淺談客運專線連續梁滿堂支架施工技術及質量控制

王鼐

摘要： 本文對鄭西鐵路客運專線灞河特大橋（529#～532#墩）預應力混凝土連續梁滿堂支架施工技術及質量控制做了詳盡闡述，為類似工程施工提供參考。

Abstract： This paper introduces the construction technology and quality control of the prestressed concrete continuous beam full framing of Bahe Extra-large Bridge （529# pier～532# pier） of Zhengxi Railway Passenger Transport Line in detail to provide reference for similar engineering construction.

關鍵詞： 滿堂支架；連續梁；荷載；質量控制

Key words： full framing；continuous beam；load；quality control

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0117-03

0 引言

客運專線連續梁滿堂支架的安裝及預壓施工，關系到整條客運線路的運行質量。由于整個施工過程包含地基處理、支架安裝、梁結構計算、支架預壓、預拱度設計等諸多小流程，對各流程施工技術及工序質量的控制尤為關鍵。本文將結合鄭西鐵路客運專線灞河特大橋施工項目，重點探析適合客運專線的連續梁滿堂支架的施工方案及技術、質量控制措施，并通過施工效果驗證控制措施的實效性及可行性，以期為同類型工程項目提供有價值的參考資料。

1 工程概況

鄭西鐵路客運專線灞河特大橋529#～532#墩為32m+48m+32m連續梁，此連續梁530#墩～531#墩處跨越規劃路（灞耿路）。梁底距地面7～8m高，基礎采用鉆孔樁，承臺上設加臺，墩身采用矩形實心墩。連續梁箱體為單箱單室等高度截面，箱梁高為3.25m，頂寬13.4m，底寬5.4m，兩側懸臂長3.35m。箱梁頂板厚度0.3～0.45m，懸臂根部厚度0.65m，底板厚度為0.3～0.65m，腹板厚度0.5～1.1m。全聯在各墩頂均設置橫隔梁，其中邊墩墩頂橫隔梁厚1.3m；主墩頂橫隔梁厚1.5m。綜合考慮地形、地質、箱梁設計特點、荷載分布等因素，采取支架法施工現澆連續梁。支架采用Φ159mm，壁厚5mm無縫鋼管及Ⅰ32b工字鋼橫梁組成，在支架下方采用C30擴大基礎，原地面地基處理采用人工打夯機夯實，上層用三七灰土回填。

2 施工方案

2.1 地基處理

原地基承載土為粉砂土，2m以下為細砂。由于粉砂土層穩定性差，故需采取措施增強其承載力，具體措施如下：對承臺基坑開挖的松動土重新進行回填，回填每層不超過20cm，控制好每層回填土的含水量及壓實度，保證每層壓實度滿足要求后再繼續回填；采用人工打夯機夯實原地面，并用砂土回填至原地面至梁底7.8m高度處，采取分層回填，每層夯實密實，壓實度要求達到96區；填至支撐座砼下70cm處將整個面拉平，用壓路機壓實，攤鋪70cm厚三七灰土，灰土高出原地面不小于20cm，并采取壓路機分層壓實，壓實度要求達到98區；在地基頂面三七灰土層設置4%的排水坡，在支架基底范圍設排水溝，杜絕基底浸水泡水；排水溝設置在支架基礎外2m位置，確保能及時將雨水排離基底影響范圍；地基頂面采用彩條布做防水層，杜絕地面水滲入；地基處理完成后，做地基承載力試驗，要求承載力不低于12t/m2。

2.2 支架布置

①在布設鋼管支架立柱的位置澆注C30砼擴大基礎，基礎長寬尺寸為1.3m*1.3m，高度為0.6m。

②鋼管立柱的布設。采用Φ159mm無縫鋼管作立柱，鋼管頂端設活動頂桿，立柱在橫橋向布設6道，沿橋中心位置對稱布設，距中心尺寸分別為1.0m、2.5m、4.5m，順橋向間距為2m一道，立柱間采用縱橫向斜桿連接，采用[6.3槽鋼作支架斜撐，確保整體穩定。鋼管支架布置高度為6m。

③橫梁的布設。在無縫鋼管立柱頂端布設Ⅰ32b工字鋼作為橫梁，橫梁長度為13.4m。

④梁底縱梁的布設。在橫梁上布設縱梁，縱梁每根長度為4m，根據梁體重量分布情況，在底板位置采用15cm*15cm方木鋪設，橫向間距為30cm；在腹板受力位置采取Ⅰ16工字鋼，每側布設4道，間距為35cm；在外模架支撐點采取Ⅰ20工字鋼支撐。

2.3 結構驗算

荷載計算

2.3.1 梁體荷載計算

橫梁上部荷載值為梁體荷載+模板及支架荷載及施工荷載總和；根據《路橋施工計算手冊》及《鐵路混凝土與砌體工程施工規范》，施工荷載：Q1=1.5kN/m2，模板及支架荷載：q2=1.5 kN/m2計算。

