互通匝道橋現澆連續箱梁滿堂支架設計與計算

韓 波

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 橋梁概況

岢嵐樞紐DK0+464.906匝道橋位于山西省岢嵐至臨縣高速公路。橋梁全長126 m，前右角90度。上部結構采用3×20+3×20 m普通鋼筋混凝土連續箱梁，下部結構采用柱式墩、柱式橋臺和肋板式橋臺以及鉆孔灌注樁基礎。全橋平面位于圓曲線R：130 m(右轉)+緩和曲線A：110的平曲線段內。

現澆連續梁主梁采用直腹板等高度連續箱梁，箱梁全寬10.5 m、梁高為1.4 m，采用單箱雙室斷面，跨中處腹板厚40 cm，頂板厚25 cm，底板厚22 cm。設計縱坡為-0.265%，橫坡為5%，（見圖1）。該橋現澆箱梁采用碗扣式滿堂支架進行施工。

圖1 跨中橫斷面（單位：cm）

2 滿堂支架搭設施工工藝[1]

現澆箱梁支架采用碗扣支架搭設，碗扣支架選擇 LG.120(1.2 m)，LG.180(1.8 m)立桿組合；HG.60(0.6 m)，HG.90(0.9 m)橫桿進行施工，立桿可調底座為KTZ-60，立桿可調托撐KTC-60。對于采用的支架，進場前根據《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ166）檢查，對于變形嚴重和厚度不足等不得采用。根據上部箱梁荷載分布，順橋向支架間距0.9 m，橫橋向支架間距0.90 m；橫隔梁處支架縱向間距0.6 m，橫橋向支架間距0.9 m，墩柱前后共布置12排，一側為3.6 m。支架頂部為支架可調托撐，支架底部為可調底座。碗扣支架搭設時應保證立桿豎直，支架搭設時根據地基頂到箱梁底的高度，選取不同的立桿進行組合，梁底標高通過支架頂部的可調頂托進行精確調節。為了增加支架的穩定性，需要在支架內縱橫兩個方向設置斜撐和剪刀撐，斜撐和剪刀撐采用普通鋼管通過扣件連接在支架立桿上，設置通高的斜撐橫向間距為3.6 m，縱向支架兩側間距為8 m。剪刀撐的斜桿與地面的夾角應在45°～60°之間，斜桿每步與立桿扣接見圖2。

圖2 滿堂支架（單位：cm）

3 滿堂支架設計計算

滿堂支架材料采用普通扣件式鋼管腳手架，規格為φ4.8×3.5鋼管。底模、側模采用δ=15 mm厚竹膠板（規格1.22×2.44 m，每塊約重40 kg），底模下橫橋向布設凈間距為20 cm的10 cm×10 cm木方，下層方木12 cm×15 cm，順橋向布設，間距為90 cm。支架采用碗扣支架，橫橋向間距90 cm，順橋向間距90 cm；橫隔梁處橫橋向間距為90 cm，順橋向間距60 cm。

