大跨度连续梁挂篮悬浇时0#块施工技术

大跨度连续梁挂篮悬浇时0#块施工技术

刘丹

刘丹

中铁六局集团呼和浩特铁路建设有限公司内蒙古呼和浩特010030

摘要：本文以实际案例详细阐述大跨度连续梁挂挂篮悬浇时0#块施工技术。

关键词：大跨度桥梁；连续梁挂篮；悬浇施工；0#块

1、工程概述

XXX特大桥位于安徽省xx市境内，线路以（72+128+72）m连续梁。梁全长273.5m，为预应力混凝土连续梁箱梁。梁高沿纵向按二次抛物线变化，中支点梁高9.4m，边支点及跨中梁高5.4m，中跨跨中等高段长2m，边跨等高段长9.75m。全梁C55砼5850立方。

根据现场实际情况连续梁总体施工方案采用挂篮悬浇施工技术。本文主要阐述挂篮悬浇时0#块的施工技术及注意问题。即主梁0#块采用钢管柱支架一次浇筑成型，0#块下中墩设临时固结，侧模采用定型钢模板、底模及内模采用木胶板进行拼装，在支架上灌注0#块，每墩两侧对称浇注，混凝土采用一次浇筑完成。

2、施工准备

结合本连续梁节段划分情况（见各节段长度及重量表），本特大桥从333#墩方向的M13节段、334#墩方向的M13节段开始进入xxx高速公路，直至在M17节段合拢，进入高速公路范围共计9个节段。在两个主墩旁各设一台QZT80塔吊和塔梯，用于材料垂直运输和供人员通行。两个主墩处各建设临时硬化场地约3000平米，其中，333#场地1200平米，334#场地约1800平米。在硬化场地上设置材料存放彩钢棚和现场办公室等。

3、支架施工

0#块支架一般采用钢管柱支架、墩身预埋托架、满堂脚手架三种形式。若主墩临水、场地有限时，采用墩身预埋托架作为0#块施工支撑体系。满堂脚手架因抗倾覆能力差，事故频发，现在一般用钢管柱代替。笔者本文主要介绍钢管柱作为施工支撑体系的检算及施工。

3.1“0#块”支架检算

检算项目有底模竹胶板强度及刚度检算，底模次龙骨、主龙骨强度、刚度检算，纵向工字钢梁检算，工字钢分配梁检算，钢管支墩检算，碗扣式模板支架检算等。

荷载标准值计算取值有：①钢筋混凝土：26.5kN/m3；②底模模板：1kN/m2，侧模模板：4kN/m2；③方木：7.5kN/m3；④型钢自重由计算程序自动考虑；⑤施工人员：均布荷载1.0kN/m2；⑥振捣混凝土时产生的荷载：对水平模板按2kN/m2；⑦浇注时混凝土的冲击：2kN/m2。

3.1.1竹胶板底模检算

（1）计算模型

底模采用15mm厚竹胶板，底模下为腹板处间距0.3m，底板处间距0.6m的10×10cm方木。将模板计算模型简化为腹板下跨度为0.2m，底板下跨度0.6m的三跨连续梁，选取0.1m宽模板上的荷载(取主梁腹板下荷载最大值)进行计算。

（2）荷载取值

腹板下：

设计组合q设计=(26.5×9.4+4+1)×0.1×1.2+（2+2+1）×0.1×1.4=31.19kN/m；

标准组合q标准=(26.5×9.4+4+1)×0.1+（2+2+1）×0.1=25.91kN/m

底板下：

设计组合q设计=(26.5×2.1+1)×0.1×1.2+（2+2+1）×0.1×1.4=7.5kN/m；

标准组合q标准=(26.5×2.1+1)×0.1+（2+2+1）×0.1=6.17kN/m

翼缘下：

设计组合q设计=(26.5×0.6+1)×0.1×1.2+（2+2+1）×0.1×1.4=2.73kN/m；

标准组合q标准=(26.5×0.6+1)×0.1+（2+2+1）×0.1=2.19kN/m

（3）强度及刚度计算

竹胶板底模按截面10cm，厚度15mm计算截面参数I=28125mm4；W=3750mm3；强度计算公式为：弯矩；应力σ=M/W；刚度计算公式为：；竹胶板弹性模量E=6000MPa；允许应力28MPa。

