互通匝道桥现浇连续箱梁满堂支架设计与计算

韩 波

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 桥梁概况

岢岚枢纽DK0+464.906匝道桥位于山西省岢岚至临县高速公路。桥梁全长126 m，前右角90度。上部结构采用3×20+3×20 m普通钢筋混凝土连续箱梁，下部结构采用柱式墩、柱式桥台和肋板式桥台以及钻孔灌注桩基础。全桥平面位于圆曲线R：130 m(右转)+缓和曲线A：110的平曲线段内。

现浇连续梁主梁采用直腹板等高度连续箱梁，箱梁全宽10.5 m、梁高为1.4 m，采用单箱双室断面，跨中处腹板厚40 cm，顶板厚25 cm，底板厚22 cm。设计纵坡为-0.265%，横坡为5%，（见图1）。该桥现浇箱梁采用碗扣式满堂支架进行施工。

图1 跨中横断面（单位：cm）

2 满堂支架搭设施工工艺[1]

现浇箱梁支架采用碗扣支架搭设，碗扣支架选择 LG.120(1.2 m)，LG.180(1.8 m)立杆组合；HG.60(0.6 m)，HG.90(0.9 m)横杆进行施工，立杆可调底座为KTZ-60，立杆可调托撑KTC-60。对于采用的支架，进场前根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166）检查，对于变形严重和厚度不足等不得采用。根据上部箱梁荷载分布，顺桥向支架间距0.9 m，横桥向支架间距0.90 m；横隔梁处支架纵向间距0.6 m，横桥向支架间距0.9 m，墩柱前后共布置12排，一侧为3.6 m。支架顶部为支架可调托撑，支架底部为可调底座。碗扣支架搭设时应保证立杆竖直，支架搭设时根据地基顶到箱梁底的高度，选取不同的立杆进行组合，梁底标高通过支架顶部的可调顶托进行精确调节。为了增加支架的稳定性，需要在支架内纵横两个方向设置斜撑和剪刀撑，斜撑和剪刀撑采用普通钢管通过扣件连接在支架立杆上，设置通高的斜撑横向间距为3.6 m，纵向支架两侧间距为8 m。剪刀撑的斜杆与地面的夹角应在45°～60°之间，斜杆每步与立杆扣接见图2。

图2 满堂支架（单位：cm）

3 满堂支架设计计算

满堂支架材料采用普通扣件式钢管脚手架，规格为φ4.8×3.5钢管。底模、侧模采用δ=15 mm厚竹胶板（规格1.22×2.44 m，每块约重40 kg），底模下横桥向布设净间距为20 cm的10 cm×10 cm木方，下层方木12 cm×15 cm，顺桥向布设，间距为90 cm。支架采用碗扣支架，横桥向间距90 cm，顺桥向间距90 cm；横隔梁处横桥向间距为90 cm，顺桥向间距60 cm。

