运用满堂支架法进行预应力混凝土连续现浇箱梁施工技术

摘要：滿堂支架法以其施工稳定性好、施工便捷、流水速度快等特点，在现浇箱梁施工中得以广泛采用。本文以某铁路公跨铁为例，介绍满堂支架在公跨铁现浇箱梁中的应用，为今后类似工程提供借鉴。

关键词：公跨铁;支架验算;方案比选

Construction technology of prestressed concrete continuous cast-in-place box girder with full support method

GAO Gao

China Railway Construction and port and shipping bureau general contracting branch，Guangdong Zhuhai 519000

Abstract：the full support method is widely used in cast-in-situ box girder construction because of its good construction stability，convenient construction and fast running speed. In this paper，the application of the full support in the cast iron box girder of the cross span railway is introduced，taking a railway rail crossing as an example，which provides reference for similar projects in the future.

Key words：male span iron;bracket checking;scheme comparison

1.工程概况

1.1工程简介

我部负责施工的正线全长30.854km，沿线有公跨铁立交3座，均为（3*25m）预应力混凝土连续箱梁。每跨分左右两片，中间采用现浇湿接缝连接。每片梁底板宽1m，顶板宽2.85m，共27.1m3 C50混凝土，每片箱梁总重量为70.46t。连续梁采用满堂支架法现浇施工，施工顺序为先简支后连续。

1.2 现场状况简介

公跨铁沿线布置间距大，且所处地形复杂、道路难行。

1.3施工工期

由于地方协议签订苦难、设计出图较晚，再加上均在铺架的主线上，造成所用公跨铁的施工工期较紧张。很难再铺架开始之前，所有箱梁预制架设完成，造成部分箱梁要在铺架完成后方能施工。

2.箱梁施工方法及选择

2.1箱梁施工的几种方法

2.1.1方法一：统一在台座上预制、统一运输架设

在一个集中场所将所有箱梁一起预制，然后用统一的运输设备、架设设备进行架设。由于公跨铁的施工时间较拖后，主线路已经铺设好钢轨;公跨铁的设置位置分散，地方道路很难满足通行大型车辆和设备的要求，所以此种方法很难实行。

2.1.2方法二：在每个工点上设置台座、原地架设

将各自工点上的箱梁分别施工台座，在台座上分别进行施工各自工点上的箱梁，然后在原地运用大型吊车进行吊装。此种方法减少了运输的环节，对地方道路要求较低，但是同样存在公跨铁的施工时间较拖后，主线路已经铺设好钢轨大型吊车很难进入现场的问题;同时由于箱梁较重，需要大型吊车分别进行现场，费用较高。

2.1.3方法三：支架上分别现浇法

在每个公跨铁工点原位搭设支架，在支架上部进行箱梁的立模、绑扎钢筋、浇筑施工等施工。此种方法不需要大型的吊装、运输设备，但是每个工点数需要搭设支架，同时需要的箱梁模板的数量也较大。

2.2几种方法的优缺点

上述三种方法的优缺点比较见下表1.

由于现场条件、施工工期的限制现场施工采用支架上分别现浇法施工。

3.支架设计

3.1对于预应力混凝土连续梁，满堂支架的搭设质量直接决定着整个公跨铁的施工安全、质量。因此，在施工前，必须对满堂支架进行设计验算，已确保可以在其上部能够安全的进行箱梁的施工。

3.2满堂支架采用WDJ式支架，架杆外径4.8cm，壁厚0.35cm，内径4.1cm碗扣式钢管支架，拆装方便，间距规整，受力较均匀，主要由：立杆、横向水平管、纵向水平管、剪刀撑和斜撑组成。根据设计图纸及荷载分布情况，初步设计：支架顺桥向纵向间距0.9m，横桥向横向间距梁底为0.6m，翼缘板底为0.9m，纵横水平杆竖向间距1.2m。

碗扣式支架底托下垫枕木或统一采用5CM厚木板，顶部同样加设顶托，方便整个支架的调整。顶托上面横向分布10cm*15cm方木，其上纵向分布10*10cm方木，方木间距25-30cm，方木上钉厚度15mm的竹胶板作为箱梁底模。

