箱型現(xiàn)澆梁式橋的支架預(yù)壓荷載研究

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(1.湖南建工交通建設(shè)有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410000; 2.寧波軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315000)

箱型現(xiàn)澆梁式橋的支架預(yù)壓荷載研究

黃志波1,何山2

(1.湖南建工交通建設(shè)有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410000; 2.寧波軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315000)

近年國(guó)內(nèi)發(fā)生多起橋梁支架預(yù)壓安全事故，警示須從地基承載力、預(yù)壓荷載確定、支架設(shè)計(jì)、預(yù)壓材料選用等多方面詳細(xì)探討，包括知曉預(yù)制混凝土塊預(yù)壓和水箱預(yù)壓等方案的優(yōu)缺點(diǎn)。為此分析了預(yù)壓荷載存在偏載現(xiàn)象，與澆筑混凝土?xí)r對(duì)支架施加的力有不同的影響；強(qiáng)調(diào)當(dāng)箱梁采用分次澆筑時(shí)，底板先行澆筑，待其具有一定強(qiáng)度時(shí)再進(jìn)行上部頂板澆筑，此時(shí)底板因?yàn)榫哂幸欢ǖ目箯潖?qiáng)度和剛度，使得此時(shí)支架所受的力發(fā)生轉(zhuǎn)移。過(guò)大設(shè)計(jì)預(yù)壓荷載與實(shí)際工況是不相符合而且危險(xiǎn)的。

梁式橋； 箱梁現(xiàn)澆；支架預(yù)壓；貝雷梁；荷載確定；預(yù)壓方法；橋梁監(jiān)測(cè)

0 引言

近年多地多處在建工地使用可以方便交通的門式支架(見圖1)。施工過(guò)程中支架預(yù)壓偶見“貝雷梁”發(fā)生事故，重達(dá)幾百噸的“貝雷梁”發(fā)生傾斜甚至坍塌。事故中多發(fā)生施工人員被砸傷致死的悲劇。在橋梁施工中，進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)是必要步驟。實(shí)際施工中，施工前預(yù)設(shè)計(jì)的力學(xué)模型和實(shí)際的力學(xué)模型偏差太大，在加載過(guò)程出現(xiàn)了問(wèn)題，導(dǎo)致出現(xiàn)事故。因此應(yīng)從施加荷載計(jì)算本身去思考。

1 支架預(yù)壓的目的和有關(guān)規(guī)定

1.1 支架預(yù)壓的目的

支架預(yù)壓是施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的必要安全質(zhì)量技術(shù)措施之一。簡(jiǎn)言之，支架預(yù)壓試驗(yàn)就是在正式澆筑混凝土前，對(duì)支架進(jìn)行配重試驗(yàn)，模擬橋的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載，以檢測(cè)下部的支架穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度是否能夠承擔(dān)梁的荷載，并消除地基非彈性沉降的影響，消除支架非彈性變形的影響[1]。

支架預(yù)壓目的：收集相關(guān)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)后期箱梁施工；通過(guò)預(yù)壓來(lái)檢驗(yàn)現(xiàn)澆支架剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性；通過(guò)模擬施工澆筑砼加載過(guò)程，分析觀測(cè)結(jié)果來(lái)計(jì)算現(xiàn)澆支架的彈性變形和非彈性變形值，確定施工時(shí)底模應(yīng)設(shè)置的預(yù)拱度，為后續(xù)施工模板的設(shè)置提供依據(jù)；實(shí)測(cè)支架承受施工荷載引起的彈性變形驗(yàn)證計(jì)算模式；消除受載后由于桿件接頭的擠壓和卸落設(shè)備壓縮的非彈性變形。

1.2 相關(guān)規(guī)范的規(guī)定

關(guān)于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁式橋的支架預(yù)壓?jiǎn)栴}，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)如下規(guī)定：梁式橋現(xiàn)澆支架的預(yù)壓應(yīng)根據(jù)支架的類型和結(jié)構(gòu)型式、地基的沉降量和承載能力，以及荷載大小等因素確定[2]。

