连续箱梁现浇支架设计
关键词：连续梁；现浇；支架
梁式桥种类很多，也是公路桥梁中最常用的桥型，其跨越能力可从20m直到300m之间。其中，连续箱形梁桥的箱形截面能适应各种使用条件，特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥，具有桥面接缝少、梁高小、刚度大、整体性强，外形美观，便于养护等优点。中等跨径的预应力连续箱梁，如跨径40～8Om，非常合适用于高速公路的跨线桥。
由于现浇梁地基处理及支架费用在工程投资中占用很大比例，因此支架类型的选择非常重要，通过分析，笔者认为满堂碗扣式支架具有多功能、高效率、通用性强、承载力大、受力均匀、加工容易、拆卸方便等优点，作为主要支承构件脚手架，地基处理成本低，梁体线型控制好，并适用于一般现浇梁临时支架。从20世纪90年代中期开始在建筑行业使用，目前在城市道路桥梁建设中已广泛使用。
1地基处理
地基处理的好坏是箱梁施工成败的关键。碗扣式钢管支架的单根钢管承载力一般为30-50kg，支架地基的承载力要求不小于250kpa。首先,对场地进行测定,控制处理标高和范围,再按施工规范要求进行地基处理。在横桥向宽度15m范围内，清除地面杂物和腐植土，整平碾压，检查确认无翻浆软弹后填加20-30cm厚的填料。路基填料一般都可作为支架地基材料，填筑后分2层碾压，每层压实度95%以上。由于地表水浸泡会导致地基下沉，在场地周围必须先做好临时排水设施，使支架场地高出周围地面。
地基处理后,进行地基承载试验，方法是：在现场设置承压板，按设计分级施加竖直荷载，测定承压板压力与地基变形，将成果绘成压力-沉降关系曲线（P-S关系线）。P-S关系线如果接近于直线，则此阶段地基中各点的剪应力，小于地基土的抗剪强度，地基处于稳定状态；P-S关系线如果是下弯的曲线，说明在地基的局部区域内，发生了剪切破坏，随着荷载的增加，地基中塑性变形区的范围逐渐向整体剪切破坏扩展；当荷载增加到某一极限值时，地基变形突然增大，说明进入塑性变形区,发展、形成与地面贯通的连续滑动面。地基土向承压板的一侧或两侧挤出，地面隆起，地基整体失稳，承压板也随之突然下陷。因此必须按计算地基承栽力进行加载，各测点必需在P-S关系线的直线段，方能满足施工要求，否则需对地基进行另外的处理。
2支架的布置和受力验算
2.1支架的布置
首先是测量放样,确定支架的平面位置,对所有构件进行严格检查和验收,合格方能投入使用。一般跨支架采用碗扣式脚手架满布搭设，立杆采用1.2、1.8、2.4和3.0m规格，搭设时立杆的接长缝应相互错开。根据箱梁自身荷载的分布设计立杆的间距。支架的设计检算包括稳定性检算、强度检算和刚度检算几个方面。由于检算内容的不同，其荷载组合也相应不同。稳定性检算时，应考虑模板和支架的迎风面积、支架高度、计算风压、风力系数及施工中的水平力和竖向力的影响；强度检算时，荷载包括支架自重、模板自重、梁体自重、施工荷载、浇筑混凝土时的冲击荷载，对于多跨连续支架还应考虑基础沉降的影响；刚度检算时，荷载一般包括模板及支架自重、梁体自重。严格按施工方案搭设支架,搭设顺序应从一端向另一端或从中间向两端推进。特别要注意:承载构件保证垂直、起整体联系作用的水平拉杆、剪刀撑搭设位置准确、牢固。搭设支架完毕后,进行验收,整个施工过程必须符合相关的安全、技术规范要求。
2.2支架检算
2.2.1地基承载力验算
根据箱梁的单位面积平均重力、支架的承载力和施工的可行性，跨中段选出纵向横杆、横向横杆、横杆步距，并按照选中组合计算每根立杆可承载力。另外，还需按下式验算地基承载力[1]：
ρ=P6/A=ρk（1）
P6为每根单杆实际承载力，单位为kN；
ρ为单根立杆对地面压力，单位kPa；
A为底座下枕木支撑单根立杆的面积，单位m2；
ρk为地基承载力，单位kPa。
2.2.2强度验算
强度检算对于钢管脚手架，梁体现浇施工时，由于混凝土浇筑的不均匀性，有可能出现同一横断面某处腹板已经浇筑完毕，而梁体某处的腹板还没有浇筑的情况发生，见图1。
检算时应按照施工最不利情况进行检算：单根钢管承受其上部的分布荷载，而不应该考虑分配梁进行分配后的影响。但对于多跨连续支架，由于施工时混凝土的不均匀分布，应按照单跨满载进行强度检算。对于大跨预应力桥梁的现浇支架，预应力张拉后，梁体可能产生较大的向上或向下的变形，而向下的变形将给支架造成很大的附加荷载。所以，在检算支架强度时，不但要考虑浇筑混凝土时支架的受力情况，还应该考虑预应力张拉对支架受力的影响，以免造成预应力张拉后支架损坏或梁体损坏的情况。
对于桥面较宽，纵横坡度不大的箱梁，可通过支架地基分单元（各单元标高不同）和调整U型顶托相结合的方法施工至设计标高；但对于桥宽较小，纵横坡度较大的箱梁，通过地基分单元和调整U托的方法就很难实施，会导致单元面积过小，影响支架的稳定性。此时，定做一些短小立杆作为找零立杆，可解决该问题。
