连续梁0号块现浇支撑系统设计及施工研究

贺新胜

摘 要：0号块为连续梁中结构最复杂、砼数量最大的节段，0号块的施工质量对其它节段的施工质量及线型影响很大。本文结合作者的施工实践，阐述了连续梁0号块模板支撑系统的结构形式的比选。并对本项目所采用钢管立柱支撑系统的设计要点、预压方法及承载验算进行了详细阐述。

关键词：连续刚构；0号块；钢管柱支撑；承载检算

中图分类号：U445.466 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0121-03

0号块为连续梁采用悬臂灌注施工的起始段，是后序其余挂篮现浇节段施工的基准，是确保连续梁悬臂灌注质量的关键。0号块的施工质量对其它节段的施工质量及线型影响很大。同时0号块为连续梁中结构最复杂、砼数量最大的节段。更是对其模板支撑系统的承载能力、刚度及安全稳定性提出了更高的要求，同时还要考虑其施工的简便性及经济性。

本项目0号块现浇施工中，设计了承载能力强，刚度大，安全稳定性好且施工简便的钢管柱模板支撑系统。以期能给其它类似项目的支架设计一些启示。

1 工程概况

***项目****大桥的中心里程为DK36+603，桥梁孔跨布置为1×24+3×32+（48+64+48）m连续箱梁+7×32m，桥梁全长511.326m。

主跨连续箱梁采用变截面单箱单室型式，箱梁的桥面宽度为9.3m，箱梁底部宽4.8m，梁底板厚度由主墩处的70cm按二次抛物线为渐变至现浇直线段的30cm；0号块腹板厚度为70cm，直线段为35cm，中间其它节段按直线渐变。

连续箱梁采用挂篮悬臂法施工，0号段长度为10m，主墩高度均为8.6m，采用矩形实体桥墩。

2 箱梁0号块现浇支撑方案选择

2.1 箱梁0号块模板的几种支撑方案比较

0号块砼采取一次全高浇筑。

本项目提出了钢管满堂支架、墩顶牛腿托架及钢管柱支撑等三种支撑类型。施工前从技术可行性、施工安全及经济效率等各方面进行对比评估，以选出最优方案，对比结果如下。

2.1.1 钢管满堂支架

优点：施工难度低，材料来源广泛，施工操作简单，不需要大型机械设备。

缺点：满堂钢管支架需要租用大量的钢管及扣件，租赁费用较大；支架规模大，需要的劳力多，施工工期长；支架沉降量大；承载能力较差，其稳定性难以保证。

工程造价：71.3万元。

2.1.2 墩顶牛腿托架

优点：施工难度较低，施工操作简单，承载能力较强，使用的材料较少，成本较低。

缺点：但托架构件通常要采用焊接方式施工，焊接质量难以保证，存在安全隐患。

工程造价：49.6万元。

2.1.3 钢管柱支撑

优点：结构简单，受力明确，支撑承载能力强，质量容易控制。

缺点：施工现场需要具有长钢管柱的运输及吊装条件，施工难度相对较大。

预算造价：52.7万元。

2.1.4 最终选用的支架方案

经对以上三种方案进行综合比选。以是否能够确保0号段现浇的施工安全及施工质量为评估重点，并充分考虑经济效益及施工简便等因素。

最终选用了钢管柱支撑的方案。施工荷载由大尺寸的钢管柱承载并传递至稳固的承台上。具有承载能力强、沉降低、安全稳固等特点，较其它两种方案而言，虽然造价不是最低，但在确保施工安全、施工质量方面具有更大优势，故成为本项目选择用的施工方案。

