高架桥连续箱梁施工中临时支撑体系设计及应用

兰中海 刘晓光 赵玉磊

摘 要：我国交通建设发展的速度是我们可以看到的，国内各区域高速公路网建设也逐步完善并稳步发展，高速公路高架桥施工结构及外观质量也逐步提高了，但还存在着一些问题，例如，桥梁非结构性裂缝（塑性裂缝、温差裂缝、长期干缩裂缝、龟裂缝等）、混凝土表面不平整等问题，这些桥梁施工的常见问题对结构安全和使用上是有直接影响的。

关键词：高架桥；钢筋混凝土；现浇连续箱梁；临时支撑体系

1 前言

随着我国公路建设的快速发展，对连接高速公路的桥梁施工工艺也相应的提高。为了适应我国公路发展需求的变化，建设出质量更高、适用性更强的桥梁结构，一种新的桥梁结构———先简支后连续粱桥应运而生。这种新型结构的公路桥梁结合了我国传统的简支桥梁与连续桥梁的特点，在实际的建筑工程中大大提高了桥梁的质量，节约了桥梁建设的成本，因此被广泛的应用于我国现代公路桥梁的建设中。

2 连续箱梁施工技术工艺

2.1 地基处理

由于高速公路高架桥建设大部分位于野外，地质条件复杂，地基承载力较小。为了防止在箱梁施工过程中支架地基发生沉降的情况，需要对承载力不足的地基进行处理，常采用的方法为换填法。即挖除非适用材料后，可采用石灰土或低剂量水泥土分层填筑碾压夯实，分层厚度不大于20cm，这样可以保证每一层的碾压质量，确保地基承载力满足设计及规范要求。

2.2 模版支架搭建

对于碗扣式的满堂支架工程，支架在搭设之前，先要做的就是在起点和终点把轴线放出来，在曲線半径较小的地方，把支架从中间分成两断，要求支架的轴线要和这一段箱梁结构的中心线上的起点和终点达到重合的状态。然后再对其进行连接，按支架立杆设计间距在垂直于轴线的左右两个方向都放上混凝土垫块、底托。把这些每个段的支架纵向和横向都控制到基本处于一个平面的情况下就可以搭设支架了。

箱梁满堂支架布置间距为纵桥向1.0m，横桥向1.0m，支点附近支架需加密间距0.4×0.5m；纵横向水平钢管每层门架设一层，支架底、上设扫地杆和收顶杆，支架横向每隔三排设剪刀撑一列：测量放样→安装底托调平→安装底层门架→安装纵横水平钢管→安装上层门架→安装调节杆→安装顶托调平→安装剪刀撑及斜撑。

2.3 支架预压

支架预压就是指支架搭设后对其进行预压，主要目的就是可以准确的检验出支架以及地基上的强度以及其的稳定性，从而消除整个支架可能会产生的一些弹性和非弹性变形以及地基变形。预压的过程就是进行精确的测量的过程，可以测出梁段荷载作用下可能会出现的一些变形的情况。对于外侧支架在其两米处一定要设置一定的防护措施，用来防止遇到雨雪天气时雨水流入支架内部，从而导致支架地基变形甚至是下沉。预压完成以后需要对整体支架进行一定的调整，确保其符合支架设计技术标准和要求。

3 临时支撑体系、临时支座设计

高架桥预应力混凝土连续箱梁顶宽9.0m，底宽5.0m，两侧悬臂长各2.0m，悬臂板端部厚20cm，根部厚60cm。箱梁中心线处根部高度5.2m，跨中高度2.6m，37m边跨梁高2.6m，箱梁根部底板厚70cm，跨中底板厚28cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按2.0次抛物线变化。箱梁腹板根部厚70cm，跨中厚50cm，利用一个箱梁节段直线变化，箱梁顶板厚度28cm。箱梁浇筑分段长度依次分别为：0号段8.0m+3×3.0m+4×3.5+4×4.0m，累计悬臂施工长度43.0m，悬臂浇筑梁段最大控制重量约为970kN，边跨和中跨合拢段长采用2m，左边跨满堂支架现浇段长5.88m，右边跨及37m跨满堂支架现浇段长42.92m。

3.1 施工场地布置

3.1.1 施工便道

由于本工程位于石家庄市区，空间狭窄，跨越多条城市主干道，匝道与多条道路交叉，施工道路通行尤其重要，施工便道沿桥梁红线范围内设置，道路在原有地面基础上，平整道路地面，地面铺设石屑，洒水夯实碾压后即可通行。