支架架设完成后，采用1.05倍设计荷载预压消除地基及支架体系非弹性变形，同时检验支架及地基承载力是否满足设计要求，预压期不小于7 d[2]。

3.1 荷载组成

a）梁体混凝土自重 26×780＝20 280 kN。

b）模板自重 （10.5×120+1.4×120×2）×(40/（1.22×2.44)）×10-2＝214.5 kN。

c）横桥向方木自重 120/0.2×10.5×0.1×0.1×5＝315.0 kN。

d）顺桥梁方木自重 15×120×0.15×0.12×5＝162 kN。

e）施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载 1.5 kN/m2。

f）现浇箱梁分两次浇筑，倾倒混凝土时产生的荷载 2 kN/m2。

g）振捣混凝土时产生的荷载 2 kN/m2。

3.2 底模强度计算

箱梁底板采用高强度胶合板，板厚δ=15 mm，模板规格：1.22 m×2.44 m。

荷载组合20 280/（120×6.5）×1.2+5.5×1.4＝38.9 kN/m2，

竹胶板的容许拉应力参考A-4种类木材取值，为[σw]＝11.0 MPa，弹性模量取 E＝9×103MPa。

σw＝M/W=0.237/4.6×10-5＝5.15 MPa＜[σw]，强度满足要求。

f＝5×47.6×0.24/（384×9×106×3.4×10-7）＝0.000 324 m＜fw容许＝L/400＝0.000 5 m刚度满足要求。

3.3 10 cm×10 cm方木横梁验算，横桥向布设，净间距0.2 m

荷载组合 38.9+214.5/（10.5×120）×1.2＝39.10 kN/m2，

木材的容许拉应力［σw］＝12.0 MPa，弹性模量E＝9×103MPa（按A-3种类木材计算）。

σw＝M/W=1.188/1.7×10-4＝6.988 MPa＜[σw]，强度满足要求。

f＝5×11.73×0.94/（384×9×106×8.3×10-6）＝0.001 34 m＜fw容许＝L/400＝0.002 25 m，刚度满足要求。

3.4 12 cm×15 cm下层方木纵梁验算，顺桥向布设，间距0.9 m

荷载组合 39.10+315/（10.5×120）×1.2＝39.4 kN/m2，

木材的容许拉应力［σw］＝12 MPa，弹性模量E＝9×103MPa（按A-3种类木材计算）。

σw＝M/W=3.6/4.5×10-4＝8.0 MPa＜［σw］，强度满足要求。

f＝5×39.4×0.94/（384×9×106×3.4×10-5）＝0.001 10 m＜fw容许＝L/400＝0.002 25 m，刚度满足要求。

3.5 碗扣支架验算

3.5.1 荷载计算

根据平均荷载组合 (20 280+214.5+315+162.0)/(10.5×120)=16.65 kN/m2。

a）支架自重

（a）立杆自重 采用φ48×3.5钢管单位重量为 3.84 kg/m，q1=0.038 4×20=0.768 kN/根。

（b）可调托座自重 q2=0.045×1＝0.045 kN/根。

（c）横杆自重 q3=0.038 4×18×（0.9+0.9）＝1.244 kN/根。

（d）扣件自重 直角扣件：q4=0.013 2×（18×2+3）＝0.515 kN/根，对接扣件：q5=0.018 4×1＝0.018 4 kN/根。

所以扣件式钢管支架自重0.876 8+0.045+1.244+0.515+0.018 4＝2.699 kN/根。

b）恒载 16.65×0.9×0.9+2.699＝16.186 kN。

c）活载 5.5×0.9×0.9＝4.455 kN。

d）轴向力 N=16.186×1.2+4.455×1.4＝25.660kN＜30 kN（立杆的容许荷载）。3.5.2 稳定性验算

碗扣支架为直径48 mm，壁厚3.5 mm的钢管。

I=1.219×10-7m4，A=4.89×10-4m2，截面最小回转半径r=0.015 8 m。

立杆的计算长度 l0＝Kμh＝1×2.128×1.2=2.553 6 m(当验算立杆允许长细比时，取k=1;μ查规范取2.128；h为布距1.2 m)。

杆件长细比λ＝l0/r＝2.553 6/0.015 8＝161.62＜210。

稳定系数φ＝0.268。

σ ＝P/（φA）=25.660/（0.268 ×4.89 ×10-4）＝195.8 MPa＜［σ］＝205 MPa（Q235钢管容许应力205 MPa）

稳定性满足要求。

支架压缩变形ΔL=NL/（EA）=25.660×103×20/（2.1×1011×4.89×10-4）=5.0×10-3m=5.0 mm＜L/1 000＝20 mm，支架的压缩变形满足要求。

3.6 地基承载力、应力验算及地基处理

单根立杆承压面积 A=0.4×0.45=0.18 m2，N=25.66 kN，则地基应力 σ＝N/A=25.66/0.18＝164.38 kPa。

对系梁基坑采用砂砾分层填筑，20 cm一层，采用打夯机压实，填筑至原地表以下50 cm。对一般原地面，先清除表层30 cm松土，整平后用压路机碾压，之后分两层填筑砂砾（系梁范围内一起填筑），每层30 cm，用压路机压实（对靠近墩柱不便压实处采用打夯机压实）。地基处理宽度每边超出桥梁边线1 m，同时为防止积水，地基顶自桥梁中线往两边做成1%的横坡，顺桥向做成2%纵坡。

地基处理之后需用轻型触探仪进行检测，偏安全考虑，地基承载力大于200 kPa方可进行下一步施工。为了避免由于雨水对地基的冲刷和增强支架稳定性，搭设支架之前地基顶面浇筑10 cm混凝土垫层，地基两侧开挖集水沟，以便汇集雨水并及时排出。箱梁中横隔梁投影范围内（前后超出系梁边40 cm，左右超出系梁边150 cm）地基顶浇筑10 cm混凝土垫层。

4 预拱度计算[3]

a）因为该桥为普通钢筋混凝土结构，现浇箱梁反拱度为零，故支架设计时可不予考虑，主要考虑支架卸载后梁板挠度和混凝土收缩、温度变化挠度。

b）支架在荷载作用下的弹性压缩为（杆件长度取 20 m）。

钢材弹性模量E＝2.1×105MPa，则 ΔL1=NL/（EA）=25.660 ×103×20/（2.1 ×1011×4.89 ×10-4）=5.0×10-3m=5.0 mm。

c）支架在荷载作用下的非弹性变形，因是钢管对接，通过预压已消除，可忽略不计。

d）支架基底在荷载作用下的非弹性变形，按黏土计算：ΔL3=20 mm，则支架预拱度为ΔL=ΔL1+ΔL3=25.76 mm。

此预拱度由跨中向两端按二次抛物线变化至零。

5 支架预压观测

按上部恒载1.05倍的重量进行预压，预压采用砂袋堆载法。预压之前需布置好沉降观测点，每一跨布置9个，顺桥向在距墩中心4 m及跨中共3个截面布置，每个截面横桥向在边腹板中线及箱梁中心处布置3个点。预压之前、预压之后（每天早晚各一次）观测点的距离并记录，直到连续两天观测，沉降不超过1 mm，预压沉降即稳定，可以卸载。卸载之后再次观测沉降观测点之间的距离并记录[4]。

按观测结果算出每一点的非弹性变形值和弹性变形值，然后对观测点处的顶托进行标高调整，每一点调整的高度为该点的非弹性变形值和弹性变形值之和，最后对观测点之间的模板标高进行调整，调整后的底模应平整、线形顺畅。

6 结论

根据现场实测数据，预压后的箱梁底模板的变形值在5～10 mm之间，符合本方案的设计要求，已完成全桥现浇箱梁断面尺寸和顶面高程也符合设计要求。这也充分说明本方案满堂支架的设计在结构上较好地满足了施工及规范要求，较好地指导了本桥梁施工。