现浇混凝土连续箱梁支架预压技术探讨_赵兵

现浇混凝土连续箱梁支架预压技术探讨

赵　兵

(重庆渝航交通工程有限公司,重庆　400060)

摘　要:随着公路建设的飞速发展,连续箱梁结构因其造型美观、整体性好、施工工艺成熟,已成为高速公路曲线桥及匝道桥上较为理想的桥型之一,应用越来越广泛。但施工中连续梁支架垮塌及存在的后期箱梁开裂,又使人们谨而慎之。而对于有支架施工的箱形连续梁,支架预压是避免或减少箱梁出现裂缝行之有效的办法之一。介绍现浇混凝土连续箱梁施工过程中的支架预压技术,并系统探讨施工中的关键工序。关键词:连续箱梁;支架预压;支架垮塌

文章编号:1009-77(2008)02-0079-04　　　中图分类号:U448.21+3　　　文献标识码:B

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ZHAOBing

　　连续箱梁一般为大体积混凝土现浇施工,支架的稳定性和变形量是决定现浇梁施工成功与否的关键。预压主要是观测支架在设计恒载作用下支架、地基等的弹性与非弹性变形情况。经过预压,检验支架的稳定性,基本消除支架的非弹性变形,取得相关需要调整的数据,确保支架在浇筑过程的变形在混凝土容许范围内,保证箱梁的设计尺寸与标高、坡[1]

度。本文从支架预压的工程技术和试验观测技术2方面进行分析论述。1　支架预压工程技术1.1　支架类型

箱梁混凝土浇筑前,应按照箱梁自重荷载对支架进行预压。对于预压加载的方式,从国内桥梁建设综合来看,主要有流体加载和固体加载2大类。对于跨数多、总长度大的箱梁结构,在满足设计要求的前提下,应结合施工现场的具体条件,优先考虑选用施工方便、周转快、切实可行的预压方法。

采用支架法现浇连续箱梁是常规的施工方法,不同的支架形式带来的工费、机械费及工期都有所差别。现浇连续梁支架通常采用梁式支架、满堂式钢管脚手支架、门型架支架、碗扣型钢管支架及多种方式相结合等形式。不同的支架形式也各有不同的特点和适用条件。

军用梁为全焊构架、销接组装、单层或双层多片

收稿日期:2007-07-11

作者简介:赵　兵(1968-),男,重庆市人,本科,工程师.

式拆装桁架,其主要特点是:承载力大,使用范围广,跨度易布置;杆件种类少,拆装与互换方便;结构轻便,构造简单,架设迅速等,现越来越多地运用到相

关工程中。

碗扣式多功能支架为近年来新开发的一种新型建筑支架,该产品具有重量轻、操作简单、承载大、高度和宽度可根据不同模数进行选择的特点,其可调式上下托对于支架的安装调整及拆除都非常有利。

扣件式钢管脚手架由钢管和扣件组成。其特点是:装拆方便,搭设灵活,强度高,坚固耐用。但是,如使用不当,它会发生整体失稳甚至倒塌事故,给工程带来灾难性后果。因此,施工过程中,保证支架的整体稳定显得十分重要。

门型架支架几何尺寸标准化,结构合理,受力性能好,拆装容易,架设效率高,经济实用,但稳定性较差,需要设置纵横向钢管与门架相连。

1.2　地基处理说明

地基处理方式根据箱梁的断面尺寸及支架形式对地基的要求而定。支架的跨径大,对地基的要求就高,地基的处理形式就得加强,反之就可相对减弱。地基处理形式有:(1)地基换填压实;(2)混凝土条形基础;(3)桩基础加混凝土横梁等。地基处理时要做好地基的排水,防止雨水或混凝土浇筑、养生过程中滴水对地基的影响。地基处理完毕后,应采用原位动力触探和取样室内试验或轻型动力触探

　　　　　　　　　　　　　　　　　80公　路　交　通　技　术　　　　　　　　　　　　　2008年进行地基承载力测定,地基土承载力必须大于支架立柱竖向集中力传布的压强,而且应具有一定的安全系数k,一般k=1.2。1.3　支架架设