2 常見支架預(yù)壓實(shí)施方法和預(yù)壓荷載的計(jì)算實(shí)例

2.1 預(yù)壓荷載的實(shí)施方法

支架預(yù)壓施工步驟為：預(yù)壓準(zhǔn)備(進(jìn)行技術(shù)交底、施工人員安排、機(jī)械設(shè)備布置、加載預(yù)壓材料準(zhǔn)備)→箱梁現(xiàn)澆支架按設(shè)計(jì)圖安裝完畢→支架進(jìn)行檢查驗(yàn)收→觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)標(biāo)記→分級(jí)加載→觀測(cè)記錄→靜置穩(wěn)定并觀測(cè)記錄→數(shù)據(jù)整理及分析→預(yù)壓試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告→支架及箱梁底模調(diào)整。

1)預(yù)壓前的準(zhǔn)備工作[3]。

支架預(yù)壓前應(yīng)做好如下工作：設(shè)置安全圍欄及安全警示，場(chǎng)地內(nèi)配有充足照明；準(zhǔn)備壓重荷載備足壓重用的鋼材和砂袋；落實(shí)機(jī)械及人員，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全教育；進(jìn)行全面檢查現(xiàn)澆支架拼裝，觀測(cè)點(diǎn)做好標(biāo)記；制定緊急安全預(yù)案措施。

2)預(yù)壓加載：根據(jù)方案選擇加重材料，加載重量按實(shí)際施工時(shí)箱梁梁體和箱梁內(nèi)、外側(cè)模和施工荷載總重量計(jì)算值進(jìn)行堆載預(yù)壓；每加載一級(jí)過(guò)程都應(yīng)模擬箱梁混凝土施工過(guò)程進(jìn)行，每一級(jí)加載完畢靜置1 d后測(cè)量預(yù)壓點(diǎn)的變化值，經(jīng)分析確定安全后按需繼續(xù)進(jìn)行加載。

3)預(yù)壓監(jiān)測(cè)。

靜載試驗(yàn)需測(cè)試的主要數(shù)據(jù)有：箱梁底模的撓度、貝雷梁的撓度，堆載預(yù)壓前需對(duì)各測(cè)量點(diǎn)作詳細(xì)標(biāo)注，并進(jìn)行編號(hào)[4]。試壓過(guò)程均需測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，堆載試壓完畢后將測(cè)量數(shù)據(jù)匯總。

4)加卸載過(guò)程：堆載預(yù)壓時(shí)應(yīng)對(duì)支架上所有標(biāo)示點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并做好數(shù)據(jù)記錄。如發(fā)現(xiàn)局部變形過(guò)大時(shí)應(yīng)立即停止加載，對(duì)支架體系進(jìn)行分析。補(bǔ)強(qiáng)加固后方可繼續(xù)加載。卸載時(shí)待每級(jí)卸載均觀察完成并做好記錄后再卸載至下一級(jí)荷載，并測(cè)量記錄支架的彈性恢復(fù)情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)匯報(bào)做出整改。

5)預(yù)壓成果的利用：預(yù)壓完成后要根據(jù)預(yù)壓成果通過(guò)可調(diào)整支架的標(biāo)高。

2.2 預(yù)壓荷載的計(jì)算實(shí)例

一般預(yù)壓荷載組成主要包括：①梁體混凝土自重；②模板自重； ③橫橋向方木自重； ④順橋梁方木自重； ⑤施工人員和施工材料、機(jī)具行走運(yùn)輸或堆放荷載：1.5 kPa；⑥傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：6.0 kPa；⑦振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：2.0 kPa。

以下為一箱梁典型截面，假設(shè)在縱向長(zhǎng)度范圍內(nèi)非等截面(分為墩頂截面和跨中截面)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)(單位m)，利用CAD技術(shù)點(diǎn)擊得出懸挑部位截面面積，通過(guò)平均斷面法進(jìn)行計(jì)算[5]。則兩部位混凝土荷載分別為圖2所示。

圖2 箱梁典型截面 (單位：cm)

1)混凝土自重：

P1 砼=[(S1+S2)/2+S3]×L

2)模板荷載：

P2 模=[P2(懸)+P2(翼)]

3)振搗和人群及施工荷載：

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)施工技術(shù)指標(biāo)規(guī)定，振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的平面荷載取2 kPa，施工人員、機(jī)具及材料荷載取1.5 kPa。