3.3  计算依据

3.3.1 施工荷载计算项目按照桥涵施工技术规范和设计文件的有关要求执行。

3.3.2 主要材料指标：参考《建筑模板施工手册》

①竹胶板：规格尺寸2440×1220×12mm

抗弯强度设计值[fm]=50MPa

弹性模量Em=5000MPa

②方木：规格100×100mm（间距0.3米）、100×150mm（0.6米）

木料：东北落叶松

顺纹抗弯强度设计值[fw方木] =17MPa

抗剪强度允许值[fv方木] =1.6MPa

弹性模量E方木=10000MPa

③碗扣式支架：WDJ式支架，架杆外径4.8cm，壁厚0.35cm，内径4.1cm。

竖向允许承载力[N]=33.1KN

《建筑工程施工计算手册》、《钢结构及木结构设计规范》、《桥梁施工计算手册》、《桥梁设计与计算》

3.4   验算对象

公路桥箱梁：5.7m顶面宽，双箱单室连体箱梁，梁高为1.424m，验算截面为边跨端横梁位置，见下示意图：

3.5   检算项目

根据《桥涵施工技术规范》要求，主要检算以下项目：

①竹胶板强度及刚度

②10×10纵向方木强度和刚度

③10×15横向方木强度和刚度

④支架的强度、稳定性及刚度

⑤地基承载力计算

3.6   荷载组合及计算

根据《桥涵施工技术规范》9.2模板、支架和拱架设计中的9.2.2条：设计荷载主要有以下几种：

3.6.1  模板、支架、拱架自重;

竹胶板：q₁₁=0.3KN/㎡

上方木：q₁₂=0.24KN/㎡

下方木：q₁₃=0.2KN/㎡

3.6.2  新浇筑混凝土、钢筋混凝土或其他圬工结构物的重力;

取边跨横梁端部位置：q₂=1.7×26=44.2KN/㎡

3.6.3  施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载;

根据《公路桥涵施工技术规范》附录D普通模板荷载计算2规定：

①计算模板及直接支承模板的小棱时，均布荷载可取q₃₁=2.5KN/㎡，另外以集中荷载P=2.5KN进行验算;

②计算直接支承小棱的梁或拱架时，均布荷载可取q₃₂=1.5KN/㎡;

③计算支架立柱及支承拱架的其它结构构件时，均布荷载可取q₃₃=1.0KN/㎡。

3.6.4  振捣混凝土产生的荷载;

对水平模板为：q₄=2.0kpa=2.0KN/m²;

3.6.5  新浇筑混凝土对侧面模板的压力，本次计算时不予考虑;

3.6.6  倾倒混凝土时产生的水平荷载，本次计算时不予考虑;

3.6.7   计算强度的荷载组合为：1+2+3+4+7

计算刚度的荷载组合为：1+2+7

3.7   强度及刚度检算

3.7.1 竹胶板强度及刚度检算

3.7.1.1 计算模型：

竹胶板计算模型采用跨度为0.25cm的两端简支梁进行计算，计算范围为90cm×0.25cm，见下图2.