3.1.2 生产生活设施

钢筋加工，就近平整场地，现场加工制作。

石家庄市和平路高架西延伸工程和平路-西二环立交NE匝道项目分部设在石家庄市科融商业综合大厦后院，租赁民房进行装修改造以满足日常办公、住宿的需求。现场施工作业人员在现场设置简易房办公住宿。

3.1.3 临时用电

石家庄市和平路高架西延伸工程和平路-西二环立交NE匝道在古中山公园引电。

3.1.4 混凝土拌合站

本标段使用北京城建银龙混凝土有限公司石家庄分公司搅拌站具备C50混凝土制备条件，可满足连续梁施工。北京城建银龙混凝土有限公司石家庄分公司混凝土制品中心，位于石家庄市石青公路附近，360搅拌机组，分2个320t水泥罐仓，2个180t粉煤灰罐仓，2个30t外加剂仓，砂子料仓3个，骨料存放仓6个。搅拌站至石家庄市和平路-西二环立交NE匝道连续梁工点约13公里，使用12m3混凝土罐车，运输时间约30min，满足使用要求。

3.2 临时支撑体系布置

临时支撑体系由支撑钢管（Φ800mm×15mm）与预应力体系共同组成，是箱梁悬臂施工中的主要受力构件。当箱梁两悬臂偶尔出现不对称荷载作用时，是保证本桥施工安全及悬臂倾覆稳定的重要措施。

墩身纵桥向方向每侧设置两排钢管（Φ800mm×15mm），每排钢管3根，共计12根支撑钢管。墩身每侧两排钢管顺桥向净距1000mm，内侧钢管距墩身1300mm。钢管之间采用双向[20a槽钢做为连接系。顺桥向中间两排钢管与墩身连接，连墙件采用双向[20a槽钢，墩身施工时提前预埋钢板。每根钢管位置埋入4根Φ32精轧螺纹钢、锚具、波纹管及螺旋筋，精轧螺纹钢埋入承台深度分别为0.8m、1.0m、1.2m、1.5m。另一端在箱梁底板内张拉锚固。钢管与承台法兰盘焊接后，钢管内灌注C50混凝土。

3.3 临时支座布置

临时固结支座主墩每墩各2个，每个尺寸为5m×0.35m×0.5m（长×宽×高）。现浇C50混凝土。设平均层距5cm的加强钢筋网。

3.4 荷载计算

各段梁体参考数见表1。

3.4.1 最大竖向支反力计算：

恒载：梁体重11241×2=22482kN；

活载：挂篮重490×2=980kN；

机具、人员、材料按500kN考虑；

最大竖向支反力为：

1.2×22482+1.4×（980+500）=29052.8kN

3.4.2 纵桥向最大不平衡弯矩计算：

依据设计要求，假定两种最大不利工况：

（1）假定11#梁段浇筑过程中出现两端施工进度不对称，即一端已浇筑完成，另一端浇筑一半；（2）浇筑11#梁段完成挂篮在对称移动过程中一侧突然坠落。

计算知假定工况a时，中支点处最大不平衡纵桥向弯矩为：15348kN·m，假定工况b时，中支点处最大不平衡纵桥向弯矩为：21070kN·m，故，纵桥向最大不平衡弯矩取21070kN·m为计算依据。

3.4.3 横桥向最大不平衡弯矩计算：

由于主梁不是在一条直线上，所以会产生横桥向弯矩，最大偏心距离为0.7m，中支点处横桥向最大不平衡弯矩估算值为：

29052.8×0.35=10169kN·m。

4 临时支撑体系检算

4.1 荷载分布情况

4.1.1 临时固结支墩弯矩荷载

根据要求，Φ32精轧螺纹钢应能承受中支点处纵桥向最大不平衡弯矩21070kN·m和横桥向最大不平衡弯矩10169kN·m，因临时固结支墩分布于两支座处，于横向中心线分两处进行外力纵桥向弯矩加设，于纵向中心线分两处进行横桥向弯矩加设。纵桥向不平衡弯矩引起的临时支墩每处支反力大小为：21070kN·m/2.95/6=1190kN，其中一侧受拉一侧受压。横桥向不平衡弯矩引起的临时支墩每处支反力大小为：10169kN·m/1.45/4=1753kN，其中一侧受拉一侧受压。

