高速公路空心墩长大盖梁无支架施工技术

■王铭福 ■中铁十四局集团第三工程有限公司，山东 兖州 272100

1 引言

目前，盖梁无支架施工主要有抱箍法和钢轴法。无支架施工操作简便、节省工时、安全性好、适用性强，特别在软弱地基、山区施工、高墩施工等条件下施工相比传统的满堂支架优势更为明显。在公路桥梁盖梁施工过程中，得到了广泛的应用。

无支架施工通常采用钢轴或抱箍承受盖梁施工荷载，其上设置受力主梁。为施工方便，主梁多采用热轧普通工字钢，其上设置分配梁、底模。

一般情况下(主要指双柱式桥墩)，主梁受力近似于均布荷载，盖梁悬挑部分与双柱之间部分荷载基本平衡，主梁近似于固支悬臂梁，扰度较小，容易满足规范要求。当墩身为空心墩时，由于空心墩上部存在实心段，盖梁施工悬挑部分荷载作用在主梁上，空心墩顶部荷载(除模板及侧面少部分砼外)大部分直接作用在墩身上。主梁受力两边大，中间小，中间主梁产生向上的扰度，造成悬挑端部扰度较大，很难满足规范要求。针对上述情况，本文结合麻昭高速公路施工情况，讲述空心墩盖梁施工托架设计及主梁扰度控制方法。

2 工程概况

麻昭高速公路C5 工区位于云南省昭通市，地形起伏较大，桥墩多处于山区陡坡地段，施工难度大。全线共有空心墩盖梁33 个，墩高40m～70m，集中在K65 +101 大桥及K66 +569 大桥。盖梁长11.4m，宽2.35m，高1.9m。盖梁详图如下:

3 托架施工方案

根据施工现场特点，盖梁采用钢轴法施工。钢轴采用Q390 钢Ф10cm 钢轴，主梁采用I50a 工字钢。悬挑部分分配梁采用I12 工字钢，间距40cm。侧模采用钢模板，底模采用竹胶板，板厚1.5cm。托架示意图如下:

4 常规托架结构分析

4.1 参数选择

钢材弹性模量E=200Gpa;钢材容许应力:Q235(f=205Mpa，fv=125Mpa)，Q390 (f=295Mpa，fv=170Mpa);I50a 工 字 钢(Ix=464720000mm4，Wx=1858900mm3，Sx=1084100mm3);Ф10cm 钢轴(Ix=4908740mm4，Wx=98175mm3，Sx=83333mm3);Ф8cm 钢轴(Ix=2010620mm4，Wx=50266mm3，Sx=42667mm3)。

4.2 荷载计算(仅计算主梁)

钢筋砼自重26KN/m3，I12 工字钢自重0.15KN/m，I50a 工字钢自重1KN/m，钢模板自重1.5KN/m2，竹胶板自重0.05KN/m2，施工人员及设备荷载1.5KN/m2。

⑴中部:

恒荷载:G1=26 ×1.9 ×0.125 +1.5 ×1.9 +0.15 ×2/0.4 +0.05 ×2 +1=10.9KN/m

活荷载:Q1=1.5 ×0.95=1.4KN/m

⑵悬挑部分:

恒荷载:G2=26 ×1 ×2.35/2 +1.5 ×1.9 +0.15 ×2/0.4 +0.05 ×2+1=35.3KN/m

活荷载:Q2=Q3=1.5 ×4/2=3KN/m

4.3 强度验算

组合由恒荷载控制:MB=1.35 × 199.95+0.7 × 1.4 × 13.5=283.16KN·m

满足抗弯、抗剪强度验算要求。

4.4 稳定性验算

y 轴回转半径:iy=30.70mm

查表得Фb=1.6

4.5 刚度验算

采用正常使用极限状态下的荷载标准组合，恒载、活载组合系数均取1.0，受力简图如下:

组合弯矩Mp图如下:

D 点单位力作用下弯矩图M 如下:

应用用图乘法得:

5 扰度控制措施

由以上数据分析可知，在主梁强度、稳定性均有足够安全保证的情况下，主梁悬挑端部扰度过大，不能满足钢结构设计规范要求。减少端部变形方式有以下3 种:

