軟土地基上連續箱梁滿堂支架法施工設計

郭慶鴻 陳 亮

滿堂支架作為箱梁現澆施工一種常用的施工法,在地質條件較差的軟基區域必須考慮其地基承載能力,以確保支架結構體系的安全、橋面線形的控制以及箱梁的施工質量。國內學者在大量工程實踐的基礎上,進行了相應的研究。張鵬基于哈大客運專線跨沈北大道、跨彰桓公路工程實踐進行了客運專線現澆連續箱梁滿堂支架設計計算方法研究,指出一般每2排～4排橫向和縱向立桿應設置1道剪刀撐[1]。郭宗文根據京珠高速公路廣珠段T線高架橋在軟土地基采用滿堂支架法技術研究,指出在軟土地基上采用滿堂支架現澆連續箱梁的施工方案是經濟可行的[2]。張祖斌、李俊杰根據滿堂支架現澆箱梁的施工案例分析,對滿堂支架現澆施工技術進行了總結[3,4]。賓武、趙啟龍根據WDJ碗扣式滿堂支架法施工經驗的總結,指出其設計方法及注意事項[5,6]。

由于設計資料僅要求現澆箱梁采取滿堂支架進行施工,沒有詳細的滿堂支架設計及驗算方案,而現澆箱梁的支架搭設關系著箱梁的施工質量及施工安全,基于不同工程各施工影響因素不同,因此本文依據工程實例進行的碗扣式滿堂支架法施工研究具有現實的意義。

1 工程概況

廣東省舊省道跨線橋起止樁號為 K18+192.73～K18+353.27,全長為160.54 m,由預制和現澆兩部分組成,橋梁上部結構由(4×20)m預制箱梁+(22.5+30+22.5)m現澆箱梁構成。主橋與S119舊省道相交,交角為53°。現澆箱梁截面為單箱雙室截面,梁頂寬為16m,梁底寬為 10.05 m,翼板寬2.45 m,梁高1.6m,箱梁混凝土采用C50混凝土,鋼絞線采用高強度、低松弛的270級鋼絞線。

立交橋覆蓋S119舊省道長度約42.13 m,S119舊省道現有路面寬度為7.0m,路面標高約22.02 m,箱梁底面最低點標高為32.6m,跨中梁底標高為32.81 m,現有省道路面至梁底距離為10.58 m～10.79 m。

2 區域地質及地基處理

原地面情況中第4跨～第6跨均為松軟的荒草地,開溝靜水位在-1.0m以內,需要重點進行地基處理。方法如下:首先清除原地表的積水、淤泥和邊坡雜草,將橋跨處場地用挖機將地面修整成寬度寬出支架各1.0m的地界,軟弱地基和低洼處采用石渣換填。S119省道邊坡土采用人工夯實,用C20混凝土澆筑成臺階,臺階每級寬度90cm,高度60cm,厚度 15cm,如圖1所示。地基處理應提前進行,以使地基有一定的沉降時間,公路原有土路肩用10cm石屑找平碾壓密實。

3 碗扣式滿堂支架設計

根據施工經驗、施工圖紙及文獻[7][8],滿堂支架采用碗扣式支架(規格為φ 48mm×3.5mm)搭設,跨中斷面支架搭設時在箱梁的腹板位置下內立桿按間距0.6m(縱橋向)×0.6m(橫橋向)各布置3排,其余底板下按0.6m(縱橋向)×0.9 m(橫橋向)布置,翼緣板下0.6m(縱橋向)×1.2 m(橫橋向),支點斷面支架搭設時在箱梁底板下全部按間距0.6m(縱橋向)×0.6m(橫橋向)布置,翼緣板下0.6m(縱橋向)×1.2 m(橫橋向),上下兩層橫桿間距均為1.2 m。支架下部設螺旋調整底座,支架搭設后,均設縱橫向連桿,外側按縱、橫橋向4排～6排設一道鋼管剪刀撐[1],確保支架的整體穩定。支架頂部設螺旋調整頂托,頂托上設縱梁,縱梁采用單根8cm槽鋼。箱梁底模板下設橫梁,橫梁采用10cm×10cm方木,間距40cm。兩側腹板采用10cm×10cm方木做橫梁,腹板底腳用1條縱向5cm×10cm的方木固定于底板模板上,橫梁后再背3條間距40cm,5cm×10cm的方木,用鋼管斜撐于翼板下的支架上,并用一條鋼管反向斜拉翼板下的支架于底板下的支架上。現澆箱梁碗扣式支架縱斷面圖見圖2。

