高铁特大连续梁桥边跨现浇段支架搭设及预压施工技术控制
2017-07-17
1 工程概况
某高铁特大桥为48 m+80 m+48 m三跨预应力钢筋混凝土连续梁体系，全长177.5 m，连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12 m，箱梁底宽6.7 m。顶板厚度除梁端附近外均为40 cm；底板厚度40 cm至100 cm，按直线线性变化；腹板厚48 cm至60 cm，按折线变化。全联在端支点、中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有空洞，供检查人员通过。边跨现浇段共用C50混凝土96.318立方，钢筋17.405吨。
边跨现浇段连续箱梁支架采用碗扣式钢管脚手架搭设，该支架搭设速度快，受力性能及稳定性好，单根立杆承载力可达3t，为近期国内较普便使用的多功能新型建筑材料。
2 支架搭设的前期准备
2.1 技术准备
开工前需对支架搭设的横向、纵向、竖向三个方向碗扣脚手架的间距和高度进行排列，根据本现浇箱梁段宽度跨距确定出支架的纵向、横向的计算间距，再由所在位置的地基标高和箱梁底的设计标高确定出立杆的计算高度，初步的方案如下：
边跨现浇段箱梁纵、横间距均为0.6 m，翼缘板外侧搭设间距1.2 m支架为人行通道，端横梁处搭设工作平台，间距为1.2*1.2 m。支架搭设的间距确定后，再根据上部具体的现浇箱梁的结构形式和对应模板支立的方式计算上部荷载，对支架的受力进行验算，安全系数取1.5，经验算后若能满足安全要求即可以进行现场的施工，若不能满足安全要求即实际荷载超过碗扣件的允许荷载，需对支架的间距进行调整，直至验算满足要求。
2.2 试验准备
在搭设支架前，应由试验室对地基处理的全过程进行跟综检查，检查5%灰土的压实情况及砼的强度，地基压实度≥90%，砼的强度为C25砼，确保基础处理强度达到规定标准。
2.3 测量准备
在技术准备完成后，由测量班根据现场技术人员提供的桩号，放出该处的中心桩和边桩（边桩以超出现浇箱梁在地面投影的1.2 m为准），再由现场技术员根据规划好的支架安装尺寸，用钢尺测放支架纵向基础的位置（洒灰线标记）以及横向中间支架的位置，为支架搭设做好
准备。
3 支架荷载验算
由于现浇段横断面积基本一致，故在验算时按全梁均布荷载检算。对于1.05 m宽端横梁处，为安全计假设认为立柱不提供支承力。根据我们以往的施工经验，砼的比重按ρ=3 t/m3取值时，其内已包含了该部分施工模板、机具、人群、操作荷载及砼自重，为简化计算，此验算取综合比重ρ=3 t/m3。
3.1 边跨现浇段支架受力分析
边跨现浇段截面箱身支架计算：
3.1.1 荷载计算
1）箱梁砼自重：q=11.352*3*9.8/12=27.812 KN/m2。
2）模板及附件重统一取：q=3.5 KN/m2。
3）施工活载取：q=3 KN/m2。
4）钢管自重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―安全系数，取K=1.5。
3.1.2 立杆强度验算
1）立杆承受荷载：
N=QA=60.138×0.6×0.6=21.65 KN。
2）立杆稳定验算：N/φA≤[fc]
式中：[fc]―钢管设计强度，[fc]=205 N/mm2；
φ―立杆稳定系数；
A―钢管截面积，A=489 mm2；
N―立杆承受的竖向力，N=21.65 KN；
i―钢管回转半径，i=15.8 mm≥0.402。
λ=987.5/i=62.5 查表得φ=0.784>0.402 稳定。
按设计强度计算立杆的压应力：
fc=37.51 N/mm2<[fc]=205 N/mm2。
按稳定性计算立杆的压应力：
fc=75.02 N/mm2<[fc]=205 N/mm2 立杆稳定。
3.1.3 横向杆稳定验算
因为荷载全部由立杆上部的顶升降杆承担，传给立杆，所以，横向杆基本上不承担外荷载，因横杆两端为铰接，水平推力为零，只在施工时承担部分施工荷载及自身重力。
q=q+q=1.5+0.0247=1.52 KN/m2
式中：q为施工人群荷载。
弯矩Mmax=0.456 KN・m
横向杆的容许弯矩：[M]=[fc]W
式中：[fc]―钢管设计抗弯强度，[fc]=205 KN/mm2；
W―钢管截面抵抗矩， 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
