格构式混凝土梁的施工及其现浇支架的设计

张 东

（中铁十一局集团第一工程有限公司，湖北 襄阳 441104）

0 引言

随着国内基础建设的快速发展，大跨度特殊结构桥梁被广泛地应用于跨线、跨江等工程建设中。特殊结构桥梁的混凝土梁体结构多为箱形结构，施工时需设立内部箱室模板，多需二次浇筑混凝土，施工多有不便，且混凝土等施工材料用量大。

格构式混凝土梁是由边纵梁+横梁组成的格构式体系，具有立模简单、一次浇筑成型、材料用量少等特点，正在逐步地应用于大跨度公路桥梁中。边纵梁为实心混凝土结构，属于大体积混凝土施工，浇筑时需采取降温措施以保证混凝土质量。

格构式混凝土梁在施工时需对支架进行特殊设计，需按照荷载规范进行多种工况组合，优选组合式支架进行施工，组合式支架具有稳定性高，材料用量少的特点，可根据具体受力范围进行支架的优化布置，在满足安全质量的同时，减少成本。本文对格构式混凝土梁的施工技术进行详细介绍并就施工时所需现浇支架的特殊设计进行分析。

1 工程简况

襄阳市环线提速改造（内环）项目跨襄阳北编组站大桥位于湖北省襄阳市高新区，采用（200+294）m+（226+200）m双独塔双索面斜拉桥结构形式跨越襄阳北编组站。主桥总长920m，采用钢筋混凝土结构门型主塔，墩、塔、梁固结体系；梁面以上塔高分别为117m和105m。斜拉索为双索面，扇形布置，小里程索面26对，大里程20对。桥梁结构如图1所示。

图1 跨襄阳北编组站大桥结构图（单位：m）

2 格构式混凝土梁

跨襄阳北编组站大桥边跨混凝土梁采用双边主梁+横肋（梁）的格构式体系，主梁标准截面顶板厚度为0.25m，顶板设置1.5%的双向横坡，悬臂翼板端厚度为0.25m，长度为3.25m。标准段主梁全宽37.50m，中心梁高3.53m，边主梁底面保持水平。采用C55混凝土，纵横向均设置预应力，矩形边主梁宽3.0m，其底部设置斜拉索锚固装置。主梁横向索中心距28.0m，顺桥向标准段每隔4.0m（或4.25m）设一道横梁，在左塔边跨6m索间距区段范围内横梁加密布置为3.0m一道，标准横梁厚0.4m。格构式混凝土梁断面和平面结构图分别见图2、图3。

图2 格构式混凝土梁断面结构图（单位：cm）

图3 格构式混凝土梁平面结构图（单位：cm）

3 格构式混凝土梁现浇支架的设计

边跨格构式梁现浇高度在22.5～24m之间，最大现浇混凝土高度3.23m，根据相关施工规范与计算手册，选用钢管贝雷立柱+盘扣（格构顶板）组合支架结构形式进行设计[1]。

3.1 支架结构

跨襄阳北编组站大桥边跨现浇梁现浇支架采用钢管柱+贝雷梁形式，钢管桩采用Ф820mm×20mm螺旋管，卸落垫块采用4I25a工字钢，承重梁采用3I56a型钢，贝雷梁采用国产321型贝雷片，分配梁采用I16工字钢，间距为60cm。分配梁上采用钢管支架作为格构梁顶板支撑，钢管横向间距采用90cm，现浇梁模板采用竹胶板+方木[2]。现浇梁基础采用1.2m直径的钻孔灌注桩基础+桩帽，如图4所示。

图4 现浇支架结构图

3.2 荷载取值

（1）现浇梁自重荷载：边纵梁荷载直接作用在纵向方木上，方木间距10cm，纵梁高度3.34m，则线形荷载为0.1×3.34×26.5=8.85kN/m。

横隔梁荷载作用在横向分配梁上，横隔梁宽度0.4m，高度3.34m，则线形荷载0.4×3.34×26.5=35.4kN/m。

顶板荷载作用在横向分配梁上，分配梁间距0.6m，厚度0.4m，则线形荷载0.6×0.4×26.5=6.35kN/m。

（2）施工机具荷载：施工机具荷载按照2.5kN/m2考虑，计算作用到每根方木/工字钢上荷载值。

（3）振捣混凝土产生的荷载：振捣混凝土荷载按照2.0kN/m2考虑，计算作用到每根方木/工字钢上荷载值。

（4）风荷载：风荷载强度按下式计算：

式中：

W——风荷载强度，Pa；

W0——基本风压值，Pa，查“全国基本风压分布图”，取350Pa；

K1——风载体型系数，箱梁取1.3，钢管桩取0.8；

K2——风压高度变化系数，取1.13；

K3——地形、地理条件系数，取0.9。

计算得箱梁风荷载强度：W=462.7Pa；钢管桩风荷载强度：W=284.8Pa。

（5）模板及钢管支架荷载：模板重量按照2kN/m2考虑，计算作用于每根方木/工字钢上荷载值。

3.3 模型建立

现浇梁支架利用midascivil进行建模计算，结构自重按照程序自动进行计算，现浇箱梁、模板、施工荷载直接加载于纵向方木/工字钢上，钢管桩受到的风荷载直接加载于钢管桩立柱上，箱梁风荷载转换至钢管桩上。由于支架结构相同，取三跨支架作为计算模型[3]，建立模型如图5所示。

