單箱三室預應力混凝土連續梁橋箱梁施工技術

田復之

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550003)

1 工程概況

望謨縣寧波大橋主橋為40 m+60 m+40 m預應力混凝土現澆連續單箱三室箱梁，橋寬20 m，底板總寬15 m，翼板寬度2.5 m，翼板根部高50 cm，邊緣20 cm。箱梁根部高截面高360 cm，腹板厚度80 cm，底板厚70 cm，頂板厚25 cm，中跨1/4跨徑和邊跨1/2跨徑處箱梁截面高240 cm，底板厚50 cm，腹板厚度65 cm。箱梁合攏段梁高2 m，墩頂處為3.6 m實心梁段。箱梁混凝土強度C50。

2 支架總體方案設計

主橋支架采用盤扣式鋼管滿堂支架，跨越城市道路處設置門洞跨越，跨越河流處設置棧橋加鋼管支架跨越。支架體系從下到上為地基、混凝基礎(或棧橋基礎或樁基礎)、φ630×12mm鋼管立柱(跨越道路或河流處)、φ400×8mm鋼管立柱(跨越道路或河流處)、45號工字鋼橫梁(跨越道路或河流處)、貝雷縱梁(跨越道路或河流處)、16號工字鋼橫梁(跨越道路或河流處)、鋼管支架、16號工字鋼橫梁、10×5 cm的方木及15 mm厚竹膠板模板。

支架豎向步距1.5 m，箱梁頂部加密為1 m，橫向間距為1.5 m，在腹板處加密為0.9 m。在梁端箱梁高度為3.6 m～3.2 m范圍內，支架縱向間距為0.6 m；梁高在3.2 m～2.5 m范圍，支架縱向間距為0.9 m；梁高小于2.5 m范圍內，縱向間距分別為1.2 m和1.5 m。箱梁空箱處以及腹板下滿鋪φ48鋼管為次楞，鋼管用鐵絲固定在工字鋼上，翼板處設置間距為0.25 m的10 cm×5 cm的方木作為次楞。

3 施工工藝技術

3.1 地基處理

承臺施工完畢后，先用砂土對支架范圍內進行分層回填，回填壓實度不低于96%。

3.2 基礎施工

地基處理完畢后，在支架范圍內澆筑20 cm厚C20混凝土(門洞及河流處除外)作為支架基礎，基礎四周設置0.3 m×0.3 m截面的排水溝，排水溝需采用砂漿硬化8 cm，以便雨水及時排出，排水溝與路線水系水溝連通，將雨水引進排水溝，確保地基部位不上水，不浸泡，保持基礎的穩定性。門洞及跨越河流處的基礎按設計要求施工，確保基礎質量和設計高程準確。

3.3 支架搭設

(1)第一跨(邊跨)支架

本橋第一跨跨余姚大道處采用型鋼和鋼管立柱搭設雙門洞直接跨越，現澆箱梁支架門洞自下而上為22 m×1 m×1 m的C20混凝土獨立基礎、φ400×8 mm鋼管立柱、雙Ⅰ45b工字鋼橫梁、I28工字鋼縱梁、下I16工字鋼橫梁、鋼管支架、上I16工字鋼橫梁、φ48鋼管以及15 mm厚的竹膠板。

鋼管立柱采用Φ400 mm鋼管，壁厚8 mm，立柱間距按2.3 m、2.425 m、2.375 m、2.4 m、2.4 m、2.375 m、2.425 m、2.3 m布置。每一排立柱頂安裝24 m長雙Ⅰ45a工字鋼橫梁，在雙Ⅰ45a工字鋼橫梁上搭設Ⅰ28工字鋼縱向分配梁，間距為50 cm，于45a工字鋼上根據立桿縱向間距布置下16號工字鋼橫梁。鋼管支架搭按2中要求的間距搭設。

(2)第二跨(主跨)支架

第二跨跨越望謨河，先施工棧橋基礎，然后在棧橋基礎上依次搭設鋼管立柱、貝雷梁以及鋼管支架的施工方法跨越。棧橋基礎為22 m×1.5 m×1 m的C25鋼筋混凝土，棧橋基礎上設置Φ630×12 mm鋼管立柱，縱向間距為9 m，橫向間距為3.9 m，高6.3 m。立柱采用20號槽鋼作剪刀撐增加立柱的穩定性，立柱頂端搭設雙I45工字鋼橫梁，橫梁上縱向搭設貝雷片縱梁，腹板處間距為45 cm，其它地方間距為90 cm。貝雷片縱梁頂按鋼管立桿縱向間距布置I16工字鋼支撐鋼管立桿。