梁體荷載按照梁體標準斷面，計算各分段面積，根據各分段面積確定荷載值，計算荷載以1m（單位長）長計算。

2.3.1.1 AB段計算

①梁體本身荷載：（3125+9148）*10-4m2*26 kN/m3*1m/=31.91kN

②模板及支撐荷載：模板及支撐荷載取1.5 kN/m2，由于模板設計，作用力集中在距梁體中心線4.37m位置，則模板及支撐總荷載值為1.5 kN/m2*（1.254 m +1.998m）*1m=4.878kN

③施工荷載：施工荷載取1.5kN/m2，則施工荷載總值為：1.5 kN/m2*1m*3.22m=4.83 kN

④AB段荷載總值：F1=①+②+③=31.91+4.878+4.83=41.618（kN）

2.3.1.2 BC段計算

BC段受力作為均布荷載受力考慮。

①梁體本身荷載：30463*10-4m2*26 kN/m3*1m/1.85m=42.81kN/m

②模板及支撐荷載：模板及支撐荷載取1.5kN/m2，則模板及支撐總荷載值為1.5kN/.m2*2.7m*1m/1.85m=2.2 kN/m

③施工荷載：施工荷載取1.5 kN/m2，則施工荷載總值為：1.5 kN/m2*1m=1. 5 kN/m

④BC段荷載總值：F2=①+②+③=42.81+2.2+1.5=46.51（kN/m）

2.3.1.3 CD段計算

CD段受力作為均布荷載受力考慮。

①梁體本身荷載：（4890+7743）*10-4m2*26 kN/m3*1m/1.63m=20.15kN/m

②模板及支撐荷載：模板及支撐荷載取1.5 kN/m2，則模板及支撐總荷載值為1.5 kN/m2*1m=1.5 kN/m

③施工荷載：施工荷載取1.5 kN/m2，則施工荷載總值為：1.5 kN/m2*1m=1.5 kN/m

④BC段荷載總值：F3=①+②+③=20.15+1.5+1.5=23.15（kN/m）

根據以上計算荷載，梁體截面及節段荷載分布示意圖如圖1所示。

2.3.1.4 梁底縱梁驗算

①腹板位置Ⅰ16工字鋼驗算：

在腹板位置布置Ⅰ16工字鋼，每側3根，長度為2m，根據以上荷載分布圖可知：在腹板位置（BC段）1m單位長受力為46.51kN /m*1.85m/4根=21.51kN/m，即分布荷載為q=21.51kN/m。

1）計算簡圖如圖2所示。

2）剪（應）力驗算：

最大剪力：Fmax=■ql2=■*21.5*2=21.5（kN）

最大剪應力：

？子max=■=■=8.22MPa？燮[？子]=85MPa

3）壓應驗算：

跨中最大彎矩：Mmax=■ql2=■*21.5*22=10.75（kN·m）

故最大應力為：？滓max=■=■=76.24MPa？燮[？滓]=140MPa

4）撓度驗算：

fmax=■=■=1.8mm？燮[fmax]=5mm滿足要求。

②底板方木計算：

底板位置方木橫橋向30cm間距布置一道，順橋向2m長，順橋向1m單位長分布力為：23.15kN/m*0.3m=6.93kN；即順橋向分布荷載為6.93kN/m，進行受力驗算為：

1）計算簡圖如圖3。

2）剪（應）力驗算：

最大剪力為：Qmax=■ql2=■*6.93*2=6.93（kN）

最大剪應力：

？子max=■=■=0.308MPa？燮[？子]=1.7MPa

3）壓應驗算：

跨中最大彎矩為：

Mmax=■ql2=■*6.93*22=3.465（kN·m）

故最大應力為：？滓max=■=■=6.16MPa？燮[？滓]=11MPa

4）撓度驗算：

fmax=■=■

滿足要求。

2.3.2 鋼管支架橫梁計算

鋼管支架布置為：距中心對稱布置，距中心分別為1m、2.5m、4.5m；根據梁體荷載分布圖，此圖所示為1m長單元荷載，而鋼管支架間距為2m長布置，因此，鋼管支架力為圖示數據的2倍。利用madis計算軟件進行梁底橫梁驗算，具體模型如圖4。

以1m長單元荷載進行計算，然后在計算數據上乘以2，根據madis軟件計算所得：橫梁所受最大剪力為15.74kN；最大應力為2*21735.8kN/m2=43.47MPa<140MPa，最大變形為2*0.2mm=0.4mm，滿足要求。

2.3.3 鋼管支架計算

①受力驗算：根據梁底橫梁計算支反力可得，鋼管支架受力為上部計算支反力的兩倍，即支反力最大為N=2*77.72kN=155.44kN，采用D=159mm*5mm，所受最大允許力為[N]=170MPa*24.18cm2=411.06kN>155.44kN，故滿足要求。

