青银高速林庄立交桥现浇箱梁支架验算及水压法预压施工

文 /张庆明

现浇箱梁支架承受箱梁钢筋混凝土和模板的重力荷载以及临时施工荷载，在支架设计时首先应分析荷载的分布规律。对于现浇箱梁施工期的荷载分布规律很难精确计算。结合青银高速公路冀鲁界四合同段林庄 K40+712分离式立交桥现浇连续箱梁支架设计荷载验算，对现浇箱梁支架荷载分布规律进行初步分析，并根据支架竖向荷载分布利用橡胶水囊进行预压的施工技术。

1、工程概述

青银高速公路冀鲁界四合同段 K40+712分离式立交桥，上部结构为20m+25m+25m+20m四跨预应力混凝土连续箱梁，沥青混凝土桥面铺装。下部结构为柱式墩台，混凝土灌注桩基础。

2、支架地基处理

在桥位处首先清除部分底层松散土，然后用振动压路机碾压底槽，底层铺筑 50cm厚5%水泥稳定土，上层铺筑30cm厚6%水泥稳定碎石。为防止支架地基受施工养生用水及降雨浸泡，在两侧各设一道深0.5m×0.3m边沟，两侧各设集水井一个。

3、对设计的支架进行荷载验算

3.1底模板下次梁（6×12cm木枋）验算

底模下脚手管立杆的纵向间距为 0.9m，横向间距根据箱梁对应位置分别设为0.46和0.9m，顶托工字钢横梁按横 桥 向布置，间距90cm；次梁按纵 桥 向布置，间距35cm和16cm。因此计算跨径为0.9m，按简支梁受力考虑，分别验算底模下斜腹板对应位置和底板中间位置。

3.1.1斜腹板对应的间距为16cm的木枋受力验算

底模处混凝土箱梁荷载： P 1 =2.5×26=65kN/m 2  （按2.5m混凝土厚度计算）模板荷载：P 2 =200kg/m 2 =2kN/m 2

设备及人工荷载： P 3 =250kg/m 2 =2.5kN/m 2

混凝土浇注冲击及振捣荷载： P 4  =200kg/m 2 =2kN/m 2

则有 P=（P 1 +P 2 +P 3 +P 4 ）=71.5kN/m 2

W=bh 2 /6=6×12 2 /6=144cm 3

由梁正应力计算公式得：

σ=qL 2 /8W=（71.5×0.16）×10 3 ×0.92/8×144×10 -6

=9.13Mpa＜[σ]=10Mpa强度满足要求；

由矩形梁弯曲剪应力计算公式得：

τ=3Q/2A=3×（71.5×0.16）×10 3 ×（0.9×0.5）/2×6×12×10 -4

=1.07Mpa＜[τ]=2Mpa（参考一般木质）强度满足要求；

由矩形简支梁挠度计算公式得：

E=0.1×10 5 Mpa；I=bh 3 /12=864cm 4

f max =5qL 4 /384EI=5×11.44×10 3 ×0.94/384×864×10 -8 ×0.1×10 5

=1.273mm＜[f]=1.5mm（[f]=L/400）刚度满足要求。

3.1.2底板下间距为35cm的木枋受力验算

中间底板位置混凝土厚度在 0.5～0.7m之间，按0.7m进行受力验算，考虑内模支撑和内模模板自重，木枋间距0.35m，则有：

底模处混凝土箱梁荷载： P 1 =0.7×26=18.2kN/m 2

内模支撑和模板荷载： P 2 =400kg/m 2  =4kN/m 2

设备及人工荷载： P 3 =250kg/m 2 =2.5kN/m 2

混凝土浇注冲击及振捣荷载： P 4 =200kg/m 2 =2kN/m 2

则有 P=（P 1 +P 2 +P 3 +P 4 ）=26.7kN/m 2

q=26.7×0.35=9.345t/m＜71.5×0.16=11.44t/m

表明底板下间距为 0.35m的木枋受的力比斜腹板对应的间距为0.16m的木枋所受的力要小，所以底板下间距为0.35m的木枋受力 安全 。

以上各数据均未考虑模板强度影响，若考虑模板刚度作用和 4跨连续梁，则以上各个实际值应小于此计算值。

3.2顶托横梁（I14工字钢）验算

脚手管立杆的纵向间距为 0.9m，横向间距为0.9m和0.46m，顶托工字钢横梁按横 桥 向布置，间距90cm。因此计算跨径为0.9m和0.46m，为简化计算，按简支梁受力进行验算，实际为多跨连续梁受力，计算结果偏于 安全 ，仅验算底模下斜腹板对应位置即可：

平均荷载大小为 q 1 =71.5×0.9=64.35kN/m

另查表可得：

WI14=102×10 3 mm 3 ；I=712×10 4 mm 4  ；S=I/12

跨内最大弯矩为：

M max =64.35×0.46×0.46/8=1.702kN·m

由梁正应力计算公式得：

σ w =Mmax/W=1.702×10 6 /(102×10 3 )

=16.69Mpa＜[σw]=145Mpa满足要求；

挠度计算按简支梁考虑，得：

E=2.1×10 5 Mpa；

f  max =5qL 4  /384EI

=5×64.35×10 3 ×0.464×10 9 /(384×2.1×10 5 ×712×10 4 )