3.7.1.2  荷载计算：

⑴强度计算时的荷载组合为：q₁₁+q₂+q₃₁+q₄

根据荷载的组合情况分为以下两种情况：

情况一：

Q_模板1=（0.3+44.2+2.5+2.0）×0.9×0.25=11.025KN/m

情况二：

Q_模板2=（0.3+44.2+2.0）×0.9×0.25=10.46KN/m

⑵刚度计算时荷载组合：q₁₁+q₂

Q_模板3=（0.3+44.2）×0.9×0.25=10.0125KN/m

⑶截面参数计算：

惯性矩I=bh³/12=（1000×15³）/12=281250mm⁴

矩形截面模量W_A=bh²/6=（1.0×0.015²）/6=3.75×10^-5m³

⑷内力计算：

情况一：M₁=1×Q_模板1L²/8=1×11.025×0.25²/8=0.086 KN·m

情况二：M₂=1×Q_模板2L²/8+1×P_模板×L/4=1×10.46×0.252/8+1/4（2.5×0.25）=0.238KN·m

情況二产生的弯矩较大，故抗弯强度检算采用 Mmax=M₂。

⑸强度计算：

抗压强度σ= Mmax/W=0.238×10³/（3.75×10 ^-5）×10 6=6.35Mpa<[f w竹胶板] =50Mpa

⑹刚度计算：（建筑模板施工手册526-527页）

刚度f=5Q_模板3L⁴/384EI=5×10.01×250⁴/（384×5000×281250）=0.36mm<L/400=300/400=0.75mm

3.7.2 纵向方木检算：（10×10cm）

3.7.2.1 计算模型：

方木排距模板刚度来确定，根据竹胶板检算，方木净距采用0.25cm。计算模型取跨度为90厘米的两端简支梁，见下示意图3：

3.7.2.2  荷载计算：

⑴强度检算：荷载组合：q₁₁+q₁₂+q₂+q₃₁+q₄

情况一：Q_{纵向方木1}=（0.3+0.24+44.2+2.5+2.0）×0.25=12.31KN/m

情况二：Q_{纵向方木2}=（0.3+0.24+44.2+2.0）×0.25=11.685KN/m

⑵刚度检算：荷载组合q₁₁+q₁₂+q₂

Q_{纵向方木3}=（0.3+0.24+44.2）×0.25=11.185 KN/m

⑶截面特性计算：

惯性矩I=（b·h³）/12=（10×10³）/12=8.33×106mm4

矩形截面模量W_A=（b·h²）/6=（0.1×0.12）/6=1.667×10^-4m3

⑷内力计算：

情况一

M₁=1×Q_{纵向方木1}L²/8=（12.31×0.92）/8=1.246KN·m

Q₁=Q_{纵向方木1}·L/2=12.31×0.9/2=5.54KN

情况二

M₂=Q_{纵向方木2}·L²/8+P·L/4=11.685×0.92/8+2.5×0.9/4=1.75KN·m

Q₂=Q_{纵向方木2}·L/2+P/2=11.685×0.9/2+2.5/2=6.5 KN

计算得知情况二内力较大，按照情况二进行强度检算。

⑸强度检算：

抗压强度σ=M₂/W=1.75/（1.667×10^-4）=10498KPa=10.498MPa<[fw 方木] =17MPa

抗剪强度τ=3Q/2bh）=（3×6500）/（2×100×100）=0.975 MPa<[ fv方木] =1.6 MPa

⑹刚度计算：

刚度 f=5QL⁴/384EI=（5×11.185×900⁴）/（384×1.0×104×8.33×106）=1.147mm<600/400=1.50mm

结果：经检算10×10cm方木强度、刚度均满足使用要求。

3.7.3 横向方木检算：（15×10cm）

3.7.3.1 计算模型：

纵向方木间距由横向方木的刚度控制，顺桥向的跨距由其本身的刚度控制，立杆的横向步距均60厘米，因此，按计算跨墩为60厘米的简支梁进行检算，计算范围为0.6米×0.9米，见如下示意图4：