2.2 支撑系统具体实施方案

2.2.1 0#块的支架形式

连续梁0号块的施工采用钢管柱支撑现澆法。钢管柱支撑为落地形式，在承台上设置钢管柱的落地支点。

因要求0号块全断面一次性浇筑完成，故支撑系统的钢管立柱、纵向分配梁、横梁的强度和刚度要达到施工要求，按一次性浇筑完成的荷载值进行结构设计。

0号块支撑系统由12根φ63×1.2cm钢管柱作为结构及承载主体。钢管柱上再铺设工字钢纵向分配梁、横梁等组成支撑系统。支撑系统结构布置见图1、图2所示。

2.2.2 立柱

钢管立柱的布置数量、位置根据桥墩及0号块的结构尺寸，荷载分布情况，便于施工等各方面进行综合考虑，并对承载情况进行验算。经优化后最终采用的立柱设计方案如下。

支架结构主体由12根φ63×1.2cm钢管立柱构成，钢管立柱高度为7.7m，对称布置在桥墩前后两侧，每侧设置垂直于桥梁中心线的2排钢管立柱，每排3根钢管立柱。同排立柱间的中心距为2.0m，两排立杆的排距为2.0m。近桥墩的最里排立柱中心线距桥墩边缘的距离为0.5m。

进行承台施工时，按照钢管立柱的布设方案，在承台相应位置处预埋连接钢管立柱的地脚螺栓，地脚螺栓要埋设准确，用全站仪进行复核。并采取加固措施，以确保在承台砼浇筑时地脚螺栓不移位。

钢管立柱安装时用全站仪控制垂直度，以保证支撑结构有效承载。

在钢管立柱的中部位置设置1道立柱间、立柱与砼墩身间的纵横向联杆，并联结牢固，联杆采用[20槽钢制作。联杆使钢管立柱系统形成整体稳定的格构式空间结构。且因立柱为轴向受压长杆件，设置了中间纵横向联杆，相当于增加了约束，降低了立柱轴向受压失稳的风险。

2.2.3 纵向分配梁、横梁和卸落装置的设置

钢管立柱上端设置封头板，封头板上放置砂箱作为卸落装置，并进行锁定牢固；砂箱上放置顺桥向的双拼I36b工字钢作为纵向分配梁。纵向分配梁上按40cm间距摆放I25b工字钢横梁，横梁上按50cm间距放置型钢三角架，以形成箱梁底模的斜度。

2.2.4 支架变形控制

支撑采用钢管柱及工字钢等大刚度材料组成，且所有支撑承受的荷载均传递给承台，而承台不会产生沉降，因此支架钢度大，总变形量小。钢管立柱最大弹性变形经计算为1.1mm。各构件节点间隙变形根据类似工程经验取值为16mm。

在支架搭设及立模施工时，根据弹性变形值加节点间隙变形值的估算值，先预留支架沉落量15mm（以减少支架预压后模板标高调整幅度），支架预压后再依据实测得的支架变形值，重新调整模板面标高。

3 支撑系统加载预压试验

3.1 支架预压的目的

为检验0号块支撑系统的强度和安全性，检验其质量是否达到设计要求。清除支撑系统的非弹性变形，获取弹性变形参数，为0号块立模预留沉落量提供可靠依据，保证0号块施工质量和安全。

3.2 预压方法

3.2.1 预压方式及预压荷载值

支撑系统搭设及底模铺设完成后，全面复核的支架平面位置、顶面标高及预留沉落量。全面检查支架安装的稳定、整体及安全性。符合支架设计方案及规范的要求后进行支架堆载预压。

采用砂袋+钢材作为预压的荷载，按砼浇筑时的荷载工况对支撑系统及模板进行配重预压。预压配重按0号块砼自重的1.2倍。本项目的预压配重值为1.2×2×36.6×10=878.4t（桥墩顶部由固定支座及临时支座承载的0号块砼不需预压，仅计算两侧悬臂段砼数量。）

3.2.2 预压分级及观测点设置

按预压配重值的0→40%→70%→100%→70%→40%→0进行加载及卸载。配重的砂袋和钢材利用塔吊提升至0号块底模上。先吊放砂袋再吊钢材。

沉落量观测点设置在砂箱位置对应的底模上，预压前后及每级加载、卸载后对测点标高进行量测并记录。堆载速度及沉落量观测频率等严格按照规范要求进行。

3.2.3 预压后的数据处理

支架弹性变形值=卸载后高程一预压完成后高程；

支架非弹性变形值=加载前底板高程一卸载后高程。

根据观测记录，计算得：

5号墩支架平均弹性变形值1.3mm，平均非弹性变形值17.5mm。

6号墩支架平均弹性变形值1.5mm，平均非弹性变形值15.6mm。

根据量测的计算结果对箱梁底模板标高进行调整，因立模时已预留了合适的沉落量，再次调整模板标高值很小（基本是垫高几个毫米内，底模预留沉落量取值15mm合理可行。），调整主要采用薄铁板垫高。