P3 施=S?！罫×(2+1.5)

混凝土澆筑前必須進(jìn)行支架預(yù)壓，以實(shí)測(cè)出支架彈性變形和消除非彈性變形，同時(shí)檢驗(yàn)支架的安全性。預(yù)壓重量按全部結(jié)構(gòu)荷載和人員、機(jī)具、混凝土傾倒及振搗荷載的1.2倍考慮。故：

預(yù)壓荷載=(P1 砼+P2 模+P3 施)×1.2

一般根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算后，對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。下面是支架預(yù)壓監(jiān)測(cè)實(shí)例圖(見圖3)。

圖3 預(yù)壓支架變形圖

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：預(yù)壓中的非彈性變形和彈性變形構(gòu)成的總變形是后續(xù)支架施工標(biāo)高控制的參考，一般來(lái)說(shuō)，總變形沉降控制均應(yīng)在搭設(shè)中作預(yù)留考慮。

3 對(duì)預(yù)壓荷載計(jì)算的合理性的探討

眾所周知，板梁和箱型梁的混凝土澆筑有天壤之別，板梁不論預(yù)制還是現(xiàn)澆，都是一次性完成混凝土澆筑，而箱型梁是分底板和頂板2次支模來(lái)完成澆筑的，中間間隔時(shí)間一般3 d以上。王海如、張麗[6]通過(guò)對(duì)箱梁澆筑過(guò)程中支架的分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出在箱梁混凝土底板澆筑過(guò)程中，底板的施工荷載全部傳遞到支架上，其受力最大的立桿的軸力時(shí)程曲線如圖4所示。由圖4可以看出，在底板澆筑過(guò)程中，立桿軸力隨時(shí)間增大，在底板澆筑完成后達(dá)到最大值12 kN。此時(shí)，底板混凝土具有一定強(qiáng)度，在以后澆筑腹板、頂板及翼緣板的過(guò)程中，施工荷載能夠通過(guò)底板傳遞到兩端支座，而并不是完全傳遞到支架上。這與底板澆筑時(shí)支架的受力狀態(tài)完全不同。因此，深入探討當(dāng)前施工界的支架預(yù)壓荷載的計(jì)算合理性十分必要。

圖4 混凝土澆筑過(guò)程中最大的立桿時(shí)程曲線

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，底板澆筑后兩三天在內(nèi)部支撐頂板模板時(shí)，底板混凝土強(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)C20以上，此時(shí)底板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以將再次施加給底板的模板及施工荷載傳遞至箱梁的支座。所以，傳統(tǒng)計(jì)算將二次澆筑的預(yù)壓荷載合并計(jì)算一次施加給地板以下的支架的計(jì)算方法是不科學(xué)的，而且根據(jù)計(jì)算而采用的過(guò)大的預(yù)壓荷載給模板支架體系造成施工安全隱患。

3.1 箱型梁的混凝土主要分2次澆筑

箱型梁和板式梁的混凝土澆筑工序差異性，板式梁無(wú)論預(yù)制還是現(xiàn)澆，都是一次完成混凝土澆筑，但箱型梁因?yàn)閮?nèi)模的施工必須在底板澆筑后進(jìn)行，施工人員從人孔進(jìn)出箱體。完整的箱型梁施工工序一般將箱梁底板和頂板分開澆筑。

3.2 實(shí)際施工箱梁支架受力與上述計(jì)算的不符原 因

上述計(jì)算荷載把混凝土全部重量一次計(jì)算作為自重之一，并未考慮箱梁是按照2次加載而且內(nèi)力的傳遞。

其一，當(dāng)?shù)装鍧仓笥袟l件施工頂板內(nèi)模時(shí)，底板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以向梁兩端傳力，即支架實(shí)際受力跟計(jì)算時(shí)候的100%甚至加大1.2倍，與實(shí)際箱型梁的施工工況是不匹配的。

