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跨高速公路U型通道现浇连续梁支架设计与施工

摘要：以津保铁路金钟河特大桥右线290#-293#支架现浇梁为例，详细阐述了跨高速公路U型通道现浇连续梁支架的设计和施工，验证了施工方案的可行性，对同类工程有一定的参考作用。
关键词：跨U型通道；现浇梁支架设计；施工
1、工程概况
津保铁路金钟河特大桥跨蓟汕高速公路右线290-293#墩为32+56+32m现浇连续箱梁，全长121.2m，边支座中心线至梁端0.6m，梁高沿纵向按二次抛物线变化，中支点梁高4.5m，边支点及跨中梁高2.5m，中跨跨中直线段长2m，边跨直线段长5.6m，截面为单箱单室直腹板结构，顶板厚度除梁端附近外均为30cm；腹板厚为40-60-90cm，底板厚由跨中的38cm按二次抛物线变化至根部的65cm。
箱梁两侧腹板与顶底板相交处均采用圆弧倒角过渡。支座处及中跨跨中共设置5个横隔板，横隔板设有孔洞。
蓟汕高速公路U形通道为双向八车道，边墙采用直墙式，边墙厚1.0m，通道净宽41m，纵坡5%，车流量较大。
2、支架系统设计及检算
2.1支架系统设计
现浇箱梁中跨右线291#-292#跨越蓟汕高速公路，为确保施工期间蓟汕高速公路通行安全，结合支架所处地形地质采用钢管立柱与贝雷梁结合的支架形式跨越蓟汕高速公路下穿北环铁路U型通道，在贝雷梁上设置碗扣式满堂支架调整梁底纵坡。在U型通道上设置扩大基础承台，承台上安装支撑Φ529*8mm钢管，钢管上设置型钢横梁，横梁上安装贝雷梁。
右线290-291#、292-293#墩之间地势较为平坦，且无通行需求，采用满堂支架的形式施工，支架采用Φ48×3.5mm碗扣式支架（出于安全考虑，计算时按壁厚3.0mm进行验算）。在支架搭设之前，对地表进行填挖整平处理，并进行充分碾压，在顶面设60cm高、掺量8%的灰土垫层作为封层，灰土顶面设20cm厚标号为C25的混凝土垫层，横向设置1%排水坡。支架搭设前横向设置15×15cm方木（平放）作为卧木，在其上设置可调底托，搭设支架。
翼板区钢管立杆间距为60×60、60×90cm，一般底板区钢管立杆间距为60×60、60×90cm，腹板区钢管立杆间距为60×30cm、90×30cm，横杆步距为120cm，局部60cm。
2.1.1跨路支架施工
2.1.1.1混凝土扩大基础施工
根据设计扩大基础的位置进行放线，铺设隔离塑料布、绑扎钢筋、支立模板、在U型通道底板上浇筑0.8m厚C25砼。扩大基础两侧行车道方向均设置隔离防撞墩，施工时在扩大基础顶预埋70*70*1cm固定钢管立柱的钢板，混凝土浇筑前用水平尺调平后固定，并在钢板中心钻φ10cm的圆孔，便于将钢板下的混凝土振捣密实。
2.1.1.2钢管立柱安装
钢管在安装前，在加工场内将其底端修整平齐，确保钢管在安装时能与扩大基础顶面预埋钢板密贴。安装钢管时，钢管的竖直度满足要求后先将钢管与预埋钢板断续焊定位再连续满焊，采用三角焊缝，焊缝高度不小于8mm。施焊时，采用多次断续焊，即焊缝不可连续一次成型而至少2-3次断续焊连，避免承台顶面预埋钢板在集中高温应力下发生过大变形同时烧伤钢板下部的混凝土。一处钢管立柱施工完成后，立即进行钢管桩间平联、剪刀撑及顶部垫梁施工。
2.1.1.3托梁安装
置于钢管上的主横梁采用双拼I40b工字钢，长度为8m。安装托梁前对选用型钢材料进行检查，对于发生严重变形、有裂纹或组焊件脱焊的不得使用。安装垫梁前，调整钢管顶部钢板钢板至水平，垫梁安装完成后在钢管顶钢板上加焊限位块。
2.1.1.4贝雷梁安装