2.2.3刚度验算
刚度检算刚度检算应包括2个方面，即单个构件的刚度检算和整体刚度检算。单个构件的刚度应和整体刚度相协调，否则容易造成梁体局部平整度不满足要求的情况发生。图1所示在检算刚度时，不但检算腹板处受力较大的构件刚度，同时还应该检算其他受力较小处构件的刚度，在布置受力纵梁或杆件时，应根据单个构件的刚度和整体刚度相协调的原则布置，腹板处纵梁或杆件的间距适当加密，其他位置适当加大。
2.2.4整体稳定性检算
支架在顺桥向通常与桥墩连接，其顺桥向的稳定性较好。支架的整体稳定性通常只检算横桥向的稳定。横桥向整体稳定性的检算是施工中容易忽略的部分，在施工中应引起足够的重视。支架横桥向的稳定性检算时，一般将临时墩及其连接系或竖向钢管和其连接系简化成平面杆系结构进行检算，稳定系数应大于1.3。
钢管的整体稳定性是由基础的不均匀沉降、支架结构的稳定性控制。基础的不均匀沉降通常采用碾压、换填、排水等方法处理。顺桥向支架应和墩身连接，以抵消顺桥向的水平力。横桥向应按照支架的拼装要求，严格控制竖杆的垂直度以及扫地杆和剪刀撑的数量和间距。
3支架的预压施工
支架底模的大小分配梁铺设完成后，为确保施工安全要对支架进行等重力预压，以检验支架及地基的强度及稳定性，消除整个支架的塑性变形，消除地基的沉降变形，测量出支架的弹性变形。在施工箱梁底模板时应将这部分沉降值加到箱梁的设计标高作为箱梁的施工标高，以保证箱梁的竣工标高符合箱梁的设计标高值。
预压通常采用砂袋法。预压时，先按照箱梁截面计算并绘制全桥荷载分布图，根据纵、横截面的荷载图计算砂袋堆放高度和宽度进行堆载预压。应对砂袋进行随机抽样承重，估算每个砂袋重量。砂袋的堆放位置和顺序应尽量和实际施工时的加载顺序相同。在预压期间，应定时观测支架以及基础的变形情况。预压时间应和实际施工1孔梁所用时间相同，通常为7d。
图中，1-混凝土箱梁，2-沙包堆载预压，3-钢管，4-换填石粉，5-桥墩，6-箱梁第一次模板安装，7-施工便道，8-方木，9-槽钢，10-方木，11-施工护栏，12-箱梁第二次模板安装
4预拱度设置
碗扣式钢管支架的预拱度是通过调整上可调托撑来实现。预拱度设置要考虑的因素主要有:支架卸载后由上部构造自重及活荷载的一半产生的竖向挠度δ1;支架在荷载作用下的弹性压缩变形δ2;支架在荷载作用下的非弹性压缩δ3;支架基底在荷载作用下的非弹性沉陷δ4;由混凝土收缩、温度变化引起的挠度δ5。预拱度[2]:
δ=δ1+δ2+δ3+δ4+δ5。（2）
在支架按荷载的100%预压后，因各种非弹性变形δ3、非弹性沉陷δ4已经消除，因此仅考虑δ1、δ2、δ5三种变形。预拱度最大值设置在梁的跨中位置，并按抛物线形式进行分配，算得各点处的预拱度值后，具体进行调整。
5落架顺序
落架是现浇梁施工中的重要环节，落架的方法通常有分次卸落可调托座法、砂袋落架法、砂箱落架法和钢卸块落架法。落架顺序的确定应根据“从大到小”的原则来确定，即先卸落变形较大的位置，后卸落变形较小的位置，横桥向应同步进行。落架通常分级循环进行，先从变形较大的位置开始，逐渐向变形较小的位置进行，每次卸落量控制在1-2cm。通常，对于采用满堂钢管脚手架的现浇梁用分次卸落可调托座法。单跨现浇梁，通常采用从跨中向两边顺序进行；对于悬臂现浇梁，通常先卸落悬臂部分梁体的支架，按照悬臂端至桥墩位置的顺序卸落；然后，再按照先跨中后两边的顺序多次循环进行。单跨双悬臂的现浇梁，卸落支架时，跨中的变形较大，如果卸落量控制不当，容易造成临时墩支点处受力较大的情况，造成卸落困难，如果采用强拖硬拽的方法，容易对梁体产生冲击荷载，应尽量避免采用单跨双悬臂现浇梁的施工方案。
6结语
现浇连续箱梁施工时，现浇支架的可靠性是施工质量和施工安全的前提。碗扣式钢管脚支架是较好的支架材料，它施工方便，不需要大型机械设备，是目前使用较广泛的支架之一。其次，使用找零立杆可较好地解决纵横坡度较大的箱梁的支架施工问题。针对不同结构的支架和梁体的施工顺序确定支架检算时的荷载组合以及检算方法。再次，实际施工中，要针对不同结构的支架和梁体的施工顺序确定支架检算时的荷载组合以及检算方法。
参考文献：
[1]周永兴，何兆益，周毅松，等.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.
[2]JTJ041-200.公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社，2000.
[3]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社，2001.
作者简介：王元智：男，1969年10出身，学历：大本；职称：工程师（路桥）；研究方向：桥梁工程；