現(xiàn)澆箱梁碗扣式支架的設(shè)計(jì)與施工

(新疆路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 830000 )

一、工程概況

喀什至疏勒段公路項(xiàng)目K S-2標(biāo)段起止樁號K22+000～K43+265.515，路線全長21.383km。本合同段共計(jì)現(xiàn)澆橋5座，分別為K23+790.55分離式立交跨線橋、巴仁互通EK0+727.47跨線橋、K42+242.53分離式立交跨線橋、疏勒互通MK0+594.011跨線橋、疏勒互通AK0+820.843A匝道跨線橋（第二聯(lián)）。主線K23+790.55處與縣道429相交，設(shè)置分離式立體交叉，主線下穿，縣道429線上跨主線，縣道429線上設(shè)置20m+2×30m+20m跨線橋，上部采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)梁，下部采用柱式墩、肋板臺、樁基礎(chǔ)，橋下凈空5.2m。

項(xiàng)目總體位于克孜勒河沖積平原，地形平坦開闊，沿線村莊、居民點(diǎn)較多，農(nóng)田、果園、水網(wǎng)、鄉(xiāng)村道路密布，屬綠洲農(nóng)耕地貌。項(xiàng)目區(qū)出露的地層有新生界第四系沖積物，其為沖擊成因的松散堆積物，巖性為粉土、砂土，工程地質(zhì)條件一般。本文對非跨線橋梁現(xiàn)澆箱梁支架進(jìn)行分析。

二、方案比選

由于非跨線橋梁箱梁混凝土的澆筑體量大，從節(jié)約成本的角度考慮，通過2種主要方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選后（如表1所示），采用碗扣式滿堂支架。支架具體形式如下。

支架布置：支架由Ф48mm×3.5mm鋼管組拼而成，鋼管頂托上橫橋向布置I10工字鋼為支撐梁，底板處順橋向按25cm的間距布置10cm×10cm的方木作為分配梁，縱橫向設(shè)置剪刀撐加固。

立桿：采用Ф48mm×3.5mm鋼管，立桿橫向間距60cm，縱向間距90cm，立桿底托下鋪設(shè)20cm×5cm的木板。

橫桿：靠近頂托和底托處各布置一道，中間步距為120cm。

剪刀撐：順橋向與橫橋向剪刀撐分別按每6排設(shè)置一道，采用Ф48mm×3.5mm鋼管，與地面的夾角為45°～60°。剪刀撐應(yīng)由頂至底連續(xù)布置。

方木及分配梁：在支架可調(diào)U型頂托上橫橋向放置I10工字鋼主龍骨；順橋向鋪設(shè)10cm×10cm方木次龍骨，間距25cm。

模板：箱梁底模、側(cè)模采用15mm厚竹膠板。

表1 2種方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比

三、盤扣式支架設(shè)計(jì)

（一）采用的材料及計(jì)算控制指標(biāo)

本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，其中強(qiáng)度采用承載能力極限狀態(tài)，剛度采用正常使用極限狀態(tài)。

相對位移容許值：l/400；

A3鋼：E＝2.06×105MPa；壁厚≤16mm、[σw]＝215MPa、[τ]＝125MPa。

荷載：鋼材自重為7.85×10kN/m3；鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁自重26kN/m3；模板及模板支撐架荷載，通過計(jì)算模板荷載如下，內(nèi)模（包括支撐架）取1.0kN/m2，側(cè)模取0.8kN/m2，底模（包括背帶木）取0.6kN/m2；總計(jì)2.4kN/m2。

施工荷載：施工人員及設(shè)備荷載取1.0kN/m2。（查《建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》4.2.5條取值）；水平模板的混凝土振搗荷載取2kN/m2，（查《建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》4.2.5條取值）；總計(jì)為3kN/m2。

(二) 計(jì)算模型

取主線梁最高一跨（最不利部位）建立空間模型對碗扣架進(jìn)行計(jì)算，利用Midas civil有限元分析軟件建模分析。立桿與地基的約束情況采用對立桿底部進(jìn)行固端約束（約束x、y、z方向的平動及轉(zhuǎn)動）進(jìn)行模擬。