贝雷片在地面拼装成组，测量班根据设计位置在托梁上标出贝雷梁位置，拼装完成的贝雷梁由吊车吊起安装到位，每组贝雷梁安装到位后及时安装支撑架等临时固定，避免侧翻。当贝雷梁支撑点不是位于销子连接处时，在贝雷梁支撑点位置竖向设置][10槽钢加强。
2.1.2边跨支架施工
2.1.2.1满堂红支架地基处理
在支架搭设之前，对地表进行换填处理，并进行充分碾压，然后填筑60cm掺量8%的灰土分层碾压，试验检测地基承载力满足要求后施工20cm厚C25砼垫层。在垫层表面设置1%双向排水坡。
2.1.1.2满堂红支架搭设
根据梁体混凝土的自重荷载，考虑施工荷载以及其它荷载的影响，预留合理的施工安全储备，进行现浇梁支架的验算，根据验算合格的模型搭设支架。
2.1.1.3满堂红支架搭设流程
在混凝土垫层上横向弹线、放置15×15cm方木进行立杆定位→摆放底托→竖立杆搭设并扣紧→安装纵、横向横杆，并与立杆扣紧→装第二层及以上支架→加设剪力撑→（安装调节杆）→安装顶托→在顶托上居中安装横向10×15cm方木分配梁→铺设纵向方木。
现浇箱梁右线290-291#、292-293#墩之间支架采用碗扣式满堂支架作为主体，主构件主要包括：纵向水平杆、横向水平杆、立杆、顶杆、底座、剪刀撑等。满堂支架纵向间距60cm、90cm，横向间距30、60、90cm，步距120cm，以钢管作为剪力撑，采用可调节底座和上托进行调整箱梁底板纵坡，支架顶部设置横向10×15cm分配方木，其上铺设10×10cm分配方木。
2.1.1.4安装上下人行步梯
立杆定位→摆放底托→立竖向钢管→安装纵横向连接钢管，并与立杆扣紧→装第二层及以上支架→加设剪力撑→安装横向承力杆→安装两侧扶手→铺设踏步→安装安全网。
2.2支架系统检算
2.2.1荷载计算
荷载计算时，按截面最不利位置计算，即靠近梁端部位置梁体砼最大高度处。
①施工人员、机具、材料荷载：p1=2.0kN/m2
②混凝土冲击及振捣混凝土时产生的荷载：p2=2.5kN/m2
③模板、支架自重荷载：P4=1.5kN/m2
2.2.2荷载组合
a翼缘板处：N1=25.73kN/m2
b腹板处：N2=112.3kN/m2
c底板处：N3=45.85kN/m2
2.2.3碗口支架验算
2.2.3.1立杆强度验算
翼板区立杆最大间距为60*90cm，一般底板区立杆最大间距为90*90cm，腹板区立杆间距为90*30cm。则单根立杆最大荷载为：
翼板区：N=7.71kN
底板区：N=13.755kN
腹板区：N=16.845kN
单根立杆最大受力为16.845kN，计算立杆承载力时满足最大荷载即可。
该钢管为Φ48×3.0mm钢管，A=424mm2
钢管回转半径：I=15.94mm
按强度验算：
16845/424=39.73MPa＜205MPa，符合要求。（杆件自重产生的应力很小，可以忽略不计）
2.2.3.2立杆稳定性验算
按稳定性计算立杆的受压应力（步距1200mm，顶端（底部）自由长度450mm，则立杆计算长度1200+450=1650mm。长细比：λ=103.51
σ=16845/0.562/424=70.69MPa＜205MPa，符合要求。
2.2.3.3地基承载力计算
立杆在最不利荷载作用下最大轴力16.845KN，以16.845KN作为控制计算。
底托宽度0.15m，硬化混凝土厚度h，混凝土压力扩散角为30度。则立杆轴力传递到地基表面的面积为（0.15+0.577×h×2）2。
因有20cm厚C25砼垫层，脚手架地基承载力调整系数：kc=1；
立杆基础底面的平均压力，p=N/A=16.845/0.145=116.17kN/m2；