搭设支架时,根据梁底、纵横向方木大小和地面标高选配支架,由专业架子工和木工负责支设;支架的扣件应用扭力扳手拧紧,支架必须垂直、水平;设置纵横向的斜撑,在梁底模板施工前放置,保证支架体系的刚度和稳定性。支架完成支立后,应对所有节点逐个进行检查,确保扣接紧密,传力可靠。搭设碗扣式支架时,其纵横梁方向间距、竖向间距应满足承载力计算。为了保证碗扣式支架的稳定性,在纵横向按设计要求加设斜撑,且用扣件连接牢固。安装立杆、横杆时,根据立杆及横杆的设计组合,从底部向顶部依次安装立杆、横杆。安装时应保证立杆处于垫块中心,且随时检查立杆垂直度,垂直度偏差不大于1%。一般先全部装完一个作业面的底部立杆及部分横杆,再逐层往上安装,同时安装所有横杆。斜杆安装是为了保证碗扣件支架的稳定性,必须按设计要求安装斜杆,安装时尽量布置在节点上,且用扣件连接牢固。1.4　荷载的确定与施加

荷载的确定除考虑梁体混凝土重量外,还需考虑模板及支架重量、施工荷载(人、料、机等)、作用模板、支架上的风力,及其他可能产生的荷载(如雪荷载、保证设施荷载)等。支架的预压是一项关键工序。通过支架预压来确定支架的塑性变形和弹性变形,通过预压的测量计算来确定施工预拱度和下沉量,最终控制梁体变形下沉后的控制高程。进行预压应完全模仿梁体在施工中和施工完成后的应力荷载分布情况。按照施工工序,首先进行底模安装,支架完成后用方木进行铺垫,并且通过支架托承进行底模横坡和纵坡调整。一般按几个工况进行加载,如按支架在空载、30%、50%、75%、90%、100%的等额荷载逐级加荷并观测,对有特殊要求的可加载120%,提高安全储备。

常用的加载材料和方式有:

(1)砂袋加载。预压加载顺序与施工浇筑混凝土顺序相同,且确保砂袋的高度、宽度及堆放的紧密性符合要求。砂袋尽量过磅后均匀堆码,以便准确统计加载量。要吸取雨天砂包浸水之后变重,可能超过脚手架承重极限发生倒塌事故的教训。

(2)水箱预压。钢质水箱、钢模内侧满铺沥青2　支架预压试验观测技术

2.1　试验观测目的和内容

在支架预压前,通常应先根据预加荷载和其它相关施工荷载对支架进行计算,确保其强度、刚度、稳定性满足相关规范要求后才能进行加载。因此,既要明确加载前的结构强度、刚度、稳定性的验算是必须的,但也不是只要通过了验算就一定没有问题,可以放心施工。目前的支架验算不论是手工计算还是计算机有限元计算,计算结果是在许多假设前提下得到的,实际工程中影响支架强度、刚度、稳定性的因素很多,在计算中无法完全体现出来。如有些支架材料没有经过严格检验和试验,又经过多次反复使用,材料性能会有所下降;支架安装误差和基础的不均匀沉降在支架计算中是否考虑到,对于超静[2]

油布防漏或木模框用钢管加固支撑,框内铺满防水土工布,抽水储满后作为预压力。可以进行多种变通达到同样目的。如用土袋围成墙,用塑料布铺底,中间灌水,将来卸载时,直接将水排掉即可。水压法具有以下特点:①简便安全、易操作。②省时省力,可节省时间、劳动力和其它设备材料的投入。③受力均衡。常规预压方法仅仅对支架的垂直向加载,而水压法可验证箱梁的侧模刚度和安全性,可有效检验支架包括模板的刚度与稳定性,防止腹板出现变形和炸模现象。④水源。当水源不足,取水困难时,水压法将受到制约。