支架架設完成后，采用1.05倍設計荷載預壓消除地基及支架體系非彈性變形，同時檢驗支架及地基承載力是否滿足設計要求，預壓期不小于7 d[2]。

3.1 荷載組成

a）梁體混凝土自重 26×780＝20 280 kN。

b）模板自重 （10.5×120+1.4×120×2）×(40/（1.22×2.44)）×10-2＝214.5 kN。

c）橫橋向方木自重 120/0.2×10.5×0.1×0.1×5＝315.0 kN。

d）順橋梁方木自重 15×120×0.15×0.12×5＝162 kN。

e）施工人員和施工材料、機具行走運輸或堆放荷載 1.5 kN/m2。

f）現澆箱梁分兩次澆筑，傾倒混凝土時產生的荷載 2 kN/m2。

g）振搗混凝土時產生的荷載 2 kN/m2。

3.2 底模強度計算

箱梁底板采用高強度膠合板，板厚δ=15 mm，模板規格：1.22 m×2.44 m。

荷載組合20 280/（120×6.5）×1.2+5.5×1.4＝38.9 kN/m2，

竹膠板的容許拉應力參考A-4種類木材取值，為[σw]＝11.0 MPa，彈性模量取 E＝9×103MPa。

σw＝M/W=0.237/4.6×10-5＝5.15 MPa＜[σw]，強度滿足要求。

f＝5×47.6×0.24/（384×9×106×3.4×10-7）＝0.000 324 m＜fw容許＝L/400＝0.000 5 m剛度滿足要求。

3.3 10 cm×10 cm方木橫梁驗算，橫橋向布設，凈間距0.2 m

荷載組合 38.9+214.5/（10.5×120）×1.2＝39.10 kN/m2，

木材的容許拉應力［σw］＝12.0 MPa，彈性模量E＝9×103MPa（按A-3種類木材計算）。

σw＝M/W=1.188/1.7×10-4＝6.988 MPa＜[σw]，強度滿足要求。

f＝5×11.73×0.94/（384×9×106×8.3×10-6）＝0.001 34 m＜fw容許＝L/400＝0.002 25 m，剛度滿足要求。

3.4 12 cm×15 cm下層方木縱梁驗算，順橋向布設，間距0.9 m

荷載組合 39.10+315/（10.5×120）×1.2＝39.4 kN/m2，

木材的容許拉應力［σw］＝12 MPa，彈性模量E＝9×103MPa（按A-3種類木材計算）。

σw＝M/W=3.6/4.5×10-4＝8.0 MPa＜［σw］，強度滿足要求。

f＝5×39.4×0.94/（384×9×106×3.4×10-5）＝0.001 10 m＜fw容許＝L/400＝0.002 25 m，剛度滿足要求。

3.5 碗扣支架驗算

3.5.1 荷載計算

根據平均荷載組合 (20 280+214.5+315+162.0)/(10.5×120)=16.65 kN/m2。

a）支架自重

（a）立桿自重 采用φ48×3.5鋼管單位重量為 3.84 kg/m，q1=0.038 4×20=0.768 kN/根。

（b）可調托座自重 q2=0.045×1＝0.045 kN/根。

（c）橫桿自重 q3=0.038 4×18×（0.9+0.9）＝1.244 kN/根。

（d）扣件自重 直角扣件：q4=0.013 2×（18×2+3）＝0.515 kN/根，對接扣件：q5=0.018 4×1＝0.018 4 kN/根。

所以扣件式鋼管支架自重0.876 8+0.045+1.244+0.515+0.018 4＝2.699 kN/根。

b）恒載 16.65×0.9×0.9+2.699＝16.186 kN。

c）活載 5.5×0.9×0.9＝4.455 kN。

d）軸向力 N=16.186×1.2+4.455×1.4＝25.660kN＜30 kN（立桿的容許荷載）。3.5.2 穩定性驗算

碗扣支架為直徑48 mm，壁厚3.5 mm的鋼管。

I=1.219×10-7m4，A=4.89×10-4m2，截面最小回轉半徑r=0.015 8 m。

立桿的計算長度 l0＝Kμh＝1×2.128×1.2=2.553 6 m(當驗算立桿允許長細比時，取k=1;μ查規范取2.128；h為布距1.2 m)。

桿件長細比λ＝l0/r＝2.553 6/0.015 8＝161.62＜210。

穩定系數φ＝0.268。

σ ＝P/（φA）=25.660/（0.268 ×4.89 ×10-4）＝195.8 MPa＜［σ］＝205 MPa（Q235鋼管容許應力205 MPa）

穩定性滿足要求。

支架壓縮變形ΔL=NL/（EA）=25.660×103×20/（2.1×1011×4.89×10-4）=5.0×10-3m=5.0 mm＜L/1 000＝20 mm，支架的壓縮變形滿足要求。

3.6 地基承載力、應力驗算及地基處理

單根立桿承壓面積 A=0.4×0.45=0.18 m2，N=25.66 kN，則地基應力 σ＝N/A=25.66/0.18＝164.38 kPa。

對系梁基坑采用砂礫分層填筑，20 cm一層，采用打夯機壓實，填筑至原地表以下50 cm。對一般原地面，先清除表層30 cm松土，整平后用壓路機碾壓，之后分兩層填筑砂礫（系梁范圍內一起填筑），每層30 cm，用壓路機壓實（對靠近墩柱不便壓實處采用打夯機壓實）。地基處理寬度每邊超出橋梁邊線1 m，同時為防止積水，地基頂自橋梁中線往兩邊做成1%的橫坡，順橋向做成2%縱坡。

地基處理之后需用輕型觸探儀進行檢測，偏安全考慮，地基承載力大于200 kPa方可進行下一步施工。為了避免由于雨水對地基的沖刷和增強支架穩定性，搭設支架之前地基頂面澆筑10 cm混凝土墊層，地基兩側開挖集水溝，以便匯集雨水并及時排出。箱梁中橫隔梁投影范圍內（前后超出系梁邊40 cm，左右超出系梁邊150 cm）地基頂澆筑10 cm混凝土墊層。

4 預拱度計算[3]

a）因為該橋為普通鋼筋混凝土結構，現澆箱梁反拱度為零，故支架設計時可不予考慮，主要考慮支架卸載后梁板撓度和混凝土收縮、溫度變化撓度。

b）支架在荷載作用下的彈性壓縮為（桿件長度取 20 m）。

鋼材彈性模量E＝2.1×105MPa，則 ΔL1=NL/（EA）=25.660 ×103×20/（2.1 ×1011×4.89 ×10-4）=5.0×10-3m=5.0 mm。

c）支架在荷載作用下的非彈性變形，因是鋼管對接，通過預壓已消除，可忽略不計。

d）支架基底在荷載作用下的非彈性變形，按黏土計算：ΔL3=20 mm，則支架預拱度為ΔL=ΔL1+ΔL3=25.76 mm。

此預拱度由跨中向兩端按二次拋物線變化至零。

5 支架預壓觀測

按上部恒載1.05倍的重量進行預壓，預壓采用砂袋堆載法。預壓之前需布置好沉降觀測點，每一跨布置9個，順橋向在距墩中心4 m及跨中共3個截面布置，每個截面橫橋向在邊腹板中線及箱梁中心處布置3個點。預壓之前、預壓之后（每天早晚各一次）觀測點的距離并記錄，直到連續兩天觀測，沉降不超過1 mm，預壓沉降即穩定，可以卸載。卸載之后再次觀測沉降觀測點之間的距離并記錄[4]。

按觀測結果算出每一點的非彈性變形值和彈性變形值，然后對觀測點處的頂托進行標高調整，每一點調整的高度為該點的非彈性變形值和彈性變形值之和，最后對觀測點之間的模板標高進行調整，調整后的底模應平整、線形順暢。

6 結論

根據現場實測數據，預壓后的箱梁底模板的變形值在5～10 mm之間，符合本方案的設計要求，已完成全橋現澆箱梁斷面尺寸和頂面高程也符合設計要求。這也充分說明本方案滿堂支架的設計在結構上較好地滿足了施工及規范要求，較好地指導了本橋梁施工。