(3)第三跨(邊跨)支架

第三跨地基為回填雜土，地基承載力不能滿足要求，在2#、3#墩承臺上搭設3 m高的φ630 mm×12 mm的鋼管立柱，由于承臺不夠橫橋向布設6根鋼管立柱，需在承臺兩側各開挖1顆樁徑1.2 m的樁基，樁基嵌入巖層，再把兩側樁基和承臺用C30混凝土澆筑成整體基礎，上搭設3 m高鋼管立柱。在2#墩、3#墩之間橫橋向開挖樁徑1.2 m的樁基共6顆，橫向間距為3.9 m，縱橋間距9 m，共需要3排。樁基上橫橋向搭設45號工字鋼，工字鋼縱向間距與基礎下樁基縱向間距一致為9 m，再在工字上搭設貝雷片縱梁，貝雷片在腹板處間距為45 cm，其它地方間距為90 cm。貝雷片搭設完后，在其上滿堂支架，支架可調底托放置在16號工字鋼上。

3.4 支架預壓

澆筑混凝土前應對支架進行預壓，以檢驗支架的剛度、承載力，同時消除支架的非彈性變形，確保支架系統的強度、剛度和穩定性，支架彈性形變以支架設置預拱度的方式予以消除。支架的預壓荷載不得小于現澆箱梁混凝土重量與模板自重及施工荷載之和的1.2倍。

預壓范圍為整體箱梁，采用砂袋預壓，每跨先加載跨中部位，由跨中向墩頂推進，按預壓單元分三級加載，第一級加載60%，第二級加載至80%，第三級加載至100%，每級加載完成后，間隔12 h對支架的沉降進行一次檢測，當支架沉降量的平均值小于2 mm時再進行下一級加載。

當各監測點最初24 h的沉降量平均值小于1 mm或各監測點終點最初72 h的沉降量平均值小于5 mm時，判定支架預壓合格。卸載過程與加載過程相反。

3.5 模板及鋼筋施工

鋼筋加工及安裝為常規施工工藝，模板均采用竹膠板加背楞的模板結構方式，均為常規施工工藝。

3.6 預應力工程

預應力工程施工為常規施工工藝，按規范施工，在此不作累述。

3.7 混凝土澆筑

混凝土澆筑分兩次澆筑，第一次混凝土先澆筑底板、腹板、中橫梁、端橫梁，澆到腹板與頂板間的倒角處，第二次澆筑頂板及翼板混凝土，兩次混凝土澆筑時間間隔不大于7 d。

梁體混凝土澆筑順序：對于縱坡較大的應從低處向高處進行澆筑，對一般梁體要先澆筑各跨跨中部分(L/4～3L/4)，后澆支點部分。同一聯梁澆筑點從一端向另一端水平分層、斜向分段、兩側腹板對稱、連續澆筑。混凝土澆筑時采用分層澆筑、振搗，每層厚度為30 cm。

3.8 支架拆除

現澆箱梁支架必須在混凝土箱梁施工完成后(預應力箱梁橋所有預應力鋼束管道灌漿完成且混凝土箱梁強度達到100%。普通鋼筋混凝土箱梁混凝土強度達到100%后方可拆除，支架拆除順序為先跨中，后支點，同時遵循對稱、少量、多次、逐漸完成的原則。

4 支架計算

根據《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》(JGJ231-2010)要求，支架荷載在允許荷載范圍內，不再對盤扣支架進行驗算，只驗算棧橋和門洞處相關構件。

4.1 棧橋驗算

(1)荷載統計

根據荷載統計顯示，鋼管立桿下支反力見表1。

表1 鋼管立桿支反力統計表

根據荷載統計表顯示，向下傳遞最大力為3.6 m梁高處的立桿，故只驗算腹板下的構件。

(2)16#工字鋼橫梁驗算

腹板下16#工字鋼驗算

采用MIDAS/Civil結構計算軟件建立計算模型，取三跨連續梁建立計算簡圖如圖1。

圖1 計算

經過計算，16工字鋼橫梁最大彎拉應力為σmax=64.65 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=61.96 MPa<125 MPa，lmax=0.19 mm

(3)貝雷片主梁驗算

貝雷片縱梁取3.6 m梁高下的一跨貝雷片計算(偏安全)，所受集中力為16工字鋼橫梁最大支反力P=52.34 KN，集中力間距為16工字鋼橫梁間距。

圖2

經過計算，貝雷片主梁最大彎拉應力為σmax=257.52 MPa<[σ]=1.3×215=279.5 MPa，τmax=73.3 MPa<1.3×125=162.5 MPa，lmax=16.53 mm

