客运专线900吨现浇箱梁施工技术黄志军

客运专线900吨现浇箱梁施工技术黄志军

黄志军

中铁六局集团路桥建设有限公司

摘要：客运专线桥梁900吨箱梁一般采用梁场预制，运梁车运到现场，架桥机架设。在不适合架桥机通过的施工路段可以运用现浇施工,该施工方法种类较多，移动模架法、墩梁式支架、碗扣式满堂脚手架、钢管脚手架等方法，此种施工各具特点,要根据桥梁孔数、施工工期、现场地质类别、施工场地、成本投入等方面比较研究后进行选择运用。本文结合新建大西客运专线工程皇后园跨原太高速公路特大桥的施工案例,通过对满堂碗扣脚手架的受力检算以及施工流程,概括施工要点,以供类似工程作为参考。

关键词：客运专线900t现浇箱梁施工满堂碗扣式脚手架受力验算

1.工程实例

皇后园跨原太高速公路特大桥起止里程DIIK253+857.77～DK259+964.24，桥梁全长6106.47m,孔跨为(21-24m)+(157-32m)简支梁及2-（60+100+60）m连续梁。其中0#台～127#墩之间121孔预制梁采用TLC900型架桥机进行架设；127#墩～184#台之间57孔32m简支梁采用现浇法施工。

箱梁主要设计概况:现浇简支梁梁长32.6m，计算跨度31.5m，梁宽12.0m，截面类型为单箱单室等高度简支箱梁，箱梁底宽5.5m，梁部中心高3.05m。顶板厚度300～610mm，底板厚度280～700mm，均按折线变化。腹板厚450～1050mm，为斜腹板，腹板外侧上部圆弧半径750mm，下部圆弧半径300mm。支座中心纵向距梁端砼面550mm，同一端两支座横向中心距为4.5m，32m现浇简支梁根据不同纵坡分别采用5000KN支座及5500KN支座。梁体混凝土强度等级为C50，封锚采用C50干硬性补偿收缩混凝土。

2.方案选定

现浇梁支架又分为移动模架、墩梁式支架、碗扣式满堂脚手架、钢管脚手架等多种形式,一般地势陡峭、桥墩高度很高的桥梁,优先采用移动模架施工；桥墩不高、地势平坦、地质条件较好的可采用满堂支架法施工；跨路或跨河桥梁由于要留出通道,可采用墩梁式支架。

皇后园跨原太高速公路特大桥153#-162#、164#-165#共10孔，墩身高度在10至15m，地势不平坦且跨路和障碍物，因此采用贝雷梁支架现浇施工；127#-153#、162#-164#、165#-184#共47孔，墩身高度在10m以内，地势平坦、地质条件好、地基承载力大,因此选用满堂碗扣式脚手架法施工。

3.支架结构及受力核算

3.1箱梁尺寸

箱梁截面标准尺寸为：梁高3.05m，顶板宽12.0m,底板宽5.50m，长度32.6m，混凝土324m3，重量900t左右。两台汽车泵在混凝土浇筑时连续施工,6小时内将箱梁整体工程全部浇筑完成。如图1所示

3.2支架布置及受力验算

3.2.1支架布置

施工时首先进行支架基础、支架结构的设计与施工,箱梁跨度为32.60m,梁底此段为杂填土及湿陷性黄土，因此需将杂填土挖除2.0m，基坑回填采用素土分层压实回填1m厚，其上换填0.8m三七灰土，三七灰土换填宽度为14m。三七灰土压实回填完成后，在其上做20cmC20混凝土垫层，垫层四周做好排水沟。

支架采用碗扣支架，外径48mm，壁厚3.0mm。端部4.5m范围内腹板范围内采用30cm（横向）×60cm（纵向）布置5排，底板采用60cm（横向）×60cm（纵向），翼缘板下90（横向）×60cm（纵向）；其他位置：腹板范围内采用30cm（横向）×90cm（纵向）布置5排，底板采用60cm（横向）×90cm（纵向），翼缘板下90（横向）×90cm（纵向）；