4 主要构件的检算

4.1 钢管立柱的检算

φ63×1.2cm钢管立柱为螺旋钢管。

经对支撑系统分析可知，压杆稳定性决定钢管立柱的承载能力。

0号块单侧悬臂段砼量为36.6m3，按容重2.6t/m3，重量为95.2t，其它荷载（钢筋砼自重，人员、机具、材料荷载，砼振捣荷载，模板支架荷载）经计算为64.8kN，以上载全部由6根钢管立柱承受，考虑1.2不均衡系数，则单根钢管立柱承受的最大荷载为：

F=1.2（95.2×10+64.8）/6=203.36kN

钢管立柱高度L0=770cm，其截面回转半径r=9.98。

鋼管立柱按一端固定支座，一端铰支座，压杆长取0.7L0，则长细比：

λ=0.7L0/r=54

查表得稳定系数：Ф=0.88，则：

[N]=ФA[σ0]=0.88×232.86×180=3688.5kN>Fmax=203.36KN

4.2 I25b工字钢横梁检算

单侧横梁由8根I25b工字风组成，间距为40cm。按最不利荷载全部由横梁承受。将工字钢横梁简化成受均布线性荷载作用，跨度为2m的简支梁进行承载检算。

4.2.1 荷载组合

荷载包括以下几部分：

钢筋砼自重为（36.6×10）/（3×4.8）=25.4kPa。

施工人员、施工设备、材料等行走、运输及堆放荷载取2KPa。

砼振捣作用于支架的荷载取2kPa。

模板及纵梁等自重荷载取2.5kPa。

按以上组合计算得纵梁承受的线性荷载：

q=（25.4+2+2+2.5）×0.4=12.8kN/m。

4.2.2 受力分析

I25b工字钢力学参数：A=53.5cm2；W=422.72cm3；Ix=5283cm4；E=2.1×1011Pa；[σ0]=180MPa。

Mmax=ql2/8=12.8×22/8=6.4kN.m

бmax=Mmax/W=（6.4×103）/422.72=15.1MPa<[σ0]=180MPa

fmax=5ql4/384EI=2.4mm

4.3 I36a工字钢纵向分配梁检算

单侧纵梁共由4根I36a组成。按最不利荷载全部由4根纵梁承受。将工字钢纵梁简化成受均布线性荷载作用，跨度为2m的简支梁进行承载检算。

4.3.1 纵梁由2I36b组成

荷载组合同横梁，计算得纵梁承受的线性荷载：

q=（25.4+2+2+2.5）×（3/4）=23.9kN/m。

4.3.2 受力分析计算结果

I36b工字钢力学参数：A=76.3cm2；W=875cm3；Ix=15760cm4；E=2.1×1011Pa；[σ0]=180MPa。

Mmax=ql2/8=23.9×22/8=12.0kN.m

бmax=Mmax/W=（12.0×103）/875=13.7MPa<[σ0]=180MPa

fmax=5ql4/384EI=1.5mm

符合要求。

5 结语

（1）综合考虑技术、质量、安全及效益等各方面的因素，并根据结构物尺寸及荷载分布情况确定0号块支撑的结构形式，是确保所设计的支撑方案经济、合理及安全的关键。

（2）在支架搭设完成后，须进行支架的预压，一方面是为模板预拱度的设置提供依据。更为重要的是通过预压检验支架的安全性及可靠性，及时发现存在的安全隐患，确保施工安全及施工质量。

参考文献

[1]朱传娣.大跨高墩连续刚构桥0号块托架法施工技术[J].混凝土与水泥制品，2009（04）.

[2]向中富.浇筑连续梁0号及1号块支架施工技术[J].铁道建筑技术，2004（04）.

[3]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.