3.7.3.2 荷载计算：

⑴强度计算：

荷载组合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂+q₃₂+q₄

Q_{横向方木1}=（0.3+0.24+0.2+44.2+1.5+2）×0.9=43.596KN/m

⑵刚度计算：荷载组合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂

Q_{横向方木2}=（0.3+0.24+0.2+44.2）×0.9=40.446 KN/m

⑶截面特性计算：

I=（b·h³）/12=10×153/12=2.8×107mm⁴

W=（b·h²）/6=10×152/6=3.75×105mm³

⑷內力计算：

M=1×Q_{横向方木1}·L2/8=43.596×0.62/8=1.96KN·m

Q=Q_{横向方木1}·L/2=43.596×0.6/2=13.08KN

⑸强度计算：

抗压强度σ=M/W=（1.96×106）/（3.75×105）=5.23MP a<[fw 方木] =17MPa

抗剪强度τ=（3×Q）/（2×b·h）=（3×13080）/（2×100×150）=1.308MPa<[ fv 方木] =1.6 MPa

⑹刚度计算：

刚度f=5QL4/384EI=（5×40.446×6004）/（384×1.0×104×2.8×107）=0.244mm<600/400=1.50mm

结果：经过检算15×10cm方木强度及刚度均满足要求。

3.7.4 立杆检算

3.7.4.1 计算模型：

荷载按照立杆中心0.9×0.6米范围进行计算，其受力简图示意见下图5：

3.7.4.2 荷载计算：

⑴强度计算：

荷载组合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂+q₃₃+q₄

P₁=（0.3+0.24+0.2+44.2+1.0+2.0）×0.9×0.6=25.89KN

⑵刚度计算：

荷载组合：q₁₁+q₁₂+q₁₃+q₂

P₂=（0.3+0.24+0.2+44.2）×0.9×0.6=24.27KN

⑶立杆强度计算：

每根扣碗杆件的荷载：

N=P=25.89KN<[N] =33.1 KN

满足承载力要求

⑷立杆稳定性检算：

钢管外径48mm，壁厚3.5mm

惯性矩I=3.14×（4.84-4.14）/64=12.187cm⁴

净截面积A=3.14×（4.82-4.12）/4=4.893cm²

截面回转半径i=（I/A）1/2=（12.187/4.893）1/2=1.578cm

查Q235-A钢轴心受压构件的稳定系数表，得?=0.69，

每根立杆的设计荷载为（支架搭设高度30m以下，K=0.8，f=215Mpa（详见路桥施工计算手册448页立杆表，0.8为偏心受压影响系数，215MPa为钢材强度极限值）：

N=K?Af=0.8×0.69×489.3×215=58KN>25.89KN

满足要求。

⑸刚度检算：

柱、桁架杆件受压容许长细比[λ] =150，钢管立杆长细比λ=L/i=120/1.578=76.05<[λ] =150，故也满足刚度要求。

3.7.5 地基承载力检算：

支架支撑托直接放在10cm厚C20砼面上，底托大小15cm×15 cm，按45°进行扩散，砼垫层与地基接触的面积应按0.35m×0.35m即0.1225m²，取横梁处受力最大的单根进行计算：那么产生的最大基底应力为：25.89KN/0.1225m²=211KPa。

根据《公路桥涵施工技术规范》取1.5的安全系数，故要求地基承载力大于317KPa。

4.预压

4.1为避免在砼施工时，支架不均匀下沉，消除支架和地基的非弹性变形，准确测出支架和地基的弹性变形量，为预留拱度提供依据，事先对支架进行预压。预压时，用砂袋按上部砼重量分布情况进行布载，加载重量为梁体自重1.2倍。

4.2在加载前，先在地基和底模上布设观测点，以便测量沉降量。加载分三次进行，每次的重量为总重的1/3，每次加载完成后，均观测下沉量直至稳定，在最后一次加载完成后至少观测48小时，直至支架和地基稳定。

4.3当支架稳定后，即可卸掉砂袋，卸砂袋时要分层卸，全部卸完后，测量底模的标高，计算出支架和地基的弹性变形量，以便将模板调整到需要的标高。

4.4在预压结束、模板调整完成后，再次检查支架和模板的扣件是否牢固，松动的要重新上紧。

对于预应力混凝土连续梁，满堂支架的搭设质量直接决定着整个公跨铁的施工安全、质量^[3]。因此，在施工前，必须对满堂支架进行设计验算，已确保可以在其上部能够安全的进行箱梁的施工。

满堂支架采用WDJ式支架，架杆外径4.8cm，壁厚0.35cm，内径4.1cm碗扣式钢管支架，拆装方便，间距规整，受力较均匀，主要由：立杆、横向水平管、纵向水平管、剪刀撑和斜撑组成。根据设计图纸及荷载分布情况，初步设计：支架顺桥向纵向间距0.9m，横桥向横向间距梁底为0.6m，翼缘板底为0.9m，纵横水平杆竖向间距1.2m。

碗扣式支架底托下垫枕木或统一采用5CM厚木板，顶部同样加设顶托，方便整个支架的调整。顶托上面横向分布10cm×15cm方木，其上縱向分布10cm×10cm方木，方木间距25～30cm，方木上钉厚度15mm的竹胶板作为箱梁底模。

5结论

本着安全第一的原则，满堂支架在本项目公跨铁桥梁中得到了合理利用，达到了预期的施工效果，为今后类似工程提供了借鉴。

参考文献

[1]蒋志才.满堂支架在现浇预应力混凝土连续箱梁施工应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（9）：61.

[2]姚天来.满堂支架现浇预应力箱梁施工技术应用[J].新疆交通运输科技，2017（2）：75-76.

[3]张建.大跨度预应力混凝土支架现浇连续箱梁施工技术研究[J].安徽建筑，2013，20（1）：46-47.

作者简介：高杲（1981～），男，湖南长沙人，工程师，从事土木工程研究。身份证号：430111198112282518。