⑴由扰度公式Δ=1/EI ×∫MMpdx 可知，变形与刚度I 呈反比，可以采用增大型钢截面的方式来实现。

⑵根据受力情况分析可知，造成端部变形过大的原因是由于跨中缺少足够的平衡力导致跨中产生向上的扰度。故可以在跨中相应部位增加反向支座来约束向上的变形，进而减少端部的扰度。反向支座的数量可以是1 个或多个，可以通过在主梁顶部增加钢轴来实现。示意图如下:

⑶改变主梁悬挑部分的受力体系，在适当位置增加斜支撑，减少悬挑长度，从进而减少主梁变形。示意图如下:

6 方案比选

6.1 增大主梁截面

当主梁规格为I56a 时，Δ=1/EI × ∫MMpdx=21.83 ×464720000/655760000=15.47mm〉L/400=15mm，不满足要求。

当主梁规格为I63a 时，Δ=1/EI × ∫MMpdx=21.83 ×464720000/940040000=10.79mm〈L/400=15mm,满足要求。

上述计算乃估算，结果未考虑增大截面自重的增加，实际变形仍要偏大。由上可知，增大截面托架用钢量至少要增大约30%，对于端部扰度影响效果不明显，且增大截面不能阻止跨中向上的变形，会导致模板上拱，影响结构尺寸。

6.2 反压钢轴

反压钢轴可以有效限制跨中向上的变形，从而减少端部扰度。钢轴可以根据实际需要增加1 个或2 个。理论上讲反向支座数量和承载能力足够，悬挑部分可以无限接近于一端固支的悬挑梁，大幅减少变形。另外，该方法操作上较简便。

6.3 增加支撑

增加支撑点的方法能够大幅缩短主梁的悬挑长度，甚至根据支撑点的位置不同可能变成两端简支，减少扰度的效果更为明显。此方法还可以有效减少主梁截面尺寸，但是该方法需要在墩身施工时预留牛腿，支撑杆件与牛腿、主梁焊接或栓接。由于空心墩盖梁施工为高空作业，操作不便。

综上所述，采用钢轴反压的方法操作上简便，既能既满足使用要求，又不增加额外的投入，较其他方法更为可行。故采用反压钢轴法，在跨中主梁顶部增加一根钢轴。

7 反压钢轴法结构分析

反压钢轴法主梁强度验算和稳定性验算与常规情况下相同，仅进行刚度验算。

7.1 受力简图及支座反力计算

恒载受力简图

活载受力简图

由Σ MA恒=0，Σ MA活=0

则1/2 ×35.3 ×32+(62.7 -35.3)×3/2 ×3/3 -1/2 ×10.9 ×2.72+1/2 ×RC恒×2.7=0

得RC恒=-118.68KN，RC活=-6.22KN，方向向下。

7.2 刚度验算

采用正常使用极限状态下的荷载标准组合，恒载、活载组合系数均取1.0，受力简图如下:

组合弯矩Mp图如下:

D 点单位力作用下弯矩图M 如下:

应用用图乘法得:

由上述计算结果之知，增加反压后扰度为9.46mm，远小于增加前的扰度21.83mm，效果明显。

7.3 钢轴强度验算

组合由恒荷载控制:RA=RB=1.35 ×235.77 +0.7 ×1.4 ×15.89=333.86KN

支撑钢轴:采用Q390 钢Ф10cm

反压钢轴:采用Q390 钢Ф8cm

故钢轴强度验算符合要求。

8 结语

随着无支架施工在工程中的应用越来越广泛，施工前要认真分析结构的受力特征，进行精确的计算，特别是针对大悬挑构件和空心墩之类的无平衡配重的情况。要注意对结构变形的分析，防止出现过大变形无法使用造成重大经济损失或者因结构失效造成安全事故。结构问题处理的方法有很多，在施工过程中要结合工程的实际情况选择经济合理的方案。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范GB50009-2012.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［2］中华人民共和国建设部.钢结构设计规范GB50017 -2003.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［3］交通部第一公路工程总公司.《公路施工手册》桥涵分册下册.北京:人民交通出版社，1999.

［4］浙江大学.建筑结构静力计算实用手册.北京:中国建筑工业出版社，2009.