成貴高鐵簡支箱梁現(xiàn)澆施工方案設(shè)計

趙天文

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州 072750）

［摘要］成貴高鐵麻窩頭特大橋施工中依據(jù)地形地勢，結(jié)合各種施工方案對比選擇了螺旋管貝雷片組合支架體系進(jìn)行32m簡支箱梁原位現(xiàn)澆施工，同時闡述施工工藝特點及控制要點，為類似工程施工提供經(jīng)驗借鑒。

［關(guān)鍵詞］高鐵；簡支箱梁；現(xiàn)澆施工

成貴鐵路CGZQSG-14標(biāo)麻窩頭特大橋全長755.11m，其中32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁22孔，梁長32.6m，計算跨度31.1m，梁高2.647m。梁體截面類型為單箱單室等高度簡支箱梁，梁端頂板、腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。橋面擋砟墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0m。由于橋址處于云貴高原山區(qū)，受橋下地質(zhì)條件差及橋下凈空限制，在綜合對比滿堂支架及螺旋管貝雷片組合支架體系的基礎(chǔ)上，最終選擇采用占地面積小、模板整體過孔且過孔速度快的螺旋管貝雷片組合支架體系作為最終施工方案。

1 支架布置及受力計算

1.1 支架布置

支架采用梁式支架法，采用螺旋管+貝雷片結(jié)構(gòu)形式，梁螺旋管布置在墩承臺兩側(cè)及新澆筑的混凝土條形基礎(chǔ)上。螺旋管上增加直徑50cm的砂箱用于落模，砂箱上采用Ⅰ32b工字鋼做墊梁，每2根工字鋼為一組，貝雷片放置于墊梁上；貝雷片上橫向采用Ⅰ12工字鋼作為分配梁，縱向間距75cm；Ⅰ12工字鋼分配梁上方設(shè)Ⅰ10工字鋼縱向分配梁。支架布置見圖1、圖2所示。

1.2 梁式支架設(shè)計檢算

箱梁混凝土容重26kN/m3，超方系數(shù)取1.05；

模板自重1.2kN/m2（含模板下的分配方木或工字鋼I10）；施工荷載2.5kN/m2（含混凝土灌注振搗）；支架自重程序自動計入并取1.1系數(shù)；混凝土重按腹板、中板、翼緣板分別計算。

圖1 梁式支架布置示意圖（以32m梁為例）

1.2.1 荷載計算方法及應(yīng)力取值

計算過程采取容許應(yīng)力法。容許應(yīng)力取值

Q235鋼：彎曲應(yīng)力［σw］=145MPa；軸向應(yīng)力［σ］=140MPa；剪應(yīng)力［τ］=80MPa；彈性模量E=2.1×105MPa。

Q345鋼（16Mn）：彎曲應(yīng)力［σw］=210MPa；軸向應(yīng)力［σ］=200MPa；剪應(yīng)力［τ］=120MPa；彈性模量E=2.1×105MPa。

圖2 梁式支架布置橫斷面圖（A-A斷面）

1.2.2 荷載分布的確定

根據(jù)簡支梁結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，結(jié)合支架布置情況，先選擇支架受力最大的腹板截面按梯形荷載進(jìn)行各部位桿件受力檢算。

取1.05的超方系數(shù)，模板：腹板處7.6m，箱梁中板5.4m，翼緣板2.6m，模板重取1.2kN/m2，施工荷載2.5kN/m2。則各部位產(chǎn)生的荷載如下：

標(biāo)準(zhǔn)斷面：Q腹板=2.404×26×1.05=65.64kN/m2；

變截面段：Q腹板=3.11×26×1.05=84.90kN/m2；

端部截面：Q腹板=3.87×26×1.05=105.65kN/m2；

箱梁中板標(biāo)準(zhǔn)斷面：Q中板=（0.76+0.756）× 26×1.05=41.12kN/m2；

箱梁中板變斷面：Q中板=（1.09+1.15）× 26×1.05=61.15kN/m2；

箱梁端部中斷面：Q中板=（1.45+1.62）× 26×1.05=83.81kN/m2；

翼緣板：Q翼緣板=0.927×26×1.05=25.31kN/ m2。

1.2.3 貝雷梁上的分配梁I12工字鋼

支架貝雷梁上的分配梁采用I12工字鋼，按0.75m間距節(jié)點布置，取箱梁端頭截面荷載檢算，其彎矩應(yīng)力最大為-77.5MPa＜145MPa，剪切應(yīng)力最大為30.3MPa＜80MPa，變形最大為2.8mm/1150=1/410＜1/400，又位于分配梁的兩端，實際受力還要小，因此剛度滿足要求。