其二，常常發(fā)生事故的加載預(yù)壓方式多是預(yù)制混凝土塊(見圖5) 。這與實(shí)際施工澆筑頂板混凝土也是不相符合的，澆筑混凝土是分層、分段、均勻、對(duì)稱慢慢完成全部施工，但支架預(yù)壓所用的預(yù)制的混凝土大塊頭，如事故圖中所示，一塊吊裝上去，放在哪一處都馬上產(chǎn)生極大的偏載，對(duì)支架產(chǎn)生極大拉應(yīng)力和剪切破壞，對(duì)支架地基基礎(chǔ)，均衡勻速加載和忽然大荷載的沖擊力效應(yīng)也完全不同；主要是由于支架上部構(gòu)件不堪偏載拉壓破壞的原因，支架傾斜或坍塌，事故不斷。所以，對(duì)于1次澆筑和2次澆筑的梁體，對(duì)于支架預(yù)壓荷載確定明顯不同。

圖5 門式支架預(yù)壓坍塌事故現(xiàn)場(chǎng)混凝土塊

4 結(jié)論

1)強(qiáng)化理論計(jì)算和施工質(zhì)量驗(yàn)收，因箱型梁分次澆筑自身結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布后減輕了支架荷載，不宜過(guò)大設(shè)計(jì)預(yù)壓荷載。設(shè)計(jì)施工計(jì)算應(yīng)該根據(jù)具體工程情況詳細(xì)計(jì)算，避免理論和實(shí)際脫節(jié)。為防止箱梁安全質(zhì)量事故，科學(xué)合理地計(jì)算和組織支架預(yù)壓施工是必要的，施工中要加強(qiáng)貝雷梁或支架的橫向聯(lián)系，避免不均勻加載產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

墩梁式支架采用貝雷梁作為縱梁，鋼管樁支墩作為臨時(shí)支墩。貝雷梁作為受力縱梁，其橫向剛度通常較弱，在使用前，貝雷梁采用型鋼和U型卡將各片連接成整體，軍用梁全部吊裝就位后，安裝聯(lián)系桿，使各片梁予以固定。然后沿梁橫向鋪設(shè)鋼枕。支架結(jié)構(gòu)的搭建要穩(wěn)固，桿件連接牢靠。門式支架的施工及預(yù)壓是安全監(jiān)控的重點(diǎn)。

2)建議采用合理的預(yù)壓方法，前述預(yù)壓用的混凝土塊既不科學(xué)也不環(huán)保，可利用沙袋和鋼筋材料堆載；也可利用鋼板制作水箱(或者租用)，支架預(yù)壓的水箱的平面布置和水箱高度，均應(yīng)根據(jù)預(yù)壓方案科學(xué)確定，合理加水，均勻?qū)ΨQ地勻速加壓，模擬混凝土澆筑的順序和重量。

3)做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，支架預(yù)壓施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做好統(tǒng)計(jì)記錄工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支架的平面及高程變化，對(duì)安全狀態(tài)包括地面的沉降都應(yīng)做好相關(guān)監(jiān)測(cè)測(cè)量工作[7]。并將成果指導(dǎo)施工參數(shù)，做好安全技術(shù)動(dòng)態(tài)信息化管理。

[1] 重慶市軌道交通三號(hào)線南延伸段工程箭灘河大橋工程數(shù)據(jù)庫(kù)[Z].2013.

[2]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]楊文淵，徐犇.橋梁施工工程師手冊(cè)(第2版)[M].北京：人民交通出版社, 2003.

[4]何山.連續(xù)梁拱橋施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控與成橋分析[J].鐵道勘察, 2016, 42(5).

[5]趙恒.現(xiàn)澆箱梁支架的荷載與預(yù)壓方案[J].城鄉(xiāng)建設(shè),2012(34) .

[6]王海如,張麗. 亦莊線箱梁澆筑期滿堂模板支架的設(shè)計(jì)與分析[J]. 市政技術(shù),2010(S2):202-204.

[7]竺維彬,張志良,林志元.廣州地鐵土建工程工法應(yīng)用與創(chuàng)新[M].北京：人民交通出版社，2014.

[8]王福亮.施工中現(xiàn)澆連續(xù)箱梁臨時(shí)支架計(jì)算與驗(yàn)算實(shí)例[J].城市道橋與防洪, 2016(8):202-204.

1008-844X(2017)03-0157-04

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2017-04-05

黃志波(1982-)，男，工程師，主要從事道路與橋梁施工管理工作。