底模检算结果见表3-1。

表3-1底模检算结果

根据计算结果，腹板下次龙骨方木不满足要求。建议调整次龙骨腹板下满布，底板下间距0.3m。

3.1.3底模主龙骨方木检算

（1）计算模型

底模主龙骨采用100x100x7mm矩形钢管，间距0.6m，横桥向布置。主龙骨布置于腹板下横距0.3m，底板下横距0.6m的碗扣式脚手架。对底模主龙骨进行检算时，按腹板下跨度0.3m，底板下跨度0.6m按照连续梁进行检算。

（2）荷载取值

腹板下：

设计组合q设计=31.19kN/m/0.1×0.6=187.15kN/m

标准组合q标准=25.91kN/m/0.1×0.6=155.46kN/m

底板下：

设计组合q设计=22.49kN/m/0.3×0.6=44.99kN/m

标准组合q标准=18.5kN/m/0.3×0.6=36.99kN/m

（3）强度及刚度计算

100×100×7mm矩形钢管截面参数如下I=3.77x106mm4；W=7.55x104mm3；E=206000MPa。强度计算公式：弯矩，正应力σ=M/W；剪应力τ=，剪力V设计=0.5×q设计l；刚度计算公式为：。100×100×7mm背梁方木检算结果见表3-4。

（3）强度及刚度计算

表3-4矩形钢管背梁检算结果(12×12cm)

根据计算结果，矩形钢管主龙骨满足要求。

3.1.4碗扣式模板支架检算

（1）计算模型

脚手架钢管纵向间距按0.6m计，横向腹板下间距0.3m，底板及翼缘下为0.6m，立杆步距为0.6m。立杆钢管截面为φ48x3.5mm。上部方木自重考虑1.5kN/m2。

（2）荷载取值

根据脚手架钢管布置间距，计算集中荷载值。钢管单位重量为0.04kN/m。

腹板下

设计组合q设计=31.19kN/m/0.1×0.3×0.6+1.2×0.04×1.5×1.5+1.2×1.5×0.3×0.6=56.58kN；

标准组合q标准=25.91kN/m/0.1×0.3×0.6+0.04×1.5×1.5+1.5×0.3×0.6=47.0kN。

底板下

设计组合q设计=7.50kN/m/0.1×0.6×0.6+1.2×0.04×1.5×1.5+1.2×1.5×0.6×0.6=27.75kN；

标准组合q标准=6.17kN/m/0.1×0.6×0.6+0.04×1.1×1.5×1.5+1.5×0.6×0.6=23.63kN

翼缘下

设计组合q设计=2.73kN/m/0.1×0.6×0.6+1.2×0.04×1.5×1.5+1.2×1.5×0.6×0.6=10.58kN；

标准组合q标准=2.19kN/m/0.1×0.6×0.6+0.04×1.1×1.5×1.5+1.5×0.6×0.6=9.32kN

（3）截面参数

I=121900mm4；i=15.8mm；W=5080mm3；A=489mm2；E=206000MPa。

（4）风荷载计算

按照《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008），风荷载Wk=uzusWo；其中uz为风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》要求取值为1.0；us为风荷载体型系数，取值为0.8；Wo为基本风压，取0.25KN/m2。风荷载Wk=1×0.8×0.25=0.2KN/m2。由风荷载产生立杆弯矩值：M=；Wk—风荷载基本风压标准值(kN/m2)；la—立杆的纵距(m)；l0—立杆计算长度（m），立杆顶端伸出水平杆按0.5m计，则腹板下l0取0.6+0.35×2=1.3。h—立杆的步距(m)。则腹板下脚手架由风荷载产生的弯矩为：

Mw==0.01KN·m

（5）长细比计算

根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）内容要求，立杆计算长度腹板下取1.3m，则构件长细比为

