超寬PC箱梁現澆施工支架方案設計研究

段高陵

(西安航空學院, 陜西 西安 710077)

1 工程概況

渝昆高速跨線橋位于重慶市永川境內，距重慶約57km[1]，橋長92.00m,分為3孔，橋跨度為(25+35+25)m，橋寬13.25m，凈寬12.25m，交角90°，底板寬4.50m，箱梁高16.50m，屬于PC現澆箱梁結構，橋梁左幅完全利用渝昆高速G85∶57段，橋梁右幅新建相同跨徑的預應力混凝土箱梁箱。橋梁上部采用后張法預應力混凝土連續箱梁施工。下部為(8棱角)柱墩和柱式墩臺，墩臺為樁式基礎結構。

2 施工支架方案設計

2.1 滿堂式支架基礎

橋梁第1孔(25m)、第3孔(25m)位于地面，第2孔(35m)位于渝昆高速公路上。第1孔、第3孔采用原地滿堂式支架的地基，原地面需進行壓實處理，壓實度>96%，并填筑60cm砂礫墊層，增加地基的整體承載能力，砂礫墊層壓實度>96%。砂礫墊層上填筑水泥(厚30cm、寬20m)以穩定砂礫基層。水泥層橫向坡度設置為單向1%，先用振動壓路機進行微振穩壓(1遍)，再進行大振壓實(2～3遍)，壓實度>96%，保證超寬PC箱梁現澆施工支架方案的地基承載力符合施工要求[2]。

2.2 底座與支架設計

底座：利用路緣石模型制備混凝土(C30)PC構件，其規格為40cm(寬)×20cm(高)。為保證支架的穩定性，需擴大基礎，增加基礎的受力面積，減少地基的附加壓力。

支架： PC箱梁采用碗口施工支架，支架縱向間距為0.7m，橫向間距為0.7m。兩側翼板設計寬度為1.9m，因為上部施工作業面超寬，所以兩翼板寬設定為2.6m，預留0.6m寬作業面，橫向間距為1.4m，縱向間距為0.8m[3]。

行車通道門架布置：行車道門洞預留為4.5m(寬)×5.0m(高)。門洞兩側搭設門架，縱向10排，間距0.4m；橫向24排，間距0.8m。門洞中間隔離帶立桿為7排，間距為0.4m；橫向24排，間距為0.6m。車道頂部依據橋走向搭設20排I40a工字鋼，間距0.7m，工字鋼上搭設滿堂式支架，支架上面安裝頂托，頂托依據橋向鋪設規格為14cm×6cm的槽鋼，槽鋼上面鋪設規格為10cm×10cm方木，方木上鋪設厚度為1.2cm的竹膠板，橫坡依據頂托進行調整。為保證行車安全，在工字鋼下鋪設厚度為0.8cm的竹膠板，并將其作為頂棚。

剪力撐、楔形塊間連接：施工支架建設完成后，要進行橫向、縱向剪力撐排列，每個縱斷面外圍、內側對角線上要加設剪力撐，剪力撐由2根鋼管連接，中間、兩端由3個轉向扣件固定，鋼管搭接長度大于1m[4]。

縱橫箱梁設計：由于箱梁底標高的變化，箱底、兩翼采用槽鋼作為骨架，槽鋼型號為I14a，利用小雜木墊填充槽鋼與頂托的縫隙，提高鋼板的抗變形能力、施工支架的穩定性。槽鋼內放置衡量方木，其規格為10cm×10cm，間距為25cm，方木上鋪竹膠板，規格為2.430m(長)×1.230m(寬)×0.013m(厚)。兩翼外側面鋪設橫、豎肋，豎肋規格為10cm×7cm的方木，間距為0.2m；橫肋規格也為10cm×7cm的方木，間距為0.4m。模板加固采用標號為12的穿墻螺桿，外側采用普通鋼管進行穩定支撐，鋼管與外側支架通過扣件連接。

3 施工支架構件負荷與穩定性驗算

3.1 現有負荷

箱梁尺寸：頂寬為13.25m，底寬為4.50m，梁高為16.50m。

1)施工人員、設備、建筑材料負荷W1=2.600kN/m2；2)沖擊荷載W2=2.600kN/m2；3)混凝土自重負荷W3=28.000kN/m2；4)模板、支架自重負荷W4=1.800kN/m2；5)Q235鋼材負荷參數:彎曲應力[σw]=14.8MPa，剪應力[τ]=2.5MPa，彈性模量E=12GPa；6)碗口負荷參數:45鋼立柱規格φ49mm，壁厚3.8mm，彎曲應力[σa]=215MPa，鋼管截面最小回轉半徑i=1.59×10-2m，截面積A=4.90×10-4m2，慣性矩I=1.222×10-7m3，抵抗矩W=5.12×10-6m3，彈性模量E=2.16×105MPa。

3.2 負荷組成計算

混凝土自重負荷W3=28.000kPa/m2，其分項系數為1.3；模板自重負荷W4=1.800kPa/m2，其分項系數為1.3；施工負荷W5=2.800kPa/m2，其分項系數為1.6；混凝土澆筑產生的沖擊負荷W6=2.800kPa/m2，其分項系數為1.6；混凝土泵送時產生的沖擊負荷W7=2.400kPa/m2，其分項系數為1.6。因此負荷組成的計算公式如下：