②穩定性驗算：計算長度l0=3.5m；λ=l0/i=3.5m/5.45cm=64.22，查表可得？準1=0.867，即N/A=155.44kN/24.18cm2=64.3MPa<？準1*[σ]=0.867*170MPa=147.39MPa，故穩定。

2.3.4 鋼管支架基礎計算

鋼管支架基礎采取C30砼擴大基礎，截面尺寸為1.3m*1.3m*0.6m。鋼管支架底底桿采用30cm*30cm鋼板，因此能承受的最大壓力為N=21MPa*0.3m*0.3m=1890kN>155.44kN（最大鋼管受力）。滿足要求。

2.3.5 地質承載力驗算

地質處理采用70cm厚三七灰土回填壓實處理，強度不小于12T/m2，所能承受的最大基礎傳力為12T/m2*1.3m*1.3m=20.28T>155.44kN/9.8kg/N/1000T/kg+1.3*1.3*0.6*2.5=18.4T，滿足要求。

綜合以上驗算結果，支架受力性能滿足各項要求。

2.4 支架預壓

安裝模板前，要對支架進行預壓。支架預壓的目的：①檢查支架的安全性，確保施工安全；②消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響。預壓荷載為箱梁單位面積最大重量的1.2倍。根據現場具體條件，選擇砂袋預壓法。預壓荷載按梁體近似等效荷載布置，并考慮施工機具、人員影響，預壓最大荷載取120%梁體自重荷載。根據梁體混凝土澆注順序，預壓時按照先底板、再腹板、后翼緣板的順序，分四級對稱加載，底板、腹板、翼緣板均采用砂袋預壓（45kg/袋）一級加載：60%腹板重+底板重=38.1%梁體自重荷載（未考慮內模重）；二級加載：90%腹板重+底板重+75%頂板重+60%翼板重=81.6%梁體自重荷載；三級加載：100%梁體自重；四級加載：120%梁體自重。為確定支架沉降情況，在加載預壓之前測出各測量控制點標高。

加載前在觀測點處測量模板原始標高，每一級荷載加載后，觀測各測點變形值，最后一級荷載加完24小時、48小時后再分別測出各測點變形值，如果加載120%后所測數據與持荷48小時后所測數據無變化或變化很小時，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸載，否則還須持荷進行預壓，直到地基及支架沉降到位方可卸載。卸載時按照與預壓相反的順序進行，防止在某一部位突然卸載而產生反彈。卸載完成后，要再次復測各控制點標高，以便得出支架和地基的彈性變形量（等于卸載后標高減去持荷后所測標高），用總沉降量（即支架持荷后穩定沉降量）減去彈性變形量為支架和地基的非彈性變形（即塑性變形）量。預壓完成后要根據預壓結果并結合箱梁張拉后上拱量，調整支架標高來設置梁的預拱度。

2.5 預拱度設置

在支架上澆筑箱梁混凝土施工過程中和卸載后，箱梁要產生一定的撓度。根據現場情況，在確定預拱度時應考慮下列因素：支架在荷載作用下的彈性壓縮；支架在荷載作用下的非彈性變形，由砼徐變引起的徐變撓度。根據支架變形及施加預應力時梁所產生的上拱度相加（考慮正負區別）所計算出來的預拱度之和，作為預拱度的最高值，設置在梁的跨徑中點。其他各點的預拱度以中點為最高值，按二次拋物線分配。根據計算出來的箱梁底標高對預壓后的箱梁底模標高重新進行調整。

3 施工注意事項

用滿堂支架支撐進行箱梁施工時，必須使地基承載力符合設計要求，支架搭設必須按照相關標準施工，嚴格控制鋼管垂直度、支架接頭的牢固性、支架頂托撐的平整度等。加載預壓過程中應密切注意支架變形，加載時必須按照四級對稱加載的順序進行。

4 結束語

目前，對于客運專線支架預壓地基非彈性變形量及彈性變形量雖然沒有明確的硬性規定，但是按常規來說，支架預壓地基非彈性變形都不宜超過10mm，彈性變形不宜超過12mm。在灞河特大橋529#～532#墩滿堂支架施工中，加載預壓后的支架及地基非彈性變形僅為4～5mm，彈性變形為5～8mm，地基基本無沉降，均在受控范圍。說明本文針對客運專線連續梁滿堂支架施工技術及工程質量的控制措施著實有效，切實可行。建議將本文所述的施工控制方案推廣應用到更多工程項目中，使其在實踐中進一步優化、修正，趨于完善。

參考文獻：

[1]胡昊.滿堂支架施工變寬預應力混凝土連續梁橋受力分析[D].武漢理工大學，2013.

[2]吳秋良.山地城市現澆箱梁滿堂支架關鍵施工技術[D].重慶交通大學，2011.

[3]吳秋良.山地城市現澆箱梁滿堂支架關鍵施工技術[D].重慶交通大學，2011.