(3)钢锭、钢筋及较重的混凝土块等作为加载重物。此方案需考虑足额配重的获取及较大起重设备的配套问题。

(4)预压材料采用水袋注水,或砂袋和水袋二者相结合,加载重量一般不得小于梁体自重。如南京长江第二大桥北引线工程中利用橡胶水囊进行支架预压的设计与施工,取得了理想的预压效果。预压加载应充分模仿实际荷载情况,应对不同部位分配以相应的荷载。由于箱梁腹板、横梁处与箱室底板处的自重相差较大,预压荷载的布置应根据实际荷载布置。加载时,为了考虑彻底消除塑性变形,可以采用加载重量超过设计重量的20%,以使支架能够有一定安全富裕度,确保施工过程中逐步形成的恒载和临时动载冲击都在预压范围内。注意均匀加载预压的方法是不可取的,因为采用该方法很可能在预压时支架没有失稳现象,而在箱梁混凝土浇筑过程中,会突然出现支架失稳而导致倒坍的现象

[2]

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2008年　第2期　　　　　　　赵　兵:现浇混凝土连续箱梁支架预压技术探讨定支架结构,结构实际受力与计算假定相差甚远,以及施工方案是否合理等都将影响计算结果的准确性和施工安全。因此对支架预压试验过程中支架变形适时进行检测是相当重要的一个环节。通常在支架的预压过程中应对支架基础、立柱、横梁、纵梁顶面同时设置观测点,除进行相应的标高变化测量外,对支架的关键杆件和部位进行应力、应变监测也是相当重要的,这样可以更充分地了解杆件和结构的具体受力情况。总之,通过试验观测可以随时了解支架的变形和受力情况,从而对预压过程中出现的紧急情况能够及时采取有效措施,避免事故发生。2.2　观测方法及数据整理

以支架范围外同一永久不动点为基准点进行支架变形测量。由于梁式结构支架顶面(或模板顶面)的沉降值不能客观反映各支撑点的沉降值和稳定状态,必须在支架基础、立柱、横梁、纵梁顶面同时设置观测点,以确保观测数据能反映支架的结构强度、刚度和稳定性,同时也能有效检验地基处理效果。支架预压观测分为地基基础沉降观测、支架压缩观测及支架垂直度观测。观测点按规定要求布设,观测仪器采用高精度水准仪。观测期内当某观测点沉降量过大时(一般不超过5mm),要分析其造成原因,及时修正。经过观测达到稳定状态后进行卸载,卸载后再进行1次观测,以确定支架回弹值,并整理观测成果。地基弹性变形和支架弹性变形可在计算和施工预压过程中取得相关数据,而梁板预拱度需综合考虑混凝土后期徐变下挠值、预应力上挠值等,按设计取舍。对于沉降值预测的不确定性,实际施工中可以通过2种手段处理:一种是对支点的超载预压,消除大部分沉降量;另一种是在沉降稳定后调整支架,单一调整模板标高是不够的。对多跨1联连续作业时,严禁预压完成后将预压砂袋搬运至己完相邻跨的箱梁顶面。施工中施工单位为图一时便利,将预压砂袋搬运至己完相邻跨的箱梁顶面,可能造成箱梁受力超出设计施工荷载(特别是当支架己拆除时),同时造成拼接截面上翘,影响后续跨施工在拼接处的连续性和成桥线型

[3]

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2.3　预压时间

预压时间根据地质情况、梁体重量、支架类型等进行现场预压试验后确定,以支架不再出现沉降为度。一般要求预压时间为2～3d,支架变形稳定后即可以进行卸载。卸载后,根据计算值进行模板标高的调整等相关工作,确保模板的标高和平整度。3　工程实例

此实例主要介绍支架在预压过程中应力、应变

的试验监测和结果分析。某大桥引桥为连续箱梁,共6跨,每跨40m。主梁为单箱双室断面,桥面宽20.3m,箱宽12.9m,梁高2.5m。采用贝雷梁柱式支架进行搭架现浇,其中对第1跨进行了支架预压试验,消除支架的非弹性变形并测出其弹性变形,为梁体结构施工提供预拱度。用钢锭、砂袋按各阶段设计荷载进行预压时,分级加载值为195t※390t※585t※780t※975t※设计荷载的120%。从一端开始加载,模拟实际施工状况分层加载,加载高度为0.5m※1m※1.5m※2m※2.5m。卸载过程与预压加载过程相反。在试验前对支架的关键部位张贴了应变片(图1),试验过程中对支架的变形进行了实时检测,通过实测弹性变形值与设计计算值相比较,分析总结实测与设计之间的差别,得出支架在荷载作用下的规律性变化,为以后阶段引桥梁体施工起到了指导作用。

