高速公路空心墩長大蓋梁無支架施工技術

■王銘福 ■中鐵十四局集團第三工程有限公司，山東 兗州 272100

1 引言

目前，蓋梁無支架施工主要有抱箍法和鋼軸法。無支架施工操作簡便、節(jié)省工時、安全性好、適用性強，特別在軟弱地基、山區(qū)施工、高墩施工等條件下施工相比傳統(tǒng)的滿堂支架優(yōu)勢更為明顯。在公路橋梁蓋梁施工過程中，得到了廣泛的應用。

無支架施工通常采用鋼軸或抱箍承受蓋梁施工荷載，其上設置受力主梁。為施工方便，主梁多采用熱軋普通工字鋼，其上設置分配梁、底模。

一般情況下(主要指雙柱式橋墩)，主梁受力近似于均布荷載，蓋梁懸挑部分與雙柱之間部分荷載基本平衡，主梁近似于固支懸臂梁，擾度較小，容易滿足規(guī)范要求。當墩身為空心墩時，由于空心墩上部存在實心段，蓋梁施工懸挑部分荷載作用在主梁上，空心墩頂部荷載(除模板及側面少部分砼外)大部分直接作用在墩身上。主梁受力兩邊大，中間小，中間主梁產(chǎn)生向上的擾度，造成懸挑端部擾度較大，很難滿足規(guī)范要求。針對上述情況，本文結合麻昭高速公路施工情況，講述空心墩蓋梁施工托架設計及主梁擾度控制方法。

2 工程概況

麻昭高速公路C5 工區(qū)位于云南省昭通市，地形起伏較大，橋墩多處于山區(qū)陡坡地段，施工難度大。全線共有空心墩蓋梁33 個，墩高40m～70m，集中在K65 +101 大橋及K66 +569 大橋。蓋梁長11.4m，寬2.35m，高1.9m。蓋梁詳圖如下:

3 托架施工方案

根據(jù)施工現(xiàn)場特點，蓋梁采用鋼軸法施工。鋼軸采用Q390 鋼Ф10cm 鋼軸，主梁采用I50a 工字鋼。懸挑部分分配梁采用I12 工字鋼，間距40cm。側模采用鋼模板，底模采用竹膠板，板厚1.5cm。托架示意圖如下:

4 常規(guī)托架結構分析

4.1 參數(shù)選擇

鋼材彈性模量E=200Gpa;鋼材容許應力:Q235(f=205Mpa，fv=125Mpa)，Q390 (f=295Mpa，fv=170Mpa);I50a 工 字 鋼(Ix=464720000mm4，Wx=1858900mm3，Sx=1084100mm3);Ф10cm 鋼軸(Ix=4908740mm4，Wx=98175mm3，Sx=83333mm3);Ф8cm 鋼軸(Ix=2010620mm4，Wx=50266mm3，Sx=42667mm3)。

4.2 荷載計算(僅計算主梁)

鋼筋砼自重26KN/m3，I12 工字鋼自重0.15KN/m，I50a 工字鋼自重1KN/m，鋼模板自重1.5KN/m2，竹膠板自重0.05KN/m2，施工人員及設備荷載1.5KN/m2。

⑴中部:

恒荷載:G1=26 ×1.9 ×0.125 +1.5 ×1.9 +0.15 ×2/0.4 +0.05 ×2 +1=10.9KN/m

活荷載:Q1=1.5 ×0.95=1.4KN/m

⑵懸挑部分:

恒荷載:G2=26 ×1 ×2.35/2 +1.5 ×1.9 +0.15 ×2/0.4 +0.05 ×2+1=35.3KN/m

活荷載:Q2=Q3=1.5 ×4/2=3KN/m

4.3 強度驗算

組合由恒荷載控制:MB=1.35 × 199.95+0.7 × 1.4 × 13.5=283.16KN·m

滿足抗彎、抗剪強度驗算要求。

4.4 穩(wěn)定性驗算

y 軸回轉半徑:iy=30.70mm

查表得Фb=1.6

4.5 剛度驗算

采用正常使用極限狀態(tài)下的荷載標準組合，恒載、活載組合系數(shù)均取1.0，受力簡圖如下:

組合彎矩Mp圖如下:

D 點單位力作用下彎矩圖M 如下:

應用用圖乘法得:

5 擾度控制措施

由以上數(shù)據(jù)分析可知，在主梁強度、穩(wěn)定性均有足夠安全保證的情況下，主梁懸挑端部擾度過大，不能滿足鋼結構設計規(guī)范要求。減少端部變形方式有以下3 種:

⑴由擾度公式Δ=1/EI ×∫MMpdx 可知，變形與剛度I 呈反比，可以采用增大型鋼截面的方式來實現(xiàn)。

⑵根據(jù)受力情況分析可知，造成端部變形過大的原因是由于跨中缺少足夠的平衡力導致跨中產(chǎn)生向上的擾度。故可以在跨中相應部位增加反向支座來約束向上的變形，進而減少端部的擾度。反向支座的數(shù)量可以是1 個或多個，可以通過在主梁頂部增加鋼軸來實現(xiàn)。示意圖如下:

⑶改變主梁懸挑部分的受力體系，在適當位置增加斜支撐，減少懸挑長度，從進而減少主梁變形。示意圖如下:

6 方案比選

6.1 增大主梁截面

當主梁規(guī)格為I56a 時，Δ=1/EI × ∫MMpdx=21.83 ×464720000/655760000=15.47mm〉L/400=15mm，不滿足要求。

當主梁規(guī)格為I63a 時，Δ=1/EI × ∫MMpdx=21.83 ×464720000/940040000=10.79mm〈L/400=15mm,滿足要求。

上述計算乃估算，結果未考慮增大截面自重的增加，實際變形仍要偏大。由上可知，增大截面托架用鋼量至少要增大約30%，對于端部擾度影響效果不明顯，且增大截面不能阻止跨中向上的變形，會導致模板上拱，影響結構尺寸。

6.2 反壓鋼軸

反壓鋼軸可以有效限制跨中向上的變形，從而減少端部擾度。鋼軸可以根據(jù)實際需要增加1 個或2 個。理論上講反向支座數(shù)量和承載能力足夠，懸挑部分可以無限接近于一端固支的懸挑梁，大幅減少變形。另外，該方法操作上較簡便。

6.3 增加支撐

增加支撐點的方法能夠大幅縮短主梁的懸挑長度，甚至根據(jù)支撐點的位置不同可能變成兩端簡支，減少擾度的效果更為明顯。此方法還可以有效減少主梁截面尺寸，但是該方法需要在墩身施工時預留牛腿，支撐桿件與牛腿、主梁焊接或栓接。由于空心墩蓋梁施工為高空作業(yè)，操作不便。

綜上所述，采用鋼軸反壓的方法操作上簡便，既能既滿足使用要求，又不增加額外的投入，較其他方法更為可行。故采用反壓鋼軸法，在跨中主梁頂部增加一根鋼軸。

7 反壓鋼軸法結構分析

反壓鋼軸法主梁強度驗算和穩(wěn)定性驗算與常規(guī)情況下相同，僅進行剛度驗算。

7.1 受力簡圖及支座反力計算

恒載受力簡圖

活載受力簡圖

由Σ MA恒=0，Σ MA活=0

則1/2 ×35.3 ×32+(62.7 -35.3)×3/2 ×3/3 -1/2 ×10.9 ×2.72+1/2 ×RC恒×2.7=0

得RC恒=-118.68KN，RC活=-6.22KN，方向向下。

7.2 剛度驗算

采用正常使用極限狀態(tài)下的荷載標準組合，恒載、活載組合系數(shù)均取1.0，受力簡圖如下:

組合彎矩Mp圖如下:

D 點單位力作用下彎矩圖M 如下:

應用用圖乘法得:

由上述計算結果之知，增加反壓后擾度為9.46mm，遠小于增加前的擾度21.83mm，效果明顯。

7.3 鋼軸強度驗算

組合由恒荷載控制:RA=RB=1.35 ×235.77 +0.7 ×1.4 ×15.89=333.86KN

支撐鋼軸:采用Q390 鋼Ф10cm

反壓鋼軸:采用Q390 鋼Ф8cm

故鋼軸強度驗算符合要求。

8 結語

隨著無支架施工在工程中的應用越來越廣泛，施工前要認真分析結構的受力特征，進行精確的計算，特別是針對大懸挑構件和空心墩之類的無平衡配重的情況。要注意對結構變形的分析，防止出現(xiàn)過大變形無法使用造成重大經(jīng)濟損失或者因結構失效造成安全事故。結構問題處理的方法有很多，在施工過程中要結合工程的實際情況選擇經(jīng)濟合理的方案。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2012.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］中華人民共和國建設部.鋼結構設計規(guī)范GB50017 -2003.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］交通部第一公路工程總公司.《公路施工手冊》橋涵分冊下冊.北京:人民交通出版社，1999.

［4］浙江大學.建筑結構靜力計算實用手冊.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.