49.37<230，满足要求。

（6）腹板下立杆稳定计算：

49.37，查《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》，0.854；则稳定强度验算为：

137.81＜205MPa，满足要求。

（7）支撑架抗倾覆

碗扣式模板支撑架抗倾覆按照主梁钢模搭设完成，未绑扎钢筋的工况进行检算。侧模高度9.4m，翼缘悬臂长2.8m。钢模自重（含支架）去1.1kN/m2。碗扣式模板支撑架高度按1.5m计，横桥向搭设宽度11m。

根据本节风荷载计算内容，钢模承受风荷载标准值按0.25kN/m2，模板支撑架承受风荷载标准值按0.2kN/m2。则顺桥向单位宽度模板支架倾覆力矩Mw==14.8KN·m自重抗倾覆力矩MG==160.49KN·m。抗倾覆系数=160.49/14.8=10.85，满足要求。

3.1.5纵向工字钢梁计算

纵梁采用I20a型钢，在主梁腹板下间距0.3m，底板下及翼缘下间距0.6m顺桥向布置于双拼I45b型钢分配梁上，跨度1.75m。腹板及底板下纵梁悬臂长度0.68m，翼缘下纵梁最大悬臂长1.7m。

（1）荷载取值

建模计算采用MIDAS程序，构件自重在模型中考虑。根据纵梁横向布置间距，模板及脚手架自重荷载按1.5KN/m2考虑，检算荷载取值如下：

腹板下：

设计组合q设计=(31.19/0.1×0.3+1.2×1.5×0.3)×0.6=56.47kN

标准组合q标准=(25.91/0.1×0.3+1.5×0.3)×0.6=46.91kN

底板下：

设计组合q设计=（7.5/0.1×0.6+1.2×1.5×0.6）×0.6=27.64kN

标准组合q标准=（6.17/0.1×0.6+1.5×0.6）×0.6=22.80kN

翼缘下：

设计组合q设计=(2.73/0.1×0.6+1.2×1.5×0.6)×0.6=10.47kN

标准组合q标准=(2.19/0.1×0.6+1.5×0.6)×0.6=8.42kN

由上述结果取腹板下荷载作为纵梁计算荷载

（3）用MIDAS建模计算

为限制纵梁受压翼缘的侧向位移，保证纵梁稳定性，建议纵梁与分配梁焊接固定。参照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中4.2.1条规定。

纵梁基本组合应力结果腹板及底板下最大值98.9MPa<215MPa，翼缘下最大值129.9MPa<215MPa。标准组合应力结果腹板及底板下最大值72.6MPa，翼缘下最大值104.5MPa，安全系数2.05>1.3。

纵梁基本组合剪应力腹板及底板下纵梁最大值74.7MPa<125Pa，翼缘下纵梁最大值26.3MPa<125MPa。标准组合腹板及底板下纵梁最大值38.4MPa，翼缘下纵梁最大值20.9MPa，安全系数5.98>1.3。

腹板及底板下纵梁最大值1.05mm<1700/400=4.2mm，翼缘悬臂端最大挠度7.6<1700*2/400=8.5mm。经计算，结果满足要求。

3.1.6钢管桩顶部分配梁计算

钢管顶部分配梁采用双拼I45b型钢，全长14m。最大跨度4.3m。根据纵梁计算模型，纵梁传递给分配梁最大集中荷载分别为腹板下设计147.7KN，标准值122.9KN；底板下设计值72.9KN，标准值59.9KN；翼缘下设计值44.8KN，标准值36.1KN。基本组合下组合应力最大值183.7MPa<215MPa，标准组合下组合应力最大值152.9MPa，安全系数1.4。基本组合下剪应力最大值62.8MPa<125MPa。标准组合下剪应力最大值52.2MPa，安全系数2.4>1.3。

由上述结果可知，分配梁检算结果满足要求。

3.1.7分配梁下钢管桩检算

钢管桩的规格为直径φ630，δ=10mm。基本组合下最大应力114.6MPa<215MPa，标准组合下最大应力95.77MPa，安全系数2.24>1.3。

钢管柱受最大轴向力为1126.9KN。桩身压屈计算长度：参见《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》。按无侧向支撑钢管桩高度l0=6.5m。

