箱型现浇梁式桥的支架预压荷载研究

2017-10-12,

湖南交通科技 2017年3期

(1.湖南建工交通建设有限公司, 湖南长沙 410000; 2.宁波轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315000)

箱型现浇梁式桥的支架预压荷载研究

黄志波1,何山2

(1.湖南建工交通建设有限公司, 湖南长沙 410000; 2.宁波轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315000)

近年国内发生多起桥梁支架预压安全事故，警示须从地基承载力、预压荷载确定、支架设计、预压材料选用等多方面详细探讨，包括知晓预制混凝土块预压和水箱预压等方案的优缺点。为此分析了预压荷载存在偏载现象，与浇筑混凝土时对支架施加的力有不同的影响；强调当箱梁采用分次浇筑时，底板先行浇筑，待其具有一定强度时再进行上部顶板浇筑，此时底板因为具有一定的抗弯强度和刚度，使得此时支架所受的力发生转移。过大设计预压荷载与实际工况是不相符合而且危险的。

梁式桥；箱梁现浇；支架预压；贝雷梁；荷载确定；预压方法；桥梁监测

0 引言

近年多地多处在建工地使用可以方便交通的门式支架(见图1)。施工过程中支架预压偶见“贝雷梁”发生事故，重达几百吨的“贝雷梁”发生倾斜甚至坍塌。事故中多发生施工人员被砸伤致死的悲剧。在桥梁施工中，进行预压试验是必要步骤。实际施工中，施工前预设计的力学模型和实际的力学模型偏差太大，在加载过程出现了问题，导致出现事故。因此应从施加荷载计算本身去思考。

1 支架预压的目的和有关规定

1.1 支架预压的目的

支架预压是施工规范和设计要求的必要安全质量技术措施之一。简言之，支架预压试验就是在正式浇筑混凝土前，对支架进行配重试验，模拟桥的上部结构产生的荷载，以检测下部的支架稳定性、刚度、强度是否能够承担梁的荷载，并消除地基非弹性沉降的影响，消除支架非弹性变形的影响[1]。

支架预压目的：收集相关数据，指导后期箱梁施工；通过预压来检验现浇支架刚度、强度及稳定性；通过模拟施工浇筑砼加载过程，分析观测结果来计算现浇支架的弹性变形和非弹性变形值，确定施工时底模应设置的预拱度，为后续施工模板的设置提供依据；实测支架承受施工荷载引起的弹性变形验证计算模式；消除受载后由于杆件接头的挤压和卸落设备压缩的非弹性变形。

1.2 相关规范的规定

关于钢筋混凝土和预应力混凝土现浇梁式桥的支架预压问题，《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)如下规定：梁式桥现浇支架的预压应根据支架的类型和结构型式、地基的沉降量和承载能力，以及荷载大小等因素确定[2]。

2 常见支架预压实施方法和预压荷载的计算实例

2.1 预压荷载的实施方法

支架预压施工步骤为：预压准备(进行技术交底、施工人员安排、机械设备布置、加载预压材料准备)→箱梁现浇支架按设计图安装完毕→支架进行检查验收→观测点布设标记→分级加载→观测记录→静置稳定并观测记录→数据整理及分析→预压试验结果报告→支架及箱梁底模调整。

1)预压前的准备工作[3]。

支架预压前应做好如下工作：设置安全围栏及安全警示，场地内配有充足照明；准备压重荷载备足压重用的钢材和砂袋；落实机械及人员，对施工人员进行技术交底和安全教育；进行全面检查现浇支架拼装，观测点做好标记；制定紧急安全预案措施。

2)预压加载：根据方案选择加重材料，加载重量按实际施工时箱梁梁体和箱梁内、外侧模和施工荷载总重量计算值进行堆载预压；每加载一级过程都应模拟箱梁混凝土施工过程进行，每一级加载完毕静置1 d后测量预压点的变化值，经分析确定安全后按需继续进行加载。

3)预压监测。

静载试验需测试的主要数据有：箱梁底模的挠度、贝雷梁的挠度，堆载预压前需对各测量点作详细标注，并进行编号[4]。试压过程均需测量相关数据，堆载试压完毕后将测量数据汇总。

4)加卸载过程：堆载预压时应对支架上所有标示点进行测量，并做好数据记录。如发现局部变形过大时应立即停止加载，对支架体系进行分析。补强加固后方可继续加载。卸载时待每级卸载均观察完成并做好记录后再卸载至下一级荷载，并测量记录支架的弹性恢复情况，如发现异常情况应及时汇报做出整改。