1.2.4 腹板下的貝雷梁

支架跨中采用雙排立柱，其計算結(jié)果為：結(jié)構(gòu)支反力：支架兩邊支反力左=131.9kN，右= 145.8kN；中間支反力左=151.6kN，右=230.4kN；最大應(yīng)力=184MPa＜210MPa，最大變形= 18.4mm/15000=1/815＜1/400。腹板下4片貝雷梁強(qiáng)度、剛度滿足要求。

1.2.5 箱梁底板下貝雷梁

支架跨中采用雙排立柱，其計算結(jié)果為：結(jié)構(gòu)支反力：支架兩邊支反力左=127.8kN，右=140.6kN；中間支反力左=139.3kN，右= 212.3kN；最大應(yīng)力168MPa＜273MPa，最大變形= 18.2mm/15000=1/824＜1/400。腹板下3片貝雷梁強(qiáng)度、剛度滿足要求。

1.2.6 箱梁翼緣板下貝雷梁

翼緣板下2片貝雷梁其結(jié)構(gòu)形式同腹板和底板，但荷載小于腹板和底板（兩端支反力分別為105.3kN、117.2kN，中間支反力分別為141.2kN、206.3kN）。故該貝雷梁剛度和強(qiáng)度滿足要求。

1.2.7 兩邊單排4立柱頂部分配梁受力驗算

采用2I32工字鋼拼焊，由4根立柱支撐，其彎曲應(yīng)力最大為125.8MPa和-123.1MPa＜145MPa，剪切應(yīng)力最大為83.3MPa和-83.2MPa＜80×1.3=104MPa（支架為臨時結(jié)構(gòu)，應(yīng)力可提高1.3倍系數(shù)），強(qiáng)度滿足要求；變形最大為3.58mm/3000=1/838＜1/400，剛度滿足要求。

1.2.8 中間雙排4立柱柱頂分配梁受力驗算

采用支架跨中雙排立柱，每排4根立柱的布置，其柱頂?shù)姆峙淞喉毑捎霉ぷ咒?I32b拼焊，最大彎曲強(qiáng)度128.9MPa和-129.3MPa＜145MPa，最大剪切強(qiáng)度±76.1MPa和±34.1MPa＜80MPa，均小于規(guī)范要求。變形最大為3.2mm/3000=1/938，滿足要求。

1.2.9 鋼管支墩強(qiáng)度檢算

根據(jù)計算得知立柱柱頂最大豎向力為1697.3kN，立柱采用Φ630×8鋼管，柱的計算長度平面內(nèi)取6m，平面外取10m，柱截面面積15633mm2，回轉(zhuǎn)半徑i=219.92mm，立柱自重1.23kN/m×10×1.2=14.76kN。

強(qiáng)度檢算：σ=N/A=（1697.3＋14.76）×1000/15633=109.52MPa。

平面內(nèi)穩(wěn)定強(qiáng)度驗算：λ=6000/219.92= 27.28。查表φ=0.919（按C類截面），則

σ穩(wěn)定=N/（φA）=（1697.3＋14.76）×1000/（0.919×15633）=119.17MPa＜145MPa，穩(wěn)定強(qiáng)度滿足要求。

平面外穩(wěn)定強(qiáng)度驗算：

λ=10000/219.92=45.47，查表φ=0.804（按C類截面），則

σ穩(wěn)定=N/（φA）=（1697.3＋14.76）×1000/（0.804×15633）=136.22MPa＜145MPa，穩(wěn)定強(qiáng)度滿足要求。

結(jié)論：以上φ630×8立柱軸向強(qiáng)度和平面外、平面內(nèi)穩(wěn)定強(qiáng)度的檢算，考慮了柱頂豎向荷載為最大最不利值，故立柱強(qiáng)度與穩(wěn)定強(qiáng)度滿足要求。