由计算结果可知，钢管柱稳定强度满足要求。

3.2.8检算结论与建议

（1）连续梁底模采用15mm厚的竹胶板，检算结果满足要求。（2）底模下顺桥向次龙骨方木（10×10cm）布置间距按腹板下满布，底板下0.3m，检算结果满足要求。（3）底模下主龙骨采用100×100×7mm矩形钢管，计算结果满足要求。（4）方木下碗扣式脚手架计算结果满足要求。（5）脚手架下工字钢纵梁采用I20a型钢，计算结果满足要求。由于翼缘下最大悬臂1.7m，最大挠度接近允许值，建议在翼缘最大悬臂纵梁的悬臂端与钢管柱之间设置16#槽钢斜撑，斜撑倾角45～60°。（6）工字钢纵梁下双拼I45b分配梁，计算结果满足要求。（7）钢管桩规格为直径φ630，δ=10mm，计算结果满足要求。

自行设计钢管柱支架经过结构验算符合要求，现场实际施工操作中较简单，使用过程中也较稳定，可作为今后连续梁支架施工的优先选用体系。

3.2“0#块”模板施工

0#块模板分底模、外模、内模、端头模。内模又分为腹板内模、顶板底模、横隔板模。其中内模用木模（方木、竹胶板），外模用钢模（模板厂加工定型钢模），端头模采用8mm钢板。

施工顺序为：支架安装好后，接着铺设底模，再安装外模和底腹板端头模，等底腹板钢筋绑扎完成后，安装内模，在箱内搭设脚手架支承及安装顶板底模，最后安装顶板端头模。

3.3“0#块”钢筋及预应力的安装

0#块钢筋是整个连续梁钢筋最复杂的，有横隔梁钢筋、底板钢筋、腹板钢筋及顶板钢筋几部份组成。其绑扎顺序为：底板钢筋→横隔梁、腹板钢筋→顶板钢筋。

0#块预应力管道密集，纵向、横向、竖向均设有，纵向预应力管道采用圆形波纹管，横向预应力束采用扁平波纹管。安装前将各预应力管道的控制点坐标算出，对应端头模位置预留φ10cm孔洞，用以波纹管穿插及定位。在绑扎钢筋的同时安装预应力管道。

波纹管的安装质量是确保连续箱梁预应力体系质量的重要环节。尤其在锚具喇叭口位置因钢筋密集，波纹管直径又小于喇叭口直径，容易使波纹管与喇叭口连接位置不同心。后笔者采取措施用橡胶套固定波纹管，使得喇叭口端头波纹管定位更准确。

3.4“0#块”砼浇注

XXX连续梁0#块高度达到9.4米，考虑砼直接浇筑过程中，会与密集的钢筋碰撞产生离析，影响砼质量。决定采取措施，在腹板及横隔板位置预埋6根φ160mmPVC管，浇筑时砼由PVC管直接下落至底板，避免与钢筋碰撞产生离析。每浇筑完1米左右，PVC管向上提升，保证PVC管底部距已浇筑砼面1米左右。

横隔板投影下方是支座的位置，支座是整个梁体的集中受力构件，因为横隔板钢筋分布密集，容易造成支座上方梁体混凝土浇筑时形成“狗洞”，破坏支座与梁体的稳定连接，甚至导致梁体的失稳造成坍塌。0#块在浇筑时，在横隔板位置开了两个洞，方便振捣棒伸进去振捣，也便于观察砼覆盖情况。

砼浇筑过程中，配置6个手提式振捣棒，顶板两个，底板及腹板4个。配置4台附着式振捣器，安置在腹板外模板上。使得砼充分振捣，避免发生“麻面”、“狗洞”等质量隐患。

此外，砼的和易性也是浇筑质量的关键，塌落度要求160mm-200mm。因底板倒角处在浇筑过程中容易产生翻浆，所以在浇筑前，与拌合站沟通，底板砼塌落度控制在160mm-180mm，腹板顶板因钢筋密集，塌落度控制在180mm-200mm。浇筑完底板后，等一个小时，确定倒角不会翻浆，再进行腹板和顶板浇筑。如果砼运输车不能及时跟上，容易造成堵塞泵管，影响浇筑。所以每次浇筑时配备足够的砼运输车是必要的。

参考文献

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