=0.26mm＜[f]=2.25mm（[f]=L/400）刚度满足要求。

3.3立杆强度验算：

脚手管（Ф 48×3.5）立杆的纵向间距为0.9m，横向间距为0.9m和0.46m，因此单根立杆承受区域即为底板0.9m×0.9m或0.46m×0.9m箱梁均布荷载，由工字钢横梁集中传至杆顶。根据受力分析,不难发现斜腹板对应的间距为0.46m×0.9m立杆受力比其余位置间距为0.9m×0.9m的立杆受力大，故以斜腹板下的间距为0.46m×0.9m立杆作为受力验算杆件。

则有 P=71.5kN/m 2

由于大横杆布距为 1.2m，长细比为λ=ι/i=1200/15.78=76，查表可得Ф=0.744，则有：

[N]=ФA[σ]=0.744×489×215=78.22kN

而 Nmax=P×A=71.5×0.46×0.9=29.6kN，可见[N]＞N，抗压强度满足要求。

另由压杆弹性变形计算公式得：（按最大高度 11m计算）

Δ L=NL/EA=29.6×10 3 ×11×10 3 /2.1×10 5 ×4.89×10 2

=3.171mm压缩变形很小。

箱梁每跨混凝土 190m 3 ，自重约475t，按上述间距布置底座，则每跨连续箱梁下共有765根立杆，可承受2525t荷载（每根杆约可承受33kN），比值为2525/475=5.32，完全满足施工要求。

经计算，本支架其余杆件受力均能满足规范要求，此处计算过程从略。

4、支架安装

本支架采用 “扣件”式满堂脚手架，其结构形式如下：纵向立杆间距为90cm，横向立杆间距除箱梁腹板所对应的位置处间距按46cm布置外，其余按90cm左右间距布置，在高度方向每间隔1.2m设置一排纵、横向联接脚手钢管，使所有立杆联成整体，为确保支架的整体稳定性，在每三排横向立杆和每三排横向立杆各设置一道剪刀撑。支架顶部设HQ60型顶拖调节器，用以调节支架预压后的变形值，以便达到设计标高要求。

脚手管安装好后，在可调顶托上铺设 I14工字钢，箱梁底板下方的I14工字钢横向布置，长6m，间距为0.9m；由于本方案外侧模板及翼缘模板为大型钢模板，为考虑模板整体移动，在翼缘板下所对应的位置I14工字钢采用顺 桥 向布置。I14工字钢铺设好后，在箱梁底板下宽6m的I14工字钢铺设6×12cm的木枋，木枋铺设间距为：在箱梁腹板所对应的位置按18cm布置，底板其余位置按30～35cm布置。木枋布置好后可进行支架预压。

5、支架预压

安装模板前，要对支架进行预压。支架预压的目的一是检查支架的 安全 性，确保施工 安全 ；二是消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于 桥 面线形控制。

5.1 橡胶水囊设计

根据上部结构横断面尺寸，考虑到横隔梁、倒角、钢筋、钢绞线以及施工荷载，计算每孔底板部分荷载及翼板部分荷载。并考虑搬运方便，箱梁底板部分水囊单元尺寸为 10×3.6×2m，翼板部分水囊单元宽度尺寸应较翼板略窄，为10×1.3×1.4m。根据荷载情况，确定底板部分水囊充水高度为1.8m，翼板部分充水高度为1.2m。水囊单元高度设计尺寸应较充水高度大20cm左右，以使水囊充、放水及缓冲水囊上部承受的施工荷载。

因水囊仅承受施工操作人员荷载及袋中水压力，在保证质量和安全的前提下，为降低一次投入成本，采用单层胶布坝袋。

水阀设计：在每个水囊单元两端上、下各设计一只给水、排水阀门，水囊单元上顶面设计两个可关闭型排气孔。

5.2橡胶水囊施工操作

5.2.1摊铺：把水囊平放于将要预压部位的模板上，理顺阀门和排气孔，向四周均匀铺开。

5.2.2充水及放水：将水囊两端排水阀门关闭，打开进水阀门和排气孔进行充水。待本跨预压完成后，可以循环利用水资源，将水抽入下一跨待充水的水囊中。

6、预压测点的布置

每跨测点的布置范围按梁体设计图纸上的施工长度布置，测点在纵向间距为 6m一个断面，横桥向为箱梁横断面变化处各点，共5个测点。

7、预压测点结果分析

由于预压荷载的布置对应于梁体混凝土的实际分布形式布置，各测点沉降值基本上反映了实际施工的情况。从测量结果得出：各测点累计沉降量最大值 15mm，最小值为3mm，累计回弹量一般在4～9mm范围内。其中两翼缘板处为2～6mm，梁底板处为5～9mm。

8、预压后模板标高调整值设定

根据预压测量所得资料，预压结束后模板标高调整值为预拱度 1cm加上回弹量1cm。即在箱梁板底中心处采用2cm，由中心向支座处以直线过渡，支座处标高调整值为0cm。在两翼缘板中心处采用1cm，由中心向支座处以直线过渡，支座处标高调整值为0cm。

9、结束语

现浇箱梁的支架施工荷载主要集中在箱梁底板的两端，故支架不能等距离布置，应根据荷载分布情况布置支架钢管的密度。水囊以其预压重量便于控制，受力均匀，对模板损伤小，移动方便，可重复使用，工作效率高，经济实用等优点，有其广泛的适用和推广意义。

支架预压可以消除支架的非弹性变形并检验支架的稳定性，在地质条件相近的桥梁施工中，采用相同的地基处理方法，可以直接采用预留变形值的方法进行施工，以便提高施工的速度和效率。

作者单位：秦皇岛市公路工程建设管理处