支架搭设设计宽度14m，每侧留出1.0m作业平台并增加支架整体稳定性，各截面支架布置相同，墩顶四周设围栏；纵向梁端外侧在墩顶外侧起脚手架搭设围栏，保证作业安全。

支架纵横向采用6m长脚手架管做剪刀撑固定，沿线路纵向（架子横向）和线路横向（架子纵向）每5排～7排设剪刀撑，其交叉杆件交角的锐角不小45°不大于60°。每根斜撑至少要与3根立杆采用碗扣连接牢固,斜撑与立杆逢杆必扣。对于支架高度大于6m，支架上下分别设置水平剪刀撑。

支架立杆可调底座伸出长度要基本一致，并不超过15cm。墩顶部分直接在墩顶采用10cm×10cm纵横向搭设支垫，由于此处受力较大，方木间净距不得大于20cm。

3.2.2受力验算

3.2.2.1分项荷载

根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》相关规定取值。

⑴混凝土自重

预应力钢筋混凝土容重取26kN/m3。

⑵脚手架附属设备等自重

①脚手板自重标准值统一按0.35kN/m2取值；

②操作层的栏杆与挡脚板自重标准值按0.14kN/m2取值；

③脚手架上满挂密目安全网自重标准值按0.01kN/m2取值；

④脚手架自重：立杆按照6.18kg/m计算，按照最大高度12.5米计算，横杆按照5.57kg/m计算，按照10层计算。

端部4.5m范围内处：

立杆：0.3m×0.6m：3.26kN/m2（按9.5m高计算）

0.6m×0.6m：1.55kN/m2

0.9m×0.6m：1.43kN/m2

横杆：0.3m×0.6m：1.86kN/m2（按8层计算）

0.6m×0.6m：1.55kN/m2

0.9m×0.6m：1.29kN/m2

则包括立杆、纵向及横向水平杆、水平及垂直斜撑、支承梁（楞）、模板、脚手板、配件、挡脚板、栏杆、安全网等防护设施及附加构件的自重值：

0.3m×0.6m支架：5.62kN/m2；（模板等计0.50kN/m2）

0.6m×0.6m支架：3.60kN/m2；（模板等计0.50kN/m2）

0.9m×0.6m支架：3.22kN/m2；（模板等计0.50kN/m2）

等截面位置处：

立杆：0.3m×0.9m：2.17kN/m2（按9.5m高计算）

0.6m×0.9m：1.43kN/m2

0.9m×0.9m：0.95kN/m2

横杆：0.3m×0.9m：1.65kN/m2（按8层计算）

0.6m×0.9m：1.29kN/m2

0.9m×0.9m：1.03kN/m2

则包括立杆、纵向及横向水平杆、水平及垂直斜撑、模板、支承梁（楞）、配件、脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施及附加构件的自重计算值：

0.3m×0.9m支架：4.32kN/m2；（模板等计0.50kN/m2）

0.6m×0.9m支架：3.22kN/m2；（模板等计0.50kN/m2）

0.9m×0.9m支架：2.48kN/m2；（模板等计0.50kN/m2）

⑶施工活荷载

①人及机具作用在模板或支架上的荷载：对模板及横梁按2.5kN/m2计；对支架立柱按1kN/m2计；

②振捣混凝土时底模产生的荷载按2kN/m2计；

③倾倒混凝土冲击荷载，按2.0kN/m2计。

⑷水平风荷载

组合风荷载时，立杆强度满足要求。

4.工艺流程和施工要点

现浇箱梁施工工艺流程为:施工准备→处理地基→硬化场地→搭设支架→底模安装→预压支架→根据预压结果,结合张拉起拱度、徐变值调整底模标高→安装支座、安装外侧模→防落梁挡块安装→底腹板端模及预应力锚具安装→底腹板钢筋绑扎及波纹管安放→内模安装→顶翼板钢筋绑扎及预应力穿束→混凝土浇筑养生→拆内模→初张拉→拆外侧模→终张拉→压浆→封锚→拆底模及支架

4.1支架预压的原因

第一为了检测支架的实际承载能力和支架的整体稳定性,能够消除支撑方木、支架、模板的非弹性变形，减少地基的压缩沉降影响。

第二为了确保箱梁在混凝土浇注卸架后，符合设计的外形尺寸以及拱度要求。

第三获取支架弹性变形的真实数值,得出梁体立模的抛高预拱值数据，设置相应的参考值。

4.2支架预压工艺流程

预压重量为设计荷载(箱梁自重、内外模板重量及施工荷载之和)的百分之一百二十。加载过程根据设计荷载的百分之三十、百分之六十、百分之一百、百分之一百二十，四个级别加载，测出各测点加载前后的高程。各阶段加载后1h后进行支架变形观测，加载结束后每6h测量一回变形数值，并绘制出时间与沉降变化曲线，待曲线上的沉降基本平衡稳定（沉降量小于2mm/d即可认为达到稳定）后方可卸载。卸载采用120%—100%—60%—0的卸载顺序,并分别测算出每个级别荷载下各测点的高程值。