8%掺量灰土现场测得最大承载力为300KPa，满足设计要求。
2.2.4右线291#-292#支架验算
2.2.4.1贝雷梁验算
单组贝雷梁最大均布荷载为：24.26kN/m
单层单片不加强贝雷梁最大容许弯矩为788.2kN.m，剪力为245.2kN，大于施工最大弯矩389.7kN.m，最大剪力187.7kN，符合要求。
变形验算：
f=5×24.26×134/（384×210×106×2.505×10-3）=17.1mm，小于15000/400=37.5mm。符合要求。
2.2.4.2承载力验算
承载力验算：梁体最大截面混凝土截面积为8m2，跨度9m，每排布置3根钢管，考虑1.4倍荷载系数，扩大基础平面尺寸为6*1.2m。
8×9×26×1.4=2620KN
2620/6/1.2=363KN/m2
U型通道上扩大基础下平均地基承载力要求不得小于363KPa，现场实测U型通道承载力不小于420KPa，满足要求。
3、支架预压及预拱度设置
3.1预压目的
消除支架及地基非弹性变形，测量弹性变形，为连续箱梁底模设置预抬值提供依据。
3.2预压方案
仪器、人员：专门固定一台已标定的水准仪，固定3人进行沉降观测工作。
观测点位布置：顺桥向每8m测一断面，共计15个断面。横桥向每断面设3点，分别位于箱梁中心及两侧腹板，总计45个观测点。观测点设在底模上，底模不得悬空或翘曲，否则将影响观测结果。观测点在预压前、预压后观测并记录结果。为减小人为观测误差，定人、定仪器观测，观测时间选择在早晨或傍晚，避免在强光、高温时进行。用白油漆标识好，并在旁边写好点位编号。
观测时间：第一次观测为在支架搭设且纵横向方木及底模安装完毕后准备堆载前，其余为每天上午8：30～9：30，下午5：30～6：30。
卸载时间确定：以连续2天观测数据基本不变后才可卸载，预估预压时间为5天。
支架及地基弹性变形值测定：在完成卸载后，必须观测支架及地基弹性变形直至回弹稳定，确定稳定状态的标准以在卸载后1～2天内连续观测3次数据基本不变为准，并绘出支架和地基的反弹曲线图。
3.3支架预抬值的设置
根据观测数据计算出地基和支架的弹性变形值，设置预抬值，确定施工标高，现浇箱梁模板顶部控制标高为地基和支架的弹性变形值，考虑到箱梁在进行预应力张拉后有一定的反拱，故不考虑重力作用产生的挠度。具体数据在预压完成后形成预压成果报告，报告中包含根据反弹曲线图绘出的每个断面的设计高程及含预抬值后的高程。
4、支架施工要求
扩大基础承载力不小于检算取用值；基础施工时准确预埋螺旋管础板，螺旋管安装确保底部与础板焊接牢固，且保证其垂直度；螺旋管之间采用槽钢连接成一个整体，以提高整体稳定性；贝雷片纵梁底部横向用通长槽钢连接，满堂支架搭设时确保节点位置连接牢固。支架预压前严格按施工图进行验收，预压完成后按测量数据重新调整底模标高。
5、安全防护
安装支架时，封闭半幅施工路段车道，在安全通道安装完后拆除交通封闭设施，及时恢复交通。在U型通道起坡点前后100m设交通标志牌和安全警示牌，并在支架两侧行车道方向设置隔离防撞墩，保证行车及支架安全。
在施工段U型通道上空现浇梁支架纵梁下吊装型钢，在型钢上满铺防护板，设置安全警示标志，在施工中做到梁部施工和公路完全分离。
6、结束语
本工程现浇梁跨越蓟汕高速公路U型通道，首要问题是对道路行车安全的保障，施工中通过引进贝雷片方柱式临时支墩及钢管临时支墩搭设门洞，方便行车；其次，是施工过程中采取预压、沉降观测等措施保证了支架的稳定，从而真正的做到安全施工。本工程的成功实施对以后跨路现浇梁实施有一定的指导意义。

-全文完-