5)预压成果的利用：预压完成后要根据预压成果通过可调整支架的标高。

2.2 预压荷载的计算实例

一般预压荷载组成主要包括：①梁体混凝土自重；②模板自重； ③横桥向方木自重； ④顺桥梁方木自重； ⑤施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载：1.5 kPa；⑥倾倒混凝土时产生的荷载：6.0 kPa；⑦振捣混凝土时产生的荷载：2.0 kPa。

以下为一箱梁典型截面，假设在纵向长度范围内非等截面(分为墩顶截面和跨中截面)，长度为L(单位m)，利用CAD技术点击得出悬挑部位截面面积，通过平均断面法进行计算[5]。则两部位混凝土荷载分别为图2所示。

图2 箱梁典型截面 (单位：cm)

1)混凝土自重：

P1 砼=[(S1+S2)/2+S3]×L

2)模板荷载：

P2 模=[P2(悬)+P2(翼)]

3)振捣和人群及施工荷载：

根据《公路桥涵施工技术规范》及相关施工技术指标规定，振捣混凝土时产生的平面荷载取2 kPa，施工人员、机具及材料荷载取1.5 kPa。

P3 施=S模×L×(2+1.5)

混凝土浇筑前必须进行支架预压，以实测出支架弹性变形和消除非弹性变形，同时检验支架的安全性。预压重量按全部结构荷载和人员、机具、混凝土倾倒及振捣荷载的1.2倍考虑。故：

预压荷载=(P1 砼+P2 模+P3 施)×1.2

一般根据设计要求，进行复核验算后，对支架进行预压。下面是支架预压监测实例图(见图3)。

图3 预压支架变形图

监测数据表明：预压中的非弹性变形和弹性变形构成的总变形是后续支架施工标高控制的参考，一般来说，总变形沉降控制均应在搭设中作预留考虑。

3 对预压荷载计算的合理性的探讨

众所周知，板梁和箱型梁的混凝土浇筑有天壤之别，板梁不论预制还是现浇，都是一次性完成混凝土浇筑，而箱型梁是分底板和顶板2次支模来完成浇筑的，中间间隔时间一般3 d以上。王海如、张丽[6]通过对箱梁浇筑过程中支架的分析和现场试验，得出在箱梁混凝土底板浇筑过程中，底板的施工荷载全部传递到支架上，其受力最大的立杆的轴力时程曲线如图4所示。由图4可以看出，在底板浇筑过程中，立杆轴力随时间增大，在底板浇筑完成后达到最大值12 kN。此时，底板混凝土具有一定强度，在以后浇筑腹板、顶板及翼缘板的过程中，施工荷载能够通过底板传递到两端支座，而并不是完全传递到支架上。这与底板浇筑时支架的受力状态完全不同。因此，深入探讨当前施工界的支架预压荷载的计算合理性十分必要。

图4 混凝土浇筑过程中最大的立杆时程曲线

根据现场测试，底板浇筑后两三天在内部支撑顶板模板时，底板混凝土强度已经超过C20以上，此时底板钢筋混凝土结构可以将再次施加给底板的模板及施工荷载传递至箱梁的支座。所以，传统计算将二次浇筑的预压荷载合并计算一次施加给地板以下的支架的计算方法是不科学的，而且根据计算而采用的过大的预压荷载给模板支架体系造成施工安全隐患。

3.1 箱型梁的混凝土主要分2次浇筑

箱型梁和板式梁的混凝土浇筑工序差异性，板式梁无论预制还是现浇，都是一次完成混凝土浇筑，但箱型梁因为内模的施工必须在底板浇筑后进行，施工人员从人孔进出箱体。完整的箱型梁施工工序一般将箱梁底板和顶板分开浇筑。

3.2 实际施工箱梁支架受力与上述计算的不符原因

上述计算荷载把混凝土全部重量一次计算作为自重之一，并未考虑箱梁是按照2次加载而且内力的传递。

其一，当底板浇筑后有条件施工顶板内模时，底板钢筋混凝土结构已经可以向梁两端传力，即支架实际受力跟计算时候的100%甚至加大1.2倍，与实际箱型梁的施工工况是不匹配的。

其二，常常发生事故的加载预压方式多是预制混凝土块(见图5) 。这与实际施工浇筑顶板混凝土也是不相符合的，浇筑混凝土是分层、分段、均匀、对称慢慢完成全部施工，但支架预压所用的预制的混凝土大块头，如事故图中所示，一块吊装上去，放在哪一处都马上产生极大的偏载，对支架产生极大拉应力和剪切破坏，对支架地基基础，均衡匀速加载和忽然大荷载的冲击力效应也完全不同；主要是由于支架上部构件不堪偏载拉压破坏的原因，支架倾斜或坍塌，事故不断。所以，对于1次浇筑和2次浇筑的梁体，对于支架预压荷载确定明显不同。