箱梁施工支架预压的工艺流程图:

4.3工艺流程步骤

⑴.箱梁底模板的铺设

箱梁底模板铺设完成后，底模板的标高一定要与设计标高相近，为了确保支架底传递荷载的两两支架之间均匀受力，仔细检查顶托是否与顶层槽钢垂直,检查横杆与竖杆之间的牢固性，必要时以作调整。

⑵.布置测量标高点

在加载预压之前测出各测量控制点标高，目的是了解支架沉降情况,测量控制点按顺桥向底模底在梁端2米、1/4、1/8、1/16、跨中各设置一排，支架混凝土基础布置一排，每排5个点。在百分之三十、百分之六十、百分之百、百分之一百二十各阶段加载1h后进行支架变形观测，加载完毕后每6h测量一次变形数值，并绘制出时间与沉降变化曲线，待曲线上的沉降基本平衡稳定（沉降量小于2mm/d即可认为达到稳定）后方可卸载。

⑶.加载荷重计算及加载方法

为了准确模拟梁体重量，进行分解计算。在加载预压过程中，根据不同部位梁体自重进行相应重量的预压，并进行沉降观测，等沉降量稳定以后再进行相应部位梁体重量的20%的超载预压。

由于端头1.5m范围内梁体重量有墩身直接承担，所以端头1.5m范围内94.6t（除翼缘）不计入预压之内。支架承担的全部荷载为2.6*(324+0.813×2×3-14.674×3)=740.626t，需要堆载740.626×120%=888.75t。堆载试验采用混凝土预制块代替荷载进行，混凝土块尺寸为：2.4m*0.5m*0.6m，每块混凝土重1.8t，计划堆载重总量888.75t。总共需混凝土块494块,堆载过程中采用吊车配合吊装。预压时为保证安全，底板分层加载并进行沉降观测。

⑷.各测量点标高值在加载后予以测量，标高值H2，每一步结果做好记录。⑸.各测量点标高值在卸载前进行测量，标高值H3。布载时间不低于24h。

⑹.卸载的操作方法即加载的反向操作。

⑺.以H4作为卸载后各测量点的标高值。

卸载后对各测量点标高值H4进行测量并计算出其变形情况：

非弹性变形f3=H1-H4。通过预压后可认为支架、模板、方木等的非弹性变形已经消除。

弹性变形f2=H4-H3。根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度δ,目的是使支架变形后梁体线型符合设计要求。

另外,根据H2和H3的差值,得出支架变形因持续荷载的影响大小。

⑻.底模标高的整合

根据技术方案,此工程桥梁的设计预拱度不高于15mm。

⑼.底模标高的调整以及预拱度的设置

预压后架体在预压荷载的作用情况下大体消除了地基塑性变形以及支架竖向各杆件的间隙即为非弹性变形，并通过预压得出了支架弹性变形值(见表)。

4.4注意事项

⑴.为了确保支架在荷载作用下无变形情况，应该全面检查支架，此操作在测量H1前、铺设底模板后。

⑵.避免事故发生，因为支架高，重量大的特点，对加载及卸载过程的支架情况严格控制，随时观测。

⑶.加载过程注意支架及地基是否有异常变形，专业人员随时观测现场加载情况，如遇紧急情况，应当立即停止加载施工，在及时调整，确保施工环境可行后方可继续加载，避免造成安全事故发生。

⑷.保证施工过程中的安全工作，加载及卸载过程特别注意，安保工作必不可少。

⑸.预压结束后，加强对支架变形情况、地基沉降情况的及时调整，以确保施工环境的安全性。

5.结束语

通过案例分析得出，满堂碗扣式脚手架在施工现浇箱梁工程时既简便又快捷，同时支架稳定性好,线性容易控制，效果十分明显，值得在同类桥梁施工中推广实施。