图5 现浇支架模型

3.4 现浇支架各部位受力情况

根据模型分析结果，得出现浇支架各部位受力情况如表1所示。

表1 模型计算数据分析

3.5 基础计算分析

根据计算模型得出基础最大反力为4343kN，采用1.2m钻孔灌注桩基础，入土深度计算如下：

式中：

γR——单桩轴向承载力抗力分项系数，根据规范取值1.4；

Qd——最大极限承载力，最大压力时取4343kN；

qfi——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；

qR——桩侧第i层土的极限端阻力标准值；

u——桩身的周长，计算区3.77m；

A——桩端外周面积，计算取1.131m2；

li——第i层土层的厚度；

η——承载力折减系数，取0.85。

自地面向下土层以此为素填土，侧摩阻力4kPa，厚度1.2m；粉质黏土，侧摩阻力45kPa，厚度5.0m；圆砾土，侧摩阻力120kPa，厚40m。取桩基入土深度30m，则计算承载力为6338kN＞4343kN，满足规范要求。

4 格构式混凝土梁施工技术要点

（1）全桥边跨混凝土采用梁柱式支架分节段现浇施工。支架在浇筑混凝土前必须预压，预压重量为梁体自重的120%，预压时间不少于24h，同时要求在支架沉降稳定后方可卸载。立模高程由设计高程、支架压缩变形等因素确定，故在搭建支架时需要考虑主梁本身的预拱度和施工引起的挠度。主梁混凝土的浇筑顺序、支架的拆除方向均应由跨中向支点平稳对称进行[4]。

（2）为使施工达到高度安全、高质量和高精度，要求混凝土强度达到设计强度的90%且龄期7d以上，方可张拉预应力钢束，预应力钢束锚下应预埋与锚具相配套的螺旋筋及钢筋网片，所有的锚垫板及支撑垫板下混凝土必须保证浇筑、振捣密实。

（3）预应力钢材及锚具进场后，应分批严格检验和验收，妥善保管。所有的预应力钢材不许焊接，凡有接头的预应力钢绞线部位应予切除，不准使用。钢绞线使用前应作除锈处理，所有的张拉设备应按有关规定认真进行标定。

（4）为防止梁体混凝土开裂和棱边破损，应待混凝土强度达到规范有关要求时方可拆模。所有施工的预埋件，在施工结束后均应割除，恢复原状，并注意防锈和美观。

（5）当普通钢筋与预应力管道发生干扰时，可适当挪动普通钢筋的位置，以保证钢束管道位置的准确。钢束锚固处的普通钢筋如果影响预应力施工，可适当弯折，但预应力钢束施工完毕时应及时恢复原位。如果锚下螺旋筋与分布钢筋相干扰时，可适当移动分布钢筋位置或调整其间距。当不同钢筋相互重叠干扰时，应保证主要钢筋如纵、横向受力钢筋或大直径钢筋的位置，次要钢筋或小直径钢筋位置可进行局部调整。注意保证限位装置的正确位置、尺寸，其锚固钢筋位置遇主要的受力钢筋时可作相应的局部调整。施工中如发生钢筋空间位置冲突，可适当调整其布置，但应确保钢筋根数和净保护层厚度[5]。

（6）主梁混凝土的内在质量和外观质量均应严格控制。混凝土浇筑时应保证浇筑进度和振捣密实，所有的施工缝应认真凿毛、清洁，确保新、老混凝土的结合强度。所有梁体的外表均应达到平整、光洁和全桥颜色一致。当混凝土自流高度大于2m时，必须采用溜槽或导管输送，以防止混凝土离析，保证浇筑质量。

5 结束语

综上所述，格构式混凝土梁采用边纵梁+横梁的结构形式，具有施工便捷、混凝土用量小等优点，其支架设计与现场施工时需注意以下几点：

（1）格构梁边纵梁为实心混凝土，设计支架时需要加强此处的现浇支架，特别应注意钢管立柱与贝雷梁的受力情况。

（2）格构梁横梁多为40cm宽度，设计时应考虑两个横梁直接的支架搭设，建议采用盘扣支架进行顶板的支架搭设。

（3）为保证现浇支架更加合理与经济，建议分区计算地基承载力要求，并根据要求，分区确定钻孔灌注桩的长度。