图1　应变片布置

通过试验监测结果分析,支架立柱在压缩过程中产生最大变形量为-6.4mm,最小变形量为-1.1mm。卸载过程中支架立柱回弹变形最大回弹量为+5.3mm,最小回弹量为+0.6mm。从以上检测结果综合分析得出,立柱最大压应力为112.035MPa,立柱最小压应力为19.068MPa。以上数值显示,在预压过程中结构各杆件应力在设计允许范围内,在

此过程中结构处于安全状态。支架预压除了进行必须的变形量测项目外,对支架的受力监测也是必要　　(下转第85页)

。

如果从整体看每级加载后各测点相对沉降量的变化较均匀,则表明在预压过程中,施加每级荷载支撑体系的沉降量基本上是整体发生的,且各层的沉降量基本均匀。由此可以判断在施工中不会导致已浇筑完成箱梁混凝土因过大的不均匀沉降而产生裂缝等破坏现象。2008年　第2期　　　　翁日添,施　斌:软基上满堂高支架现浇高架桥箱梁施工技术

表2　H匝道第5联19#～20#段L 2-边1测点堆载预压观测结果统计

项目支架地基合计

总沉降变形值 mm

19827

可恢复变形值 mm

8210

不可恢复变形值 mm

11617

该孔支架高度8m

备注

85

表3　H匝道第5联19#～20#墩箱梁底标高各阶段观测统计

测点位置墩侧-边1墩侧-中墩侧-边2L 4-边1L 4-中L 4-边2L 2-边1L 2-中L 2-边2

原设计标高 m

9.10810.3308.9529.26910.47.0869.41910.6149.209

调整后标高 m

9.11810.3408.9629.28410.4939.1019.43910.6349.229

拆模后实测标高 m

9.11010.3338.99.27010.4809.09.42310.6169.212

实测与设计相差值 mm

-2-3-2-1-2-3-4-2-3

　　根据施工结果可知,该孔箱梁现浇模板预拱值设置比较合理,施工结果满足设计及施工规范要求。4　结语

软土地基上满堂高支架现浇箱梁混凝土施工方案存在很多影响施工质量和安全的因素。本文讨论的高架桥箱梁施工方案,从地基处理入手,通过支架地基预压、满堂支架预压,较好地解决了地基稳定、地基沉降、支架承载能力和稳定性等方面的问题,使箱梁施工质量达到设计要求,是一个比较成功的施工方案。但对所有支架地基、进行支架堆载、预压,

增加了分项工程工期和工程成本,如有一定的周转材料,可考虑采用施打钢管桩支撑贝雷桁架方式的施工方案。

参考文献

[1]　陈四一,冯　晓.碗扣式钢管脚支架在现浇连续梁桥施

工中的应用[J].中南公路工程,2006,31(5):76-78.[2]　施　斌.填土路基袋装砂井施工滑移事故分析与处理

[J].中南公路工程,2006,31(5):88-90.

[3]　刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京:人民交通出版

社,2002.

(上接第81页)

和有意义的,能够更加精确地指导施工。4　结语

支架施工法中预压可有效检验支架的整体受力性能,减小支架非弹性变形,确定支架预拱度,提高预定施工精度,使成桥结构棱角分明、线形流畅。在工程中需结合结构设计型式着重分析支架的特殊性,在施工中采取相应的技术对策,以确保工程质量。支架预压不仅可提高结构安全性,而且对施工工艺的完善也有很大作用,因此应引起足够重视,要

参考文献

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涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.[2]　王爱国,杨少宏.预应力混凝土箱梁支架法现浇施工技

术[J].铁路工程学报,2002(3).

[3]　杨　斌.城市现浇桥梁支顶架架体系概述与工程实例

[J].广东土木与建筑,2003(11).

从国内外相应的工程中吸取经验教训,避免类似支架倒塌事故的发生。