（三）結(jié)構(gòu)計(jì)算

1.上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

將混凝土、模板及施工荷載全部作用于支架模型進(jìn)行分析計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果表明，小橫桿、大橫桿、立桿的剪應(yīng)力及組合應(yīng)力均滿足其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

立桿最大軸力27.7kN＜30kN，底座和頂托均采用φ38mm（Q235A）可調(diào)螺桿，其最大抗壓能力計(jì)算如下所示：

Nmax＝(πD2/4)×fy＝π×382×205×10-3/4＝232.493kN

通過以上計(jì)算結(jié)果可知Nmax＝232.493kN＞27.7kN，其中27.7kN為立桿所受的最大荷載。

底座及頂托滿足要求。

2.地基承載力及基礎(chǔ)計(jì)算

基礎(chǔ)采用無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，為100mm厚C20混凝土。基礎(chǔ)沖切驗(yàn)算：

基礎(chǔ)剪切驗(yàn)算：

結(jié)論：基礎(chǔ)沖切與剪切均滿足使用要求。

四、碗扣支架施工

在硬化好的混凝土基礎(chǔ)上按立桿縱向布置間距，橫向鋪設(shè)20cm×5cm木板作為立桿底座，再在方木上搭設(shè)碗扣支架。支架搭設(shè)按照90cm×60cm（縱向×橫向）布置立桿，水平桿步距120cm，頂托上橫橋向放置I10工字鋼為支撐梁，箱梁底板處順橋向按25cm的間距布置10cm×10cm的方木作為分配梁。

在進(jìn)行碗扣支架安裝時(shí)，先確定起始安裝位置。為避免局部不平導(dǎo)致立桿不平懸空，利用可調(diào)底托將標(biāo)高調(diào)平。安裝時(shí)先測量所安裝節(jié)段地面標(biāo)高，根據(jù)所測數(shù)據(jù)計(jì)算出立桿底面標(biāo)高，然后進(jìn)行安裝立桿。立桿及橫桿按照圖紙及規(guī)范要求搭設(shè)、碗扣架搭設(shè)時(shí)，縱、橫成線形成牢固的縱、橫、豎三維網(wǎng)架。同時(shí)，按橋軸線縱橫方向并結(jié)合規(guī)范要求設(shè)置Ф48mm×3.5mm鋼管剪刀撐，其與地面的夾角按照45°～60°設(shè)置，剪刀撐上下左右連通，從上到下連續(xù)布設(shè)，從而使支架聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。

五、預(yù)壓沉降

（一）加載預(yù)壓及卸載

搭設(shè)完支架后，在方木頂層鋪設(shè)木合板采用砂袋預(yù)壓，預(yù)壓重量按現(xiàn)澆箱梁自重的1.1倍進(jìn)行預(yù)壓（應(yīng)按要求分級預(yù)壓；第一級加壓至60%總重量；第二級加壓至80%總重量；第三級加壓至100%總重量；第四級加壓至110%總重量。加載順序?yàn)榭v向從跨中向支點(diǎn)進(jìn)行對稱布載，橫向從結(jié)構(gòu)中心線向兩側(cè)對稱布載。）砂袋采用人工配合吊車進(jìn)行，砂袋每袋重1.3t，預(yù)壓采用超載預(yù)壓，扣除墩頂部分。預(yù)壓根據(jù)施工階段進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓采用整幅整體或逐孔預(yù)壓。支架卸載按均值卸載，分兩次卸完，分別為50%。第一次卸載后停4h～6h，觀測2次，第二次卸載后48h內(nèi)進(jìn)行6次觀測，推算其彈性數(shù)據(jù)。

（二）沉降觀測

經(jīng)軟件分析后選取最不利幾個(gè)桿件，并在這幾個(gè)桿件上布置應(yīng)變片。在支架預(yù)壓過程中應(yīng)變片最大應(yīng)力為160MPa，在箱梁混凝土澆筑過程中應(yīng)變片最大應(yīng)力為168MPa，均與軟件模擬計(jì)算結(jié)果接近155MPa，小于應(yīng)力允許值215MPa，支架滿足施工要求。