支架现浇梁施工工艺分析

姜强基 JIANG Qiang-ji

（中国中铁一局集团有限公司，西安710000）

1 工程概况

项目起点长乐市古槐镇前塘村，通过前塘枢纽互通与福州绕城公路东南段、长平高速公路相连，经长乐市罗联乡、福清阳下街道、龙山街道、海口镇、龙田镇、跨东港至江阴镇，终于江阴镇庄前村，通过庄前枢纽互通与渔平高速公路、江阴疏港支线相连，线路长40.238公里。主线采用双向六车道高速公路标准，设计时速100公里，路基宽度33.5m。本标段现浇连续梁共计27联，本文就其中有代表性的庄前互通主线2号桥第七联，为（临时支墩+钢梁组合）形式进行论述。

2 现浇箱梁支撑结构布置及搭设要求

主线2号桥第七联，本联跨度组合为42m+47m+39m，标准断面梁高2.6m，24#墩横梁处梁高3m，均为本标段最高梁高，贝雷梁最大跨度为本标段现浇梁贝雷梁支架最大跨度12m。腹板下设置4片贝雷梁，箱室及翼板下设置2片贝雷梁。贝雷梁下为双拼40b工字钢横梁，下边立柱为530mm×8mm钢管，钢管下方设置1.5m×1.5m×0.5m混凝土预制块。主线2#桥第七联支架受力为2m以上梁高支架最不利受力情况。现浇箱梁内模支撑采用钢管支架支撑，横杆使用十字扣件与立杆相连接，立杆采用底托及顶托进行调节标高。立杆顶横桥向设10×10cm方木骨架，间距90cm，方木骨架上纵向铺10×10cm方木顶板间距40cm，腹板间距30cm；模板采用厚15mm的优质竹胶合板，腹板采用Φ48钢管做为横肋，用φ16钢筋作为拉杆进行加固。内模支撑立杆横向间距最大不得超过120cm，纵向间距为90cm，横杆步距最大不得超过120cm。

3 主线左幅第七联现浇梁支架验算

根据本联现浇箱梁的结构特点，在施工过程中将涉及到以下荷载形式，同等3m梁高截面，支架布置同此梁，则其余梁高验算不再缀叙：①q1——箱梁自重荷载，新浇混凝土密度取2600kg/m3。②q2——箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载，按均布荷载计算，经计算取q2＝1.0kPa（偏于安全）。③q3——施工人员、施工材料和机具荷载，按均布荷载计算，当计算模板及其下肋条时取2.5kPa；当计算肋条下的梁时取1.5kPa；当计算支架立柱及替他承载构件时取1.0kPa。④q4——振捣混凝土产生的荷载，对底板取2.0kPa，对侧板取4.0kPa，计算支架立柱时，可采用1.0kN/m2。⑤q5——新浇混凝土对侧模的压力。⑥q6——倾倒混凝土产生的水平荷载，取2.0kPa。⑦q7——支架自重，经计算支架在不同布置形式时其自重如表1所示。

表1 满堂钢管支架自重

3.1 荷载组合

表2 模板、支架设计计算荷载组合

3.2 荷载分项系数取值

荷载分项系数取值根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T-50-2011）实施手册表5-34取值。

3.3 荷载计算

箱梁自重q1计算：

根据跨主线现浇箱梁结构特点，我们取截面图一（标准断面）代表截面进行箱梁自重计算，并对代表截面下的支架体系进行检算，首先分别进行自重计算。

表3 荷载分项系数取值

①标准断面处q1计算。

图1 标准段横断面

标准段横断面处底板空心箱室处

②横梁断面（图2）处q1计算。

图2 横梁段横断面

③翼板下q1计算。

翼板平均厚度0.315m

④顶板q1计算。

顶板厚度0.25m

4 结构检算

4.1 箱梁翼缘板下钢管顶托横梁验算

本施工方案中翼缘板下钢管架顶托上横梁采用10#工字钢单层布设，间距为0.9m，按横桥向跨径0.9m连续梁来计算：

①10#工字钢截面特性。

截面抵抗矩：W=49cm3

截面惯性矩：I=245cm4

截面面积:A=14.33cm2

容许抗弯应力：[σ]=160MPa

弹性模量：E=2.05×105MPa

②弯拉应力验算。

线荷载为：

作用在横梁上的集中荷载为：P=51.984/10*0.9=4.679kN；跨中最大弯矩：M=PL/4=4.679*0.9/4=1.053kN.m；

横梁弯拉应力：σ=M/W=1.053×103/49=21.5MPa＜[σ]=160MPa

横梁弯拉应力满足要求。

③挠度验算。

横梁挠度：f=Pl3/48EI=4.679*0.93/48*2.05*108*245*10-8=1.41mm＜L/400=1.5mm

综上，横梁受力满足要求。

4.2 贝雷梁上I14工字钢验算

本施工方案中贝雷梁上部横梁采用I14#工字钢单层布设，间距为0.9m，按横桥向跨径0.9m连续梁来计算：

14#工字钢截面特性：

截面抵抗矩：W=101.7cm3

截面惯性矩：I=712cm4

截面面积：A=21.5cm2

容许抗弯应力：[σ]=215MPa

弹性模量：E=2.05×105MPa

弯拉应力验算：

线荷载为q=[1.2（q1+q2）+1.4（q3+q4）]×B=[1.2（13+1.0）+1.4（2.5+2）]×4=92.4kN/m

作用在横梁上的集中荷载为：

跨中最大弯矩：M=PL/4=12.29*1.33/4=4.09kN.m

横梁弯拉应力：σ=M/W=4.09×103/101.7=40.2MPa＜[σ]=145MPa，横梁弯拉应力满足要求。

挠度验算：

横梁挠度：f=Pl3/48EI=12.29*1.333/48*2.05*108*712*10-8=0.41mm＜L/400=3.3mm

综上，横梁受力满足要求。

4.3 贝雷架支架体系验算

支墩顶安装2根40a工字钢作为分配梁，分配梁上横向铺设贝雷梁；每组贝雷片采用标准支撑架进行连接。支墩采用Φ530mm*8mm钢管立柱，搁置在砼预制块上，立柱顶、底部均与钢板焊接，为提高支墩的稳定性，在各排支墩钢管之间纵向横向均设置槽钢连接。