4.1.2 临时固结竖向荷载

根据设计要求，最大竖向支反力29052.8kN由12个临时支墩与2个临时垫块共同支承，桥墩临时固结支座按最不利工况进行检算，即只考虑临时支墩承担荷载，临时支墩每根钢管处支反力大小为：

29052.8kN/12=2421kN。

4.2 临时固结强度检算

根据“临时固结布置图”，临时固结800mm直径壁厚15mm辅助钢管柱作为临时固结措施。钢管柱的抗压设计强度fy为210MPa，临时固结面积为π[×]（0.82-0.772）/4=0.03699m2，则单根钢管柱的抗压力为：[R=fy×A=7764KN]C50混凝土的抗压设计强度fc为23.1MPa，临时固结面积为π[×]0.772/4=0.4656m2，则混凝土的抗压力为：

[R=fc×A=10750]kN

临时支墩抗压检算：

7764+10750=18514kN>2421+1753+1190=5364kN

故临时固结抗压强度满足要求。

在最不利弯矩作用下，临时支墩承受的最大竖向拉力为：1753+1190-2421=522kN，单个临时支墩体系共设4根Φ32精轧螺纹钢，则单根螺纹钢受的最大拉应力为：522KN/（4×803mm2）=163MPa，小于设计应力770MPa，满足施工要求。

故临时支墩抗拉强度满足要求。

为保证施工安全，建议必须严格控制不平衡重量，同时在浇筑合拢段时，采取有效措施，保证边直段尽快参与整体受力。

4.3 钢管柱稳定性检算

钢管柱按一端固定一端铰接的轴心压杆计算，其稳定性计算公式为：

[[σ]=φf]

式中：

[φ]——压杆的稳定系数；

fy、fc——材料强度设计值，Q235和C50分别取210和23.1MPa。

钢管柱的最大长度为10m，故长细比为35，稳定系数[φ]查表得0.952，所以：

[[σ]y=φfy=0.952×210=199MPa]

[[σ]c=φfy=0.952×23.1=22MPa]

R=[φ][×]fy[×]Ay+[φ][×]fc[×]Ac=17604kN>5364kN

所以钢管柱稳定性满足要求。

5 混凝土浇筑施工

对于混凝土浇筑施工方面也要遵守一定的顺序进行施工。首先是对横梁和腹板进行浇筑，然后是底板，最后是腹板的补料和顶板的混凝土浇筑。每一个浇筑段都要对其进行相对应的浇筑方式，混凝土采用罐车运输、泵车泵送。对于横梁这一浇筑段，当浇筑到三分之二的时候，就要开始对箱梁的腹板混凝土进行浇筑，每一次的腹板浇筑长度为一跨，腹板混凝土的浇筑中采用的方式要是分层浇筑，控制好每一层的混凝土的厚度要求在30厘米内，并且保证两侧的混凝土的浇筑高度一致。

对于顶板混凝土的浇筑，在混凝土浇筑之前，要具体的标出顶板混凝土的标高。对于顶板的收面可以分为三个部分，前提是在顶板的混凝土上放料之后，第一根据设计的标高，人工的用铁锹将混凝土弄平，使其平整，第二是要用尺子根据理论上的标高横向的收面，人工进行补料的配合，从而控制好混凝土的表面的标准高以及保证混凝土表面的平整性，第三部就是人工在混凝土初期凝固之前，用工具进行二次压面，从而消除混凝土表面以下比较细小的裂缝等，完成后用笤帚进行拉毛。还有一个重要的点就是混凝土初期凝固后要对工程进行合理的养护，具体的养护过程是在初步凝固的时候可以塑料膜覆盖或采用麻袋片覆盖，并通过洒水的方式进行养护，每天洒水的次数控制在三到四次，一定要保证混凝土表面不可以出现干燥的状况，对于养护的天数需根据现场天气情况及规范要求以及混凝土强度增长情况而定。通过以上的施工过程的具体分析以及各个工序质量的控制，会使得整个施工过程都达到很好的施工效果。会大大提高我国高速公路高架桥钢筋混凝土现浇连续箱梁施工技术。

6 总结

综合上面所讲，高速公路建设在飞速发展的历程中，对于其钢筋混凝土现浇连续箱梁的施工过程中，施工方法和技术都对整个工程有着十分重要的作用；在这些方法掌握的基础上，还需要做的就是要研究和探讨出一些比较创新的施工方法，可以對施工工程的质量做到保证，还能够节约一些施工中所用到的材料和资源，缩短工期，使整个工程不仅外观好，质量好，还可以达到更加的经济效果。

参考文献：

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