主跨130米预应力混凝土大桥的组合模架支撑系统研究和应用

崔玉兵（上海建工七建集团有限公司，上海200000）

1 罗蕴河大桥概况

罗蕴河主桥桥型为三跨变截面预应混凝土连续梁（80+130+80m），双向8车道，上下行分幅，每幅桥宽16.5m，两幅桥型相同。梁端设牛腿接28m的预应力混凝土小箱梁引桥结构。

单幅上部结构桥梁截面为单箱单室直腹板箱型截面。中支点梁高8.0m，高跨比1／16.285；跨中梁高3.5m，高跨比1／37.1。梁底采用二次抛物线线形变化，矢高4.5m。梁底宽度7.5m，两侧顶板挑臂宽4.35m，顶板全宽16.2m。截面尺寸：顶板厚28cm；底板厚30～100cm；腹板厚50～110cm，悬臂板厚度20～55cm。腹板高度调整，使顶板横坡2%。中支点墩顶设箱内横隔板，边支点设牛腿端横梁。

全桥跨中设置一个2m的主跨合龙段。

桩基为Φ1200钻孔灌注桩，桩基础按摩擦桩设计。每个中墩下共21根桩。每个边墩下共设10根桩。

主桥支承体采用大吨位球形支座。中墩墩顶与主梁梁底之间设抗震销构造。

图1 罗蕴河大桥剖面示意图

图2 罗蕴河大桥平面位置示意图

1.1 大桥周边环境概况

大桥周边场地周围原为居民住宅和农田，存在二处明浜和一处鱼塘。罗蕴河大桥下方的河道为规划罗蕴河河道。

图3 罗蕴河大桥中墩支点横断面图

图4 罗蕴河大桥跨中横断面图

2 罗蕴河大桥箱梁模架体系研究

罗蕴河大桥属于S6公路新建工程，S6公路是上海市区联通G2高速公路的交通干道，是上海市重大工程项目。因此存在工期较为紧张，外观质量要求较高的特点。

结合本企业自身的优势和工程特点，提高大桥箱梁模架体系对大桥箱梁线形的姿态控制，决定采用组合模架支撑系统。即按箱梁荷载的不同布置模架，最终形成一个组合的模架支撑系统。使施工安全、质量、速度以及成本达到一个完美的平衡。

2.1 大桥箱梁组合模架支撑体系介绍

根据现浇箱梁的荷载分布情况不同，箱梁支架采用两种结构形式。根据施工部位分为：中墩区段、边墩区段、跨中区段三个区段。

图5 组合模架支撑系统立面示意图（顺桥方向）

2.2 大桥组合模架支撑体系地基处理

罗蕴河全支架施工工艺为整个大桥梁体在支架上进行现浇施工，梁体支架根据箱梁的结构形式和上部荷载计算分别采用φ609钢管支架和碗扣支架两种形式，模板支架形式是决定基地处理方案的主要因素，根据两种支架形式分别采取两种处理方法。

2.3 大桥组合模架支撑体系设计

2.3 .1 跨端区段模架支撑设计

图6 中墩两侧各24m区段

2.3 .2 中墩区段模架支撑计算

图7 中墩区段支架立面图

图8 中墩区段支架示意图

表1 支架形式和地基处理方法对照表

图9 中墩区段支架稳定计算图组合应力图例

2.3 .3 边墩、跨中区段模架支撑设计

图10 边墩、跨中区段模架支撑剖面示意图

2.3 .4 间距300×300模架支撑计算

1）模板支架立杆荷载设计值(轴力)

作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。

（1）静荷载标准值包括以下内容（支架高度按6m计算）

a.脚手架的自重(kN)：

NG1=0.158×6=0.949kN；

钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A。

b.模板的自重(kN)：

NG2=0.35×0.6×0.3=0.063kN；

c.钢筋混凝土板自重(kN)：

NG3=25×5.468×0.3×0.3=12.303kN；

经计算得到，静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3=13.315kN；

（2）活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载

经计算得到，活荷载标准值NQ=(2.5+2)×0.3×0.3=0.405kN；

（3）不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算N=1.2NG+1.4NQ=16.545kN；

2）立杆的稳定性计算

立杆的稳定性计算公式:

σ=N/(φA)≤ [f]

其中N：立杆的轴心压力设计值(kN)：

N=16.545kN；

φ：轴心受压立杆的稳定系数,由长细比lo/i查表得到；

i：计算立杆的截面回转半径(cm)：i=1.59cm；

表2 中墩两侧各24m区段模架布置形式

A：立杆净截面面积(cm2)：A=4.24cm2；

W：立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.49cm3；

σ：钢管立杆最大应力计算值(N/mm2)；

[f]：钢管立杆抗压强度设计值：[f]=205N/mm2；

L0：计算长度(m)；

按下式计算:

L0=h+2a=1.2+0.3×2=1.8m；

a：立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.3m；

L0/i=1800/15.9=113；

由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.496；

钢管立杆的最大应力计算值；

σ=16545/（0.496×424）=78.6N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值σ=78.6N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

表3 边墩、跨中区段模架布置形式

2.3 .5 间距300×600模架支撑计算

1）模板支架立杆荷载设计值(轴力)

作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。

（1）静荷载标准值包括以下内容（支架高度按6m计算）

a.脚手架的自重(kN)：

NG1=0.158×6=0.949kN；

钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A。

b.模板的自重(kN)：

NG2=0.35×0.6×0.3=0.063kN；

c.钢筋混凝土板自重(kN)：

NG3=25×3.923×0.6×0.3=17.653kN；

经计算得到，静荷载标准值

NG=NG1+NG2+NG3=18.665kN；

（2）活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载

经计算得到，活荷载标准值

NQ=(2.5+2)×0.6×0.3=0.81kN；

（3）不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算

N=N=1.2NG+1.4NQ=23.532kN；

2）立杆的稳定性计算

立杆的稳定性计算公式:

σ=N/(φA)≤ [f]

其中N：立杆的轴心压力设计值(kN)：

N=23.532kN；

φ：轴心受压立杆的稳定系数,由长细比lo/i查表得到；

i：计算立杆的截面回转半径(cm)：i=1.59cm；

A：立杆净截面面积(cm2)：A=4.24cm2；

W：立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.49cm3；

σ：钢管立杆最大应力计算值(N/mm2)；

[f]：钢管立杆抗压强度设计值：[f]=205N/mm2；

L0：计算长度(m)；

按下式计算:

L0=h+2a=1.2+0.3×2=1.8m；

a：立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.3m；

l0/i=1800/15.9=113；

由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.496；

钢管立杆的最大应力计算值；

σ=23532.12/（0.496×424）=111.896N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值σ=111.896N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

3 罗蕴河大桥箱梁模架体系实施情况

3.1 中墩区段模架支撑实施情况

罗蕴河大桥每个中墩区段设置28根609钢管立柱。其中6根设置在中墩承台上方，22根设置在Ф500PHC管桩上方。承台上方的609钢管，采用化学植筋的方法，将Ф16钢筋锚在承台内与609钢立柱法兰盘连接；PHC管桩上方设置钢筋混凝土承台，管桩顶部浇筑C30灌芯混凝土，灌芯高度1500mm，内配8Ф16并伸入承台，承台顶板埋设预埋钢板，与609钢管焊接连接。横桥向每两根609钢管为一组，上面放置一根双拼HM500×300型钢作为主分配梁，与钢立柱顶部法兰盘电焊连接。次分配梁采用I20a工字钢，纵桥向搁置在HM500×300b型钢主分配梁上，由于大桥箱梁底部纵桥向线形为抛物线，因此次分配梁与主分配梁间存在夹角，为了确保次梁荷载均匀传递在主分配上，并使主分配梁受力均匀，在每根分配梁下夹角位置设置木楔。

图11 中墩区段支架施工情况

3.2 边墩、跨中区段碗扣式模架支撑实施情况

基础加固阀板浇筑完毕，根据支架设计布置在阀板上进行立杆轴线定位弹线，以此保证搭设的支架在轴线范围内。由于支架地坪有坡度，因此碗扣架的调平放在底部的底托上，根据地坪最高点确定第一根扫地杆的高度，做到第一层扫地杆全部在同一水平线上。然后依次向上搭设，搭设过程中对杆件的垂直度随时调整。

3.3 实施效果

1）大桥底板脱模后线形和顺，无折点，线形控制优于挂篮模板施工质量。

2）通过定期变形观测，整个组合模架支撑顶端的最大沉降量为25mm，平均沉降量为20mm。

3）由于采用全支撑的体系，使大桥混凝土连续浇筑成为可能，缩短了施工周期。

4）中墩区段的模架支撑系统采用了阶梯状设计，通过优化和调整可以完全适用于挂篮模板施工的大桥0号块模架支撑。

图12 边墩、跨中区段支架施工1

图13 边墩、跨中区段支架施工2

[1]江正荣.建筑施工技术手册.北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2]范立础.预应力混凝土连续梁桥.北京：人民交通出版社，1998.