1.2.10 條形基礎(chǔ)地基承載力驗算

條形基礎(chǔ)采用C30鋼筋混凝土，截面尺寸b×h=3×2.00m，L=10m，基礎(chǔ)埋深小于2m，根據(jù)TB10002.5-2005《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》地基處理，以上支架計算荷載傳遞到基礎(chǔ)梁上總荷載：∑F=（624.8+1039.3+1038.8+625.1）× 2=6656kN；

G=γ×h×A（混凝土重量）+鋼管重量= 25×10×3×1+1.23×10×8=848.4kN。

條形基礎(chǔ)地基承載力計算：

σ=（∑F+G）/A=（6656+848.4）/（10×3）= 250.1kPa，所以，條形基礎(chǔ)經(jīng)處理后只要滿足上述承載力要求即可。

綜上所述：采用該支架方案滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。

2 支架預(yù)壓及預(yù)拱度設(shè)置

2.1 支架預(yù)壓方案

支架采用砂袋預(yù)壓，砂袋采用機(jī)械吊裝方式，人工配合堆碼，逐孔預(yù)壓。預(yù)壓的重量按照恒載的1.1倍進(jìn)行計算。

2.1.1 預(yù)壓選擇及順序

支架搭設(shè)好后，根據(jù)混凝土澆筑順序進(jìn)行荷載層層堆碼，即先底板后腹板、先兩端后中間的順序。

2.1.2 預(yù)壓荷載確定

根據(jù)現(xiàn)澆梁截面及實際支架受力情況，對現(xiàn)澆梁截面進(jìn)行以下劃分，如圖3、4、5所示。

圖3 箱梁中部截面圖

圖4 變截面段截面圖

圖5 端部截面圖

取1.05的超方系數(shù)，模板：腹板處7.6m，箱梁中板5.4m，翼緣板2.6m，模板重取1.2kN/m2，施工荷載2.5kN/m2。則各部位產(chǎn)生的荷載如下：

標(biāo)準(zhǔn)斷面：Q腹板=2.404×26×1.05=65.64kN/m2；變截面段：Q腹板=3.11×26×1.05=84.90kN/m2；端部截面：Q腹板=3.87×26×1.05=105.65kN/m2；箱梁中板標(biāo)準(zhǔn)斷面：Q中板=（0.76+0.756）× 26×1.05=41.12kN/m2；

箱梁中板變斷面：Q中板=（1.09+1.15）× 26×1.05=61.15kN/m2；

箱梁端部中斷面：Q中板=（1.45+1.62）× 26×1.05=83.81kN/m2；

翼緣板：Q翼緣板=0.927×26×1.05=25.31kN/m2。

模板拼裝前對支架系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)壓時，按照各部位承受荷載的1.1倍進(jìn)行預(yù)壓。

2.1.3 加載方法及監(jiān)測點布置

加載采取分階段加載。第一階段加載按總重量的60%計；第二階段加載按總重量的100%計；第三階段按照加載的110%計。梁式支架監(jiān)測斷面設(shè)置在預(yù)壓區(qū)域的支墩和縱梁跨中位置，支墩的基礎(chǔ)、橫梁頂面和縱梁跨中應(yīng)對稱梁體中心線各布置5個監(jiān)測點。

2.1.4 觀測方法

在首次加載前先觀測一次，作為起始觀測值，以后每加載完畢1h后觀測一次，以后間隔6h監(jiān)測記錄各監(jiān)測點的位移量。當(dāng)相鄰兩次監(jiān)測位移平均值之差不大于2mm時，進(jìn)行下一級荷載預(yù)壓。全部加載完畢，間隔6h觀測一次，當(dāng)連續(xù)12h監(jiān)測位移平均值之差不大于2mm，即認(rèn)為支架已經(jīng)穩(wěn)定。然后根據(jù)觀測值繪制出支座預(yù)壓變化（時間——下沉量）關(guān)系曲線。

2.1.5 預(yù)壓時間和卸載

全部加載完畢，間隔6h觀測一次，當(dāng)連續(xù)12h監(jiān)測位移平均值之差不大于2mm，即認(rèn)為支架已經(jīng)穩(wěn)定，即可卸載。卸載順序與加載順序相反，原則是后加載先卸，先加后卸。分級分批卸載。同時在卸載過程中，每批卸載后都應(yīng)再次觀測一次支架變化，并繪制出支架卸載（時間——回彈）變化關(guān)系曲線。