结论：横向杆抗弯强度满足要求。
3.1.4 支架刚度（挠度）验算
挠度验算：ωmax =5ql4/（384EI）
式中：ωmax―最大挠度；
E―钢管弹性模量，E=2.05×105 N/mm2；
q―均布荷载， q=1.52 KN/m=1.52 N/mm；
I―钢管截面抵抗矩，I=12.19 cm4=12.19×104 mm4。
ωmax=0.103 mm
容许挠度[ω]=3 mm>ωmax=0.103 mm
结论：支架刚度满足要求。
3.1.5 纵向大枋强度验算
纵向大枋直接安放在立杆的顶升降杆上，拟断面10×10 cm，横向小枋间距30 cm，计算。
木材品种：柏木（10*15 cm）；
木材弹性模量E（N/mm2）：9 000；
木材抗弯强度设计值fm（N/ mm2）：13；
木材抗剪强度设计值fv（N/ mm2）：1.3；
均布荷载q=60.138*0.6=36.08KN/m；
最大弯矩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。
方木的截面力学参数为：
本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：
I=15*10*10*10/12=1 250 cm4
W=10*15*15/6=375 cm3
1）方木抗弯强度计算：
抗弯强度计算f=1.032*106/（375*103）=2.752 N/mm2
方木的抗弯计算强度小于13 N/mm2，满足要求。
2）方木抗剪强度计算：
截面抗剪强度必须满足：T=3Q/2bh<【T】
截面抗剪强度计算值T=3*10320/（2*100*150）=1.032 N/mm2
方木的计算截面抗剪强度小于1.3 N/mm2，满足要求。
3）方木挠度计算：
最大变形v=0.667*36.08*6 004/（150*9 000*1 250*104）=0.185mm<【v】=3mm
方木的最大挠度小于【v】，满足要求。
3.1.6 横枋强度验算
横向小枋间距30 cm，方木采用10*15 cm，与纵向大坊一样，而纵向方木间距为60 cm，故横枋强度满足要求。
3.2 总结论
立杆纵距0.6 m，横 距0.6 m（步距0.6 m，立杆基础为C20砼15 cm厚。架顶纵向大枋断面尺寸为10×15 cm，横枋断面为10×15 cm，间距
30 cm。为了增强支架的整体稳定性和刚度，应进行适当的加固，沿纵向每4排横向杆设一排横向剪刀撑。全部外围设剪刀撑。
4 现浇箱梁预压
为了确保支架安全，消除非弹性变形和沉降，测定支架弹性变形量，按施工工艺要求和设计图纸的要求，需要对支架进行预压且重量为箱梁自重的120%-130%。本桥取箱梁自量的130%计算，预压材料选用预压袋（蛇皮带装土）进行预压。
4.1 预压荷载的计算
1）翼缘板：
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 预压袋重量的确定
预压袋统一购买，经现场测试，确定每袋装满砂后重1.2 t。
4.3 预压每延米预压袋的袋数
1）腹板及底板宽6.7 m范围内5.23/1.2=4.4袋/m2；
2）翼缘板处1.577/1.2=1.3袋/m2。
4.4 预压观测点点位布置
预压前在模板上布点，原则上横向布点不少于5个控制点，纵向在墩顶1/2L、1/4L、3/4L处布设5排控制点。
4.5 预压
从预压袋加载完成后每12小时观测一次，将观测的数值记录到变形观测表内，在变形稳定后，卸载前观察和卸载完成后观测一次。同样记录到变形观测表内。
4.6 变形观测点的数据处理
在变形观测的数据中，加载前（0%荷载）标高值A，加载完成后（100%荷载）标高位B，卸载完成扣（0%荷载）标高C（其中荷载值为箱梁重的90%）。
总变形=A-B， 弹性变形=C-B，非弹性变形=A-C
为了保证边跨连续梁的施工质量，首要任务必须进行支架的合理设计及支架的预压数据分析。在支架设计时要充分考虑主要杆件的稳定性、刚度、横向及纵向大枋强度的受力分析，在支架预压时充分考虑预压重量的确定及对预压观测数据的处理。因为对施工支架的设计考虑得当，施工顺利进行，确保施工安全，取得了较好的效益，将为以后高铁类似工程施工提供重要的参考价值。
参考文献
[1]朱建军.连续梁悬臂施工边跨现浇段支架设计[J].铁道建筑,2011,05.
[2]李廉锟主编.结构力学(上册)[M].北京:高等教育出版社,1979．
