式中：[fc]―鋼管設(shè)計抗彎強度，[fc]=205 KN/mm2；
W―鋼管截面抵抗矩， W=5 078 mm3；
[M]=205×5 078=1 040 990 N・mm=1.041 KN・m
Mmax=0.456 KN・m<[M]=1.041 KN・m
結(jié)論：橫向桿抗彎強度滿足要求。
3.1.4 支架剛度（撓度）驗算
撓度驗算：ωmax =5ql4/（384EI）
式中：ωmax―最大撓度；
E―鋼管彈性模量，E=2.05×105 N/mm2；
q―均布荷載， q=1.52 KN/m=1.52 N/mm；
I―鋼管截面抵抗矩，I=12.19 cm4=12.19×104 mm4。
ωmax=0.103 mm
容許撓度[ω]=3 mm>ωmax=0.103 mm
結(jié)論：支架剛度滿足要求。
3.1.5 縱向大枋強度驗算
縱向大枋直接安放在立桿的頂升降桿上，擬斷面10×10 cm，橫向小枋間距30 cm，計算。
木材品種：柏木（10*15 cm）；
木材彈性模量E（N/mm2）：9 000；
木材抗彎強度設(shè)計值fm（N/ mm2）：13；
木材抗剪強度設(shè)計值fv（N/ mm2）：1.3；
均布荷載q=60.138*0.6=36.08KN/m；
最大彎矩M=0.1ql2=0.1*28.866*0.6*0.6=1.032 KN.m；
最大剪力Q=0.6*0.6*28.866=10.32 KN；
最大支座力N=1.1*0.6*28.866=19.05 KN。
方木的截面力學(xué)參數(shù)為：
本算例中，截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為：
I=15*10*10*10/12=1 250 cm4
W=10*15*15/6=375 cm3
1）方木抗彎強度計算：
抗彎強度計算f=1.032*106/（375*103）=2.752 N/mm2
方木的抗彎計算強度小于13 N/mm2，滿足要求。
2）方木抗剪強度計算：
截面抗剪強度必須滿足：T=3Q/2bh<【T】
截面抗剪強度計算值T=3*10320/（2*100*150）=1.032 N/mm2
方木的計算截面抗剪強度小于1.3 N/mm2，滿足要求。
3）方木撓度計算：
最大變形v=0.667*36.08*6 004/（150*9 000*1 250*104）=0.185mm<【v】=3mm
方木的最大撓度小于【v】，滿足要求。
3.1.6 橫枋強度驗算
橫向小枋間距30 cm，方木采用10*15 cm，與縱向大坊一樣，而縱向方木間距為60 cm，故橫枋強度滿足要求。
3.2 總結(jié)論
立桿縱距0.6 m，橫 距0.6 m（步距0.6 m，立桿基礎(chǔ)為C20砼15 cm厚。架頂縱向大枋斷面尺寸為10×15 cm，橫枋斷面為10×15 cm，間距
30 cm。為了增強支架的整體穩(wěn)定性和剛度，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸蹋乜v向每4排橫向桿設(shè)一排橫向剪刀撐。全部外圍設(shè)剪刀撐。
4 現(xiàn)澆箱梁預(yù)壓
為了確保支架安全，消除非彈性變形和沉降，測定支架彈性變形量，按施工工藝要求和設(shè)計圖紙的要求，需要對支架進(jìn)行預(yù)壓且重量為箱梁自重的120%-130%。本橋取箱梁自量的130%計算，預(yù)壓材料選用預(yù)壓袋（蛇皮帶裝土）進(jìn)行預(yù)壓。
4.1 預(yù)壓荷載的計算
1）翼緣板：
每延米砼量（0.35×2.1/2+2.65×0.328）×1=1.236 7 m3；
每延米重量1.236 7×2.6×1.3=4.18 t；
每平方米重量4.18/2.65=1.577 t。
2）腹板及底板：
每延米砼量（96.318-1.2367×7.5×2）/7.5=10.369 m3；
每延米重量10.369×2.6×1.3=35.047 t；
每平方米重量35.047/6.7=5.23 t 。
4.2 預(yù)壓袋重量的確定
預(yù)壓袋統(tǒng)一購買，經(jīng)現(xiàn)場測試，確定每袋裝滿砂后重1.2 t。
4.3 預(yù)壓每延米預(yù)壓袋的袋數(shù)
1）腹板及底板寬6.7 m范圍內(nèi)5.23/1.2=4.4袋/m2；
2）翼緣板處1.577/1.2=1.3袋/m2。
4.4 預(yù)壓觀測點點位布置
預(yù)壓前在模板上布點，原則上橫向布點不少于5個控制點，縱向在墩頂1/2L、1/4L、3/4L處布設(shè)5排控制點。
4.5 預(yù)壓
從預(yù)壓袋加載完成后每12小時觀測一次，將觀測的數(shù)值記錄到變形觀測表內(nèi)，在變形穩(wěn)定后，卸載前觀察和卸載完成后觀測一次。同樣記錄到變形觀測表內(nèi)。
4.6 變形觀測點的數(shù)據(jù)處理
在變形觀測的數(shù)據(jù)中，加載前（0%荷載）標(biāo)高值A(chǔ)，加載完成后（100%荷載）標(biāo)高位B，卸載完成扣（0%荷載）標(biāo)高C（其中荷載值為箱梁重的90%）。
總變形=A-B， 彈性變形=C-B，非彈性變形=A-C
為了保證邊跨連續(xù)梁的施工質(zhì)量，首要任務(wù)必須進(jìn)行支架的合理設(shè)計及支架的預(yù)壓數(shù)據(jù)分析。在支架設(shè)計時要充分考慮主要桿件的穩(wěn)定性、剛度、橫向及縱向大枋強度的受力分析，在支架預(yù)壓時充分考慮預(yù)壓重量的確定及對預(yù)壓觀測數(shù)據(jù)的處理。因為對施工支架的設(shè)計考慮得當(dāng)，施工順利進(jìn)行，確保施工安全，取得了較好的效益，將為以后高鐵類似工程施工提供重要的參考價值。
參考文獻(xiàn)
[1]朱建軍.連續(xù)梁懸臂施工邊跨現(xiàn)澆段支架設(shè)計[J].鐵道建筑,2011,05.
[2]李廉錕主編.結(jié)構(gòu)力學(xué)(上冊)[M].北京:高等教育出版社,1979．