①贝雷梁验算。

单片贝雷梁的技术参数：

首先根据纵梁的位置对箱梁划定区间：单侧翼板面积：A1=0.42m2；单侧边腹板面积为：A2=2.95m2；箱室顶底板面积为：A3=1.0m2；中腹板面积为：A4=3.53m2。

1）腹板下贝雷梁验算。

计算荷载q=[1.2×（26×3.53+1+9×0.1+2.94）+1.4×（2.5+4）]×0.9=111.46kN/m

中腹板下选用4排单层贝雷桁架片，单片计算荷载为111.46/4+1.2=29.07kN/m

本桥贝雷桁架最大跨度为12m，按3跨连续梁计算。

腹板下最大弯矩为：Mmax=0.1×ql2=0.1×29.07×122=418.6kN·m＜788.2kN·m满足要求。

腹板下单片贝雷梁最大剪力为：

挠度=7.8mm＜12000/400=30mm

挠度满足要求。

2）箱室下贝雷梁验算。

线荷载：中腹板下选用2排单层贝雷桁架片，单片计算荷载为44.04/2+1.2=23.22kN/m

本桥贝雷桁架最大跨度为12m，按3跨连续梁计算。

最大弯矩为：

弯矩满足要求。

最大剪力为：

剪力满足要求。

最大挠度为：

挠度满足要求。

②40a#工字钢验算。

贝雷梁传递到纵桥向40a#工字钢的作用力以整体箱梁来分析受力。40a#工字钢自重为0.66kN/m2，截面抵抗矩W=1085.7cm3，截面惯性矩I=21714cm4，半截面面积矩S=631.2cm3，截面面积A=86.07cm2，腹板厚度d=10.5mm。

单跨混凝土方量：

梁砼重：100.8×26（/15.7m×12m）=13.9kN/m2

线荷载：

横向间隔2.04m设置7根钢管立柱，计算40a#工字钢时按五等跨连续梁进行力学性能分析。

40a#工字钢最大弯矩：

弯曲强度：

40a#工字钢承受最大剪力为：

40a#工字钢承受最大剪力强度为：

满足要求。

工字钢跨中最大挠度为：

挠度满足要求。

③钢管支墩强度验算。

由40a#工字钢剪力图可知，最大支座反力为：

（加上了钢管立柱自重）

Ф530×8mm钢管考虑到锈蚀情况，计算钢管壁厚取6mm。钢管立柱下端与80cm×80cm×1.2cm钢板连接，立柱上下各布置一道剪力撑。

长细比：

查表钢管轴心受压构件的稳定系数得：φ=0.678

抗压强度：

稳定强度：

强度满足要求。

④立杆底座和地基承载力计算。

钢管桩下沿桥梁轴线走向设置混凝土条形预制砼块基础，条形基础宽1.5，高0.5m，长1.5m，配备必要构造钢筋和吊点。

钢管桩底部混凝土承压取面积为A=2205.06cm2

桩底混凝土受压

满足要求。

混凝土条形基础一部分位于现有道路上，从下至上结构层为粘土+50cm水稳+16cm沥青混凝土+混凝土条基；部分条形基础位于回填土上面，从下至上结构层依次为分层回填粘土+20cm厚C30混凝土+条形基础：

1）原有道路基地承载力验算。

基底有效受力面积（基底按45°扩散）：a=1.5+（0.16+0.5）×2=2.82m；b=1.5+（0.16+0.5）×2=2.82m；A=a×b=2.82×2.82=7.95m2

基地承载力σ=N/A=（589.04+2.6×1.5×1.5×0.5）kN/7.95m2=74.46kPa；查询地质报告，粘土6-1层，地基承载力为205kPa，满足要求。

2）承台、泥浆池回填区地基承载力验算。

基底有效受力面积（基底按45°扩散）：a=1.5+（0.2）×2=1.9m；b=1.5+0.2×2=1.9m；A=a×b=1.9×1.9=3.61m2

基地承载力σ=N/A=[589.04+2.6×（1.5×1.5×0.5+1.9×1.9×0.2）]kN/3.61m2=164.5kPa

为确保安全，承台、泥浆池等软基回填时，必须分层碾压密实，每层夯实后利用轻型动力触探仪对土体进行承载力检测，承载力不低于200kPa。

以上对支架现浇梁（临时支墩+钢梁组合）形式进行了简要分析及总结，通过对相应工程例案进行分析，并对支架施工从上至下进行了力学分析以及验算，可以清晰的掌握支架现浇箱梁施工的受力分布情况，并要求我们在施工过程中对受力较大及应力集中部位严格按照设计方案施作。该施工方法临时支墩受力较集中，对地基承载力要求较高，因此施工前一定要严格进行验算，调查清楚地质资料，看是否有溶洞、地下管线等洞穴，一定要妥善处理，同时该施工方法存在大量的吊装作业，因此安全风险较高，需要制定严格的安全防范措施，但是该方法对地势起伏大，存在一些障碍物时具有一定优势，因此也广泛应用到施工当中。