4 箱梁橫梁、端梁及漸變段的驗算

4.1 支架設計承載力參數

4.1.1 立桿設計荷載

立桿設計荷載表見表1。

表1 立桿設計荷載表

4.1.2 橫桿設計荷載

橫桿設計荷載表見表2。

表2 橫桿設計荷載表

4.2 橫向10cm×10cm方木驗算

4.2.1 抗彎強度驗算

由方木設計參數查《路橋施工計算手冊》表2-8可知:彎矩系數K=0.07,剪力系數 Kvb=0.625,跨中撓度系數 Kw=0.521。

Mmax=M中=KqL2=0.07×23.48×0.42=0.26 kN?m,σ=Mmax/W=0.26×106/1.67×105=1.57MPa＜[σw]=13.0mPa,滿足要求。

4.2.2 剪切強度驗算

Qmax=KvbqL=0.625×23.48×0.4=5.87 kN,τmax=QSm/Imb=5.87×103×1.25×105/(8.33×106×100)=0.88MPa＜[τ]=1.9MPa,滿足要求。

4.2.3 撓度驗算

fmax=KwqL4/(100EI)=0.521×23.48×1000×4004/(100×1.0×104×8.33×106)=0.09mm＜[f]=L/400=400/400=1mm,滿足要求。

4.3 縱向8cm槽鋼驗算

4.3.1 強度驗算

查《路橋施工計算手冊》表2-8可知:彎矩系數Kmax=0.222,剪力系數KvB=1.333,跨中撓度系數Kw=1.466。

Mmax=KmaxPL=0.222×5.87×0.60=0.78 kN,σ=Mmax/W=0.78×106/25.3×103=30.83MPa＜[σw]=145.0mPa,滿足要求。

4.3.2 剪切強度驗算

Qmax=KvBP=1.333×5.87=7.8 kN,τmax=QSm/Imb=2.72MPa＜[τ]=85MPa,滿足要求。

4.3.3 撓度驗算

fmax=KwPL3/(100EI)=0.088mm＜[f]=600/400=1.5mm,滿足要求。

4.4 鋼管支架驗算

查閱碗扣件參數[8],當橫桿步距為120cm時,立桿所能承受的荷載為[N]=30 kN。單桿鋼管受上部荷載為混凝土恒載與施工荷載、混凝土傾倒荷載:Nmax=1.2×1.7×0.6×0.6×25+1.4×(3.5+2)×0.6×0.6=21.13 kN＜[N]=30 kN,滿足要求。

4.5 地基承載力驗算

支架落在5cm×20cm的木板上,木板放在15cm厚的水泥穩定石粉渣上,立桿間距為0.6m,每塊木板受力至少三根鋼管,按照最大受力狀態的普通梁段下22.88 kN計。鋼管的底托直徑為14cm,凈面積 A=15386mm2,則其應力為 σ=Nmax/A=22.88×1000/15386=1.487MPa,選擇針葉林 A-1級或闊葉林木材為鋪地木板可滿足要求。則每塊板受力為68.64 kN,地基擴散角按照30°計算,則地基應有承載力為:σ=68.64/[(0.25+2×0.25×tan30°)×(2+2×0.25×tan30°)]=55 kPa,由此可知,上述經處理后地基足以滿足承載力需要。

5 結語

1)考慮到腳手架鋼管和扣件在周轉使用過程中的磨損和銹蝕,設計中立桿軸向承載力不宜超過30 kN,否則應考慮加密立桿。2)支架底部采用整體澆筑厚15cm的混凝土,增加了地基承載力,減少了彈性變形,取得較好的效果。3)支架的穩定直接關系到施工質量與安全,在行車道路上搭設支架時,應設置防撞門或防撞墩,并設置紅黃警示燈,在距施工現場一定范圍內設置提醒警示標志和減速裝置。4)支架承重后,嚴禁在支架元件上再進行焊接或切割作業。5)施工前除必須對支架進行設計和驗算外,需對模板等體系進行設計及驗算,并根據設計文件的要求對模板及支架體系進行預壓檢驗,以確保施工安全及施工質量,如有必要還需考慮風力等因素對施工的影響進行驗算分析。

[1]張 鵬,肖緒文.客運專線現澆連續箱梁滿堂支架設計計算方法研究[J].鐵道標準設計,2009(12):42-46.

[2]郭宗文,林文強.連續箱梁在軟基上滿堂支架施工法[J].水運工程,2001(2):35-38,50.

[3]張祖斌.現澆箱梁模板鋼管支架的驗算及施工[J].山西建筑,2010,36(8):156-157.

[4]李俊杰.現澆箱梁滿堂支架的施工技術[J].山西建筑,2009,35(19):166-167.

[5]賓 武.橋梁施工中的碗扣滿堂支架設計及搭設施工[J].科技信息,2009(27):261.

[6]趙啟龍,劉艷茹.WDJ碗扣式滿堂支架在現澆箱梁中的應用[J].科技信息,2010(3):257,294.

[7]JGJ 130-2001,建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S].

[8]JGJ 166-2008,建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范[S].