3 施工控制要點

3.1 支架安裝

用于支架的螺旋焊管和貝雷片進(jìn)場后需進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量驗收?，F(xiàn)澆箱梁支架搭設(shè)前進(jìn)行地基處理，基礎(chǔ)必須落在基巖上，地基承載力滿足要求；支架搭設(shè)要保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，立柱與連接板必須焊接牢靠，立柱之間必須采用足夠數(shù)量的剪刀撐連接；支架搭設(shè)好以后，鋪設(shè)底側(cè)模并用預(yù)制塊進(jìn)行預(yù)壓檢測，用以消除支架非彈性變形，確定接近實際線形的預(yù)拱度。為確保主橋施工線形符合設(shè)計要求，對各施工過程前后的梁面高程進(jìn)行量測、記錄，再根據(jù)記錄總結(jié)出實際線形變化規(guī)律，及時做出調(diào)整修正。

3.2 模板、鋼筋質(zhì)量控制措施

模板要經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算，保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，并要裝拆方便。加工完成后，要經(jīng)質(zhì)檢工程師驗收合格后方可用于工程。澆筑混凝土前，對底模、外側(cè)模、內(nèi)模的定位螺桿和聯(lián)結(jié)螺栓全面檢查、緊固，確保在澆筑過程中整個模架系統(tǒng)的穩(wěn)固。

安裝時要涂脫模劑，并在涂刷時保證均勻、不流不滴，模板接縫加海綿條防止漏漿。

鋼筋焊接操作人員必須持證上崗，每批焊接頭要經(jīng)過試驗合格后，才允許使用。

在混凝土澆筑過程中必須派鋼筋工值班，以便處理在施工過程中發(fā)生的鋼筋及預(yù)埋件移位等問題。3.3 混凝土質(zhì)量保證措施

3.3.1 混凝土澆筑

混凝土澆筑時自由傾落高度不大于2m。

混凝土的澆筑采用分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行，澆筑間隙時間不超過混凝土的初凝時間（一般不超過90min），不得隨意留置施工縫。

采用泵送混凝土?xí)r一次攤鋪厚度不大于600mm。

3.3.2 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，應(yīng)盡量減少暴露時間，并用塑料薄膜緊密覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)。待混凝土初凝前后，卷起塑料薄膜，用抹子搓壓表面至少2遍，使之平整后再次覆蓋。

混凝土終凝后，撤除薄膜繼續(xù)進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)澆混凝土應(yīng)有充分的潮濕養(yǎng)護(hù)時間，采用蓄水或澆水潮濕養(yǎng)護(hù)?；炷两Y(jié)構(gòu)濕養(yǎng)護(hù)時間不少于14d。混凝土養(yǎng)護(hù)期間注意采取保溫措施，防止混凝土表面溫度受環(huán)境因素影響（如曝曬、氣溫驟降等）而發(fā)生劇烈變化。

3.4 脫模

在混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境之間以及箱梁腹板內(nèi)外側(cè)混凝土之間的溫差均不大于15℃并達(dá)到初張拉強(qiáng)度時，松脫內(nèi)模進(jìn)行初張拉；初張拉完成后拆除箱梁底側(cè)模及支架。

4 結(jié)束語

采用螺旋管貝雷片組合支架體系，操作更為簡便、地基處理難度較小、受地勢的制約較小、不限制橋下的凈空。在支架搭設(shè)時，支架加固與模板拼裝可同步進(jìn)行，節(jié)約工期。貝雷梁結(jié)構(gòu)載荷能力強(qiáng)，抗彎剛度大，安全可靠。梁體變形小，能準(zhǔn)確控制橋面高程，在同類工程中可以借鑒運用。

The solution design of simply supported box beam cast-in-place in Cheng-gui high-speed rail

ZHAO Tian-Wen

［中圖分類號］U445.46

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1001-554X（2017）04-0123-04

DOI：10.14189/j.cnki.cm1981.2017.04.021

［收稿日期］2017-03-05

［通訊地址］趙天文，河北省涿州市冠云路中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司