(4)45工字鋼橫梁驗算

45工字鋼橫梁所受集中力為P=375.4 KN，由于工字鋼為雙45工字鋼，按單片工字鋼計算，其所受集中力為187.7 KN，集中力位置為貝雷片縱梁位置。

經過計算，16工字鋼橫梁最大彎拉應力為σmax=182.5 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=96.6 MPa<125 MPa，lmax=2.8 mm

(5)63鋼管立柱驗算

經過計算，63鋼管立柱最大應力為σmax=56.96 MPa<[σ]=215 MPa，一階、二階、三階穩定系數為126、4.515及無窮大，滿足要求。最大支反力為P=1 109.54 KN(基礎所受集中力)。

(6)基礎驗算

基礎為C25鋼筋混凝土基礎，標準強度為17.5 MPa，長22 m，寬1.5 m，高1.5 m，鋼管立柱與基礎接觸面積A=3.141 5×(0.63/2)2=0.311 7 m2，基礎所受集中力為P=1 109.54 KN，則基礎應力為σ=P/A=1 109.54/0.311 7/1 000=3.6 MPa<17.5 MPa，滿足要求。

(7)地基承載力驗算

基礎傳遞給地基的力為P=1 109.54 KN，基礎以45°角傳遞給地基，則基礎受力面積A=1.5×3=4.5m2，則地基承載力應大于σ=P/A=1 109.54/4.5/1 000=0.25 MPa，故地基應采取相應措施使其承載力大于0.25 MPa。

4.2 門洞驗算

門洞各型鋼及鋼管立柱的驗算取梁高2.5 m處腹板下的鋼管立桿傳遞荷載為計算依據。

(1)16工字鋼橫梁驗算

腹板下16工字鋼取兩跨計算，所受集中力為P=72.8 KN，計算跨徑為28工字鋼縱梁間距0.5 m。

經過計算，16工字鋼橫梁最大彎拉應力為σmax=37.73 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=63 MPa<125 MPa，lmax=0.1 mm<500/400=1.24 mm，滿足要求。最大支反力為P=53.17 KN，則貝雷片縱梁所受集中力為P=53.17 KN。

(2)28工字鋼縱梁驗算

28工字鋼所受荷載為16工字鋼向下傳遞的支反力P=53.17 KN，計算跨徑5 m。

經過計算，28工字鋼縱梁最大彎拉應力為σmax=207.83 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=53.55 MPa<125 MPa，lmax=9 mm<5 000/400=12.5 mm，滿足要求。最大支反力為P=225.16 KN，則45工字鋼縱梁所受集中力為P=225.16 KN。

(3)45工字鋼橫梁驗算

45工字鋼橫梁所受荷載為28工字鋼向下傳遞的支反力P=225.16 KN，橫梁為雙工字鋼橫梁，計算時按單片梁計算，故其所受集中力為P=112.58 KN，計算模型按設計圖整梁驗算。

經過計算，45工字鋼橫梁最大彎拉應力為σmax=80.03 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=67.48 MPa<125 MPa，lmax=0.74 mm<2 300/400=5.75 mm，滿足要求。最大支反力為P=558.14 KN(φ40鋼管立柱所受集中力)。

(4)φ40鋼管立柱驗算

經過計算，φ40鋼管立柱最大應力為σmax=113.3 MPa<[σ]=215 MPa，一階、二階、三階穩定系數為26.01、2.2515及無窮大，滿足要求。最大支反力為P=1 116.28 KN(基礎所受集中力)。

(5)基礎驗算

基礎為C25鋼筋混凝土基礎，標準強度為17.5 MPa，長22 m，寬1 m，高1 m，φ40鋼管立柱與基礎接觸面積A=3.141 5×0.32=0.283 m2，所受集中力為P=1 116.28 KN，則基礎承擔的應力為σ=P/A=1 116.28/0.283/1 000=3.94 MPa<17.5 MPa，滿足要求。

(6)地基驗算

基礎傳遞給地基的力取鋼管立柱最大支反力P=1 116.28 KN，基礎以45°角傳遞給地基，則基礎受力面積A=1×2.6=2.6 m2，則地基承載力應大于σ=P/A=1 116.28/2.6/1 000=0.43 MPa，故地基應采取相應措施使其承載力大于0.45 MPa。