現澆箱梁斜腹板支架體系設計

劉韶新

(廣東惠清高速公路有限公司，廣州 從化 510960)

0 引言

廣東省珠江三角洲環線高速公路黃岡至花山段位于廣東省中部珠江三角洲，路線途徑肇慶市四會市、肇慶高新技術產業開發區、佛山市三水區及廣州市花都區。起點與在建的珠江三角洲經濟區外環公路江門至肇慶高速公路主線終點順接，終點與廣州市花都區花山鎮與機場北延線及廣樂高速公路相接，項目全長63.577km，技術標準為雙向六車道高速公路，設計時速120km/h，路基寬度為整體式路基34.5m。其中位于廣州市花都區獅嶺鎮境內山前大道段共線高架設計，在南航碧花園、金碧御水山莊、芙蓉大道、芙蓉嶂泄洪渠段均采用整幅式斜腹板現澆箱梁一次落架設計。整幅式斜腹板現澆箱梁寬33.2m，為國內首次在高速公路中采用的斜腹板整幅箱梁。整幅式斜腹板現澆梁采用單箱五室斷面，梁高2.8m，頂板寬33.2m，底板寬12.18m，斜腹板投影長6.01m，懸臂長4.5m。懸臂厚度由外緣0.2m變化至根部0.7m。兩個邊室的頂板和斜腹板厚度均為0.25m。中間三室的頂板、底板厚度分別從跨中0.25m變化至支點0.5m、0.55m；中腹板厚度從跨中0.5m變化至支點0.8m。跨徑組合為40m+50m+40m，一次落架施工，混凝土標號C50。結構橫斷面如圖1所示。

圖1 寬幅式斜腹板箱梁橫斷面

寬幅式斜腹板現澆箱梁可減少橋梁下部結構占地面積，且具有橋梁整體景觀效果好，與環境協調性合理等特點，是城市道路中廣泛應用的上部結構之一。

1 工程難點

寬幅式斜腹板現澆箱梁斜腹板水平投影寬6.01m，夾角21.3°，具有斜率大、腹板寬大等特點，施工中對支架產生較大的水平荷載，若不能有效克服，容易在底板與斜腹板交點處產生裂縫，嚴重影響結構物的質量及耐久性。因此，斜腹板支架類型的設計對結構物的工程質量起到關鍵性的作用。總體而言，現澆箱梁斜腹板支架體系的設計要綜合考慮整體結構的剛度、強度，還要考慮成本控制、安裝拆除、進度計劃等施工管理組織問題。

2 支架方案比選

根據常規滿堂式支架方案和寬幅式斜腹板組合式支架方案，分別從支架的選擇、澆筑方案的選擇、斜腹板澆筑工藝、頂板澆筑工藝、防裂縫措施和經濟投入等進行全面的對比分析。

2.1 工藝對比分析

工藝對比分析如表1所示。

表1 工藝對比分析

2.2 投入對比分析

投入對比分析如表2所示。

表2 投入對比分析

2.3 分析結果

(1)常規滿堂式支架只適用于直腹板現澆箱梁支架，對于21.3°小夾角、大斜腹板現澆箱梁支架中無法適用，而所設計的“碗扣支架+斜腹板加桁架”組合支架體系對于小夾角、大斜腹板現澆箱梁適應能力強。

(2)寬幅式斜腹板現澆梁混凝土施工工藝中所提出的大面積、大體積混凝土澆筑工藝，具有較強的針對性，工藝先進、質量保證、安全可靠。

(3)寬幅式斜腹板現澆梁施工技術所投入的生產要素與常規的現澆箱梁施工投入基本相同，成本低，具組織協調具有合理科學性。因此本工程施工技術采用“碗扣支架+斜腹板加桁架”組合支架體系，寬幅式斜腹板現澆梁施工技術。

3 支架體系設計

寬幅式斜腹板現澆箱梁斜腹板水平投影寬6.01m，夾角21.3°，厚度22cm。支架設計為“碗扣支架+三角桁架”組合定型支架體系。

三角桁架布置：每側斜腹板每個橫斷面設計三組三角桁架，縱橋向按60cm間距一排設計，放置在碗扣支架頂部“U”型頂托上部，與碗扣支架立桿相對應，三角桁架之間縱向采用φ48×3.5mm鋼管萬向扣件(圖2)鏈接。

三角桁架設計材料：三角桁架頂部架斜桿和底部水平桿采用I12工字鋼，桁架內部鏈接桿件采用φ48×3.5mm鋼管焊接組成。

圖2 萬向扣件

桁架底部碗扣材料設置：箱梁底板、斜腹板：60×60cm；翼板：60×90cm；水平桿步距：120cm，在橫隔梁、腹板位置60cm。

三角桁架具有重量輕，安裝拆除方便，強度、剛度大，受力好。

斜腹板桁架布置如圖3～圖4所示。

圖3 斜腹板支架橫斷面

圖4 三角桁架

4 性能試驗

寬幅式斜腹板現澆箱梁施工中所采用的“碗扣支架+三角桁架”組合支架體系屬于新型支架，為了確保斜腹板支架體系安全可靠，按斜腹板荷載理論重量的1.1～1.2倍進行預壓試驗。預壓試驗材料采用砂包，均布放置在斜腹板處(圖5)。預壓時間為7d，在斜腹板底部和頂部各設置一處觀測點，監測水平位移及支架沉降。觀測頻率為：前3天每天早上、中午、晚上三次觀測，后4天早晚各觀測一次。

預壓期間遇下雨等異常天氣時應對預壓物進行鋪蓋，并加密觀測頻率，若發現異常及時卸載處理。

圖5 斜腹板預壓

對監測數據進行整理后得出水平位移為1mm，最大沉降點為15mm，沉降主要由碗扣支架彈性變形而引起。預壓試驗數據達到設計要求，支架體系設計合理，受力計算正確，滿足實體施工要求。

5 實施效果分析

5.1 拆除支架

現澆箱梁支架拆除嚴格按設計規定預應力張拉完，并管道壓漿后才能支架拆除、落架。

斜腹板、翼板底模拆除前必須待橫向預應力張拉完后才能進行。

模板拆除應遵循“先支后拆，后支先拆”、“縱向跨中往兩側、橫向全斷面”的順序，先拆除三角桁架，再拆除碗扣支架。拆除時嚴禁拋扔，模板拆除后應維修整理，分類妥善存放。

5.2 效果

肇花高速公路獅嶺高架橋第8聯、第12聯、第38聯、第44聯，共四聯斜腹板現澆箱梁實體中的應用表明，支架剛度、強度、穩定性滿足要求，梁體未出現裂縫、漏漿等現象，結構線形圓順，棱角分明，符合設計要求。組合支架安裝、拆除施工工期短，方便，成本低，滿足工程設計及橋涵施工規范的要求。

圖6 斜腹板外觀圖7 斜腹板箱梁

6 結語

大斜腹板現澆箱梁施工難度大，對于支架體系要求高，經過驗算及實體驗證結果表明“碗扣支架+三角桁架”組合支架體系強度、剛度滿足要求，兩種支架相互適應性強，有效克服了現澆箱梁斜腹板施工過程中產生的水平推力，安全性能高，質量可靠，安裝拆除方便，有利于施工工期控制，組織管理難度低，克服了普通支架難以滿足荷載需求的高要求，成本低、結構簡單，具有較好的推廣的應用前景。