高速公路现浇桥梁支架及门洞验算初步探讨

白志超 李周平

0 引言

某高速公路互通区跨主线部分为预应力混凝土现浇箱梁，且处于石方挖方段，由于业主对工程进度的要求，本可以利用土模进行施工的现浇桥梁，后采用搭设钢管支架进行施工，笔者在施工前对支架的布设及相关的各项验算进行了初步探讨，为类似情况的施工提供参考。

1 地基处理

A匝道桥交叉于主线石方挖方段，地质状况良好，首先将桥位处的场地清理，箱梁施工区域整体碾压夯实后，铺设10 cm厚的砂砾作为垫层，再使用压路机碾压夯实，使用20 cm×20 cm×15 cm混凝土预制块作为每一支架底托的基础。地基周围挖排水沟，搞好排水设施，确保排水顺畅，整个支架范围内地基不被雨水浸泡。

2 支架模板

支架采用满堂支架，在满堂支架搭设前测量测定支架顶面标高控制点，按每跨三个断面，每断面设三点控制。满堂支架采用卡扣式钢管支架，钢管采用φ 48 mm×3 mm钢管。支架横桥向布置间距为0.6 m，纵桥向间距为0.6 m，每 0.6 m高度布置纵、横向横杆，在支架的外侧布置斜杆以保持整体稳定性能。每个立杆均设有底托，上面设可调螺旋顶托。在桥台及桥墩处适当加设立杆;纵向每隔5道加一斜撑，增强支架的抗倾覆稳定性。

因该桥上跨主线，现浇施工期间需架设门洞，设计门洞净宽4.0 m，净空4.5 m。门洞支撑采用间距30 cm×30 cm钢管，管顶托横向放15 cm×15 cm方木，方木上每隔1.5 m纵向铺40工字钢，之上每隔30 cm横铺10 cm×15cm方木，再上为1.0m×1.5m钢膜板。具体验算如下:以第一段支架为例进行计算(25 m长)。

2.1 计算荷载

模板标准荷载(每平米):0.04×9.8=0.392 kN/m2。

混凝土自重力:25 m延米箱梁混凝土数量251 m3，自重标准值按25 kN/m3，其荷载为:251×25=6 275 kN。面积为:11.5×25=287.5 m2，混凝土自重力为:6 275/287.5=21.8 kN/m2。

钢筋自重力:25 m延米箱梁 36.2×9.8/(11.5×25)=1.2 kN/m2。

施工人员及施工设备:取2.5 kN/m2。

混凝土冲击荷载及振捣荷载:取2 kN/m2。

永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取 1.4，模板宽度1 m，则设计均部荷载分别为:

验算模板强度组合为:(0.392+21.8+1.2)×1.2+(2.5+2)×1.4=34.4 kN/m2。

验算模板刚度组合为:0.392+21.826+1.234=23.5 kN/m2。

2.2 模板验算

1)强度验算:

最大剪力 V=KvqL=6.40 kN。

最大应力 τmax=3 V/(2bh)=3.2 N/mm2＜fv=0.81×107N/mm2(符合要求)。

2)挠度验算:

模板截面惯性距 I=26.97×104mm3(按板厚2.5 mm，板宽300 mm取值)。

模板弹性模量 E=2.1×105。

W=KwqL/100EI≈0 mm(符合要求)。

2.3 楞木验算

1)上楞木计算:

a.楞木受线荷载为:

楞木最大弯矩为:

b.楞木抗弯截面抵抗矩及应力:

W=1/6bh2=1/6×100×1002=166 667 mm3。

σ=M/W=0.465×106/166 667=2.8 N/mm2＜[σ]=13 N/mm2(符合要求)。

c.楞木挠度计算:

ω=0.76＜[L/400]=600/400=1.5 mm(符合要求)。

2)下楞木计算:

根据支架立杆间距为60 cm一排，方木每根长4 m。

a.楞木支点的反力为:

b.由楞木上传下来的集中力N作用在方木上使其产生弯矩为:

c.抗弯截面抵抗矩及应力 W=1/6bh2=1/6×120×1502=450 000 mm3。

M/W=0.73×106/450 000=1.62 N/mm2＜[σ]=13 N/mm2(符合要求)。

d.挠度计算:

f=qL4/(100EI)=0.18 mm＜[L/400]=600/400=1.5 mm(符合要求)。

2.4 支架及地基承载力验算

1)荷载计算。将腹板处与非腹板处分开考虑。

a.腹板处荷载计算:

模板及支架自重:取0.75 kN/m2。

混凝土及钢筋自重力:按C50钢筋混凝土含钢筋大于2%时容重取26 kN/mm3。

钢筋混凝土自重力:1.6×26=41.6 kN/m2。

钢绞线自重取为2 kN/m2。

施工人员及施工设备:取1 kN/m2。

泵送混凝土冲击荷载及振捣荷载:取2 kN/m2。

荷载合计 q1=0.75+41.6+2+1+2=47.4 kN/m2。

b.非腹板处荷载计算:

模板及支架自重:取0.75 kN/m2。

混凝土及钢筋自重力:按C50钢筋混凝土含钢筋小于2%时容重取25 kN/mm3。

钢筋混凝土自重力:0.43×25=10.75 kN/m2(底板与顶板合计厚0.43 m)。

施工人员及施工设备:取1 kN/m2。

泵送混凝土冲击荷载及振捣荷载:取2 kN/m2。

荷载合计 q2=0.75+10.75+1+2=14.5 kN/m2。

2)支架验算。

按照均布荷载计算每根立杆承受的荷载为:

非腹板处立杆为:14.5×0.6×0.6=5.22 kN。

腹板处立杆为:47.4×0.45×0.6/2=6.399 kN(腹板宽0.45 m，支架间距为30 cm×60 cm，腹板宽度方向考虑两根立杆受力)。

取两者较大值为6.399 kN。

钢管截面面积 A=π(482-422)/4=424 mm2。

钢管回转半径为:r=(I/A)1/2=(1 078÷4.24)1/2=15.9 mm。

立杆的受压应力为:

σ=N/A=6.399×1 000/424=15.091 N/mm2＜[σ]=210 N/mm2(符合要求)。

按稳定性计算立杆的受压力为:

长细比λ=L/I=600/15.9=37.74，则立杆稳定系数为 Ψ=0.802，则立杆的受压力为:

σ=N/ΨA=6.399×1 000/(0.802×424)=18.8 N/mm2＜[σ]=210 N/mm2(符合要求)。

由于箱梁单向横坡为4%，加之施工振动、不均匀荷载、风力等因素，因此取5%的上部荷载作为水平荷载，作用于支架顶部进行支架顶部横向稳定验算。

采用稳定性计算公式:N/Am+(φ1/μ φ2)×M/Wm≤φ1[σ]。即6.399×103/(4.24×102)+[0.877/(1.0×1.0)]×0.64×106/(4.4×103)=129.07 N/mm2≤0.877×σ=184.17 N/mm2，满足稳定性要求。

以上计算未考虑实际施工每0.6 m高设纵横向水平钢管。

2.5 地基承载力验算

立杆底托面积为:0.1×0.1=0.01 m2。

底托下20号混凝土块承受应力为:9.28/0.01=1.0 M Pa＜20 MPa，满足承压应力要求。

每根立杆下部基础设0.2 m×0.3 m×0.15 m混凝土块，其单个荷载为:0.2×0.2×0.15×24=0.14 kN。

混凝土块下地基承受平均荷载:9.28+0.14=9.42 kN。

单位面积上承受的压力:

9.42 /(0.2×0.2)=235.5 kPa＜300 kPa。

地基的容许承载力大于300 kPa，因此地基承载力满足设计要求。

2.6 门洞验算

1)工字钢应力和挠度验算(按简支梁):

a.应力:

经计算:

b.挠度工字钢实际跨度为5 m。挠度δ=1.30×10-2qL4/EI。

δ=1.30×10-2×51.6×5 0004/2.1×105×21 720×104≈0.07 mm≤8 mm，验算表明，挠度值能满足设计要求。

2)支撑方木(15 cm×15 cm):

根据支架立杆间距为30 cm一排，方木每根长4 m。

a.工字钢下楞木支点的反力为:

b.由楞木上传下来的集中力 N作用在方木上使其产生弯矩为:

c.抗弯截面抵抗矩及应力 W=1/6bh2=1/6×150×1502=562 500 mm3。

M/W=1.86×106/562 500=3.3 N/mm2＜[σ]=13 N/mm2(符合要求)。

d.挠度计算:

E=4.0×103M Pa，I=150×150×150×150/12=4.22×107mm4。

f=qL4/(100EI)=0.00 mm＜[L/600]=300/600=0.5 mm(符合要求)。

支架验算。

因每立杆受力为6.2 kN＜6.399 kN，满足要求。

地基承载力。

门洞地基采用10 cm厚C20混凝土浇筑，承载力满足要求。

3)支架预压:

支架完成后要对支架进行预压。

预压荷载:按不小于计算荷载的100%加载。加载分两次进行，第一次加载40%，第二次加载60%。

堆载方法:采用堆砂袋的方法进行预压。

支架沉降测量:在每跨箱梁底部范围内距跨端4 m、跨中布设3个测量断面，每个断面布置两个测点。压载期计划不少于5 d，在压载期内，每天测量一次观测点标高，保证2 d的稳定状态，沉降稳定标准:24 h沉降±1 mm。

本桥不设置预拱度。

箱梁底模高程的控制:

a.设计标高:根据设计桥面曲线参数与桥面标高，推算箱梁底面标高。b.模板标高:设计标高+预拱度值+支架弹性变形量。最后调整底模标高时纵向每5 m设一测量断面确保梁底纵向线形顺直、美观，横向也要保证箱梁底面满足设计要求。

模板安装后，测量整体高程，当不满足要求时，用支架上顶托螺旋进行调整。

3 结语

现浇桥梁支架及门洞应根据实际地形及设计要求进行设置，是各种制约因素互相影响、共同作用的过程，因此，支架及门洞的各项验算也各不相同，但其最终目的是为了其设置符合设计及规范要求，同时也要满足各项安全指标。

[1] 赵长庆.客运专线支架法现浇梁施工方法[J].山西建筑，2008，34(9):314-315.