1)強度q強。

q強=W3+W4+W5+W6+W7

未進行混凝土泵送時，可以忽略混凝土泵送的沖擊負荷，即q強=W3+W4+W5+W6。

2)剛度q剛。

q剛=W3+W4

3.3 施工支架強度、穩定性驗算

1)箱梁鋼筋混凝土自重負載。

兩翼板自重負載：W翼=8.45kN/m2。

箱梁腹板自重負載：W腹板=52.70kN/m2。

頂、底板自重負載：W頂=W底=33.64kN/m2。

2) 腹板底模板強度。

腹板底模板面板采用竹膠板鋪設，支架設置在方木上，方木間距為0.2m，則自重負載為:W腹板=10.340kN/m2。最大彎矩：Mmax=0.05kN·m。方木規格為A-4，最大拉應力為13MPa。

由此可知,模板間凈間距h值小于最小凈間距hmin，hmin=12mm。

3)兩翼邊緣滿堂式腳手架受力性能分析。

兩翼施工支架布置：縱向間距為1.2m，橫向間距為0.6m。兩翼邊緣處支架立桿的受力計算：施工人員、設備、原料自重負載N1=1.800kN，沖擊負載N2=1.800kN；箱體自重負載N3=W翼·A=6.900kN；板與支架自重荷載N4=1.080kN。

負載組合f(N)的計算公式為：

f(N)=N1+N2×1.4+N3+N4×1.2=18.412(kN)

由此可得滿堂式支架立桿受力為18.412kN。

施工支架采用φ48mm、壁厚3.5mm的鋼管，橫截面面積為489mm2，則回轉半徑r為：

式中:d1，d2分別為鋼管內徑、外徑。

抗壓強度σ為：

式中：P為試件破壞荷載；S為試件承壓面積。

利用力學理論，計算壓桿的長度l0為：

l0=kμH=0.83m

式中：k為附加系數，依據施工要求，取值為1.155；μ為立桿長度的單位系數，取值為1.2；H為立桿間步距，取值為0.6m。立桿長/細比值為λ=l0/d=52.6，穩定系數φ值為0.491，而且σ小于許用應力(205MPa)，說明施工支架符合超寬PC箱梁現澆筑施工支架的抗壓要求[5]。

3.4 驗證橫向箱梁安全性

橫向箱梁橫截面為10cm×10cm，橫截面中心點與箱梁中心間距為0.6m。箱梁的抗拉強度為13MPa，抗剪強度為1.4MPa，箱梁間距為0.2m。在最大靜載(或活載)下，計算可得橫向箱梁最大拉應力為3.54MPa，小于抗拉強度13MPa，最大剪應力為0.591MPa，小于抗剪強度1.4MPa，因此橫向箱梁的剪應力、拉應力符合要求。

施工支架允許撓度f允許=L/400=1.5mm，其中L為箱梁中心間距，計算可得單支梁的最大撓度fmax=0.45mm

3.5 計算立桿地基附加應力

由《施工結構計算與設計手冊》可知施工支架的立桿自重負載Gk計算公式為：

Gk=α×H0×gk1+gk2+gk3

式中：H0為立桿高度，取值為1m；α為縱向間距，取值為0.6m；gk1為支架平均自重負載，取值為0.18kPa；gk2為配件平均自重負載，取值為0.15kPa；gk3為局部構件平均自重負載，取值為0.10kPa。計算可得Gk=0.258kPa。

支架自重作用于地基的均布負載Pk為：Pk=1.5Pgk=1.62kPa，其中Pgk=1.08kPa。

箱梁、外模和設備的自重荷載P自重=168.5kPa

地基附加應力值為：Pd=P自重+Pk=170.12kPa。

為滿足施工要求，在支架施工前，對地基作換填處理，處理材料為6%的粉砂灰土。粉砂灰土最佳干密度為1.65g/cm3，最佳含水量為 21.3%，每層灰土松鋪厚度小于0.3m。先用振動壓路機進行微振穩壓(1遍)，再進行大振壓實(2～3遍)，壓實度>95%。地基換填后，采用觸探設備對地基承載力進行檢查，保證承載力大于200kPa。地基承載力符合施工要求后，其上鋪設0.3m厚水泥，以此穩定砂礫，完成支架的地基處理。

設計施工支架時，在兩側墩位處砌筑0.2m(厚)×2.0m(高)×4m(長)的片石擋土墻，以提高對周邊土的約束作用，防止墩位側面出現松土現象。擋土墻使墩位土體處于三向受壓狀態，增強土基的承載力，使地基穩定性符合要求。

4 結束語

本文對渝昆高速跨線橋PC箱梁施工方案中方木和支架的強度、穩定性，以及地基承載力進行了驗算，其結果顯示：相關數據符合施工要求，說明施工支架設計方案可行，可為國內其他超寬PC箱梁現澆施工支架方案設計提供理論支持。