高速公路空心墩長大蓋梁無支架施工技術

■王銘福 ■中鐵十四局集團第三工程有限公司，山東 兗州 272100

1 引言

目前，蓋梁無支架施工主要有抱箍法和鋼軸法。無支架施工操作簡便、節省工時、安全性好、適用性強，特別在軟弱地基、山區施工、高墩施工等條件下施工相比傳統的滿堂支架優勢更為明顯。在公路橋梁蓋梁施工過程中，得到了廣泛的應用。

無支架施工通常采用鋼軸或抱箍承受蓋梁施工荷載，其上設置受力主梁。為施工方便，主梁多采用熱軋普通工字鋼，其上設置分配梁、底模。

一般情況下(主要指雙柱式橋墩)，主梁受力近似于均布荷載，蓋梁懸挑部分與雙柱之間部分荷載基本平衡，主梁近似于固支懸臂梁，擾度較小，容易滿足規范要求。當墩身為空心墩時，由于空心墩上部存在實心段，蓋梁施工懸挑部分荷載作用在主梁上，空心墩頂部荷載(除模板及側面少部分砼外)大部分直接作用在墩身上。主梁受力兩邊大，中間小，中間主梁產生向上的擾度，造成懸挑端部擾度較大，很難滿足規范要求。針對上述情況，本文結合麻昭高速公路施工情況，講述空心墩蓋梁施工托架設計及主梁擾度控制方法。

2 工程概況

麻昭高速公路C5 工區位于云南省昭通市，地形起伏較大，橋墩多處于山區陡坡地段，施工難度大。全線共有空心墩蓋梁33 個，墩高40m～70m，集中在K65 +101 大橋及K66 +569 大橋。蓋梁長11.4m，寬2.35m，高1.9m。蓋梁詳圖如下:

3 托架施工方案

根據施工現場特點，蓋梁采用鋼軸法施工。鋼軸采用Q390 鋼Ф10cm 鋼軸，主梁采用I50a 工字鋼。懸挑部分分配梁采用I12 工字鋼，間距40cm。側模采用鋼模板，底模采用竹膠板，板厚1.5cm。托架示意圖如下:

4 常規托架結構分析

4.1 參數選擇

鋼材彈性模量E=200Gpa;鋼材容許應力:Q235(f=205Mpa，fv=125Mpa)，Q390 (f=295Mpa，fv=170Mpa);I50a 工 字 鋼(Ix=464720000mm4，Wx=1858900mm3，Sx=1084100mm3);Ф10cm 鋼軸(Ix=4908740mm4，Wx=98175mm3，Sx=83333mm3);Ф8cm 鋼軸(Ix=2010620mm4，Wx=50266mm3，Sx=42667mm3)。

4.2 荷載計算(僅計算主梁)

鋼筋砼自重26KN/m3，I12 工字鋼自重0.15KN/m，I50a 工字鋼自重1KN/m，鋼模板自重1.5KN/m2，竹膠板自重0.05KN/m2，施工人員及設備荷載1.5KN/m2。

⑴中部:

恒荷載:G1=26 ×1.9 ×0.125 +1.5 ×1.9 +0.15 ×2/0.4 +0.05 ×2 +1=10.9KN/m

活荷載:Q1=1.5 ×0.95=1.4KN/m

⑵懸挑部分:

恒荷載:G2=26 ×1 ×2.35/2 +1.5 ×1.9 +0.15 ×2/0.4 +0.05 ×2+1=35.3KN/m

活荷載:Q2=Q3=1.5 ×4/2=3KN/m

4.3 強度驗算

組合由恒荷載控制:MB=1.35 × 199.95+0.7 × 1.4 × 13.5=283.16KN·m

滿足抗彎、抗剪強度驗算要求。

4.4 穩定性驗算

y 軸回轉半徑:iy=30.70mm

查表得Фb=1.6

4.5 剛度驗算

采用正常使用極限狀態下的荷載標準組合，恒載、活載組合系數均取1.0，受力簡圖如下:

組合彎矩Mp圖如下:

D 點單位力作用下彎矩圖M 如下:

應用用圖乘法得:

5 擾度控制措施

由以上數據分析可知，在主梁強度、穩定性均有足夠安全保證的情況下，主梁懸挑端部擾度過大，不能滿足鋼結構設計規范要求。減少端部變形方式有以下3 種:

⑴由擾度公式Δ=1/EI ×∫MMpdx 可知，變形與剛度I 呈反比，可以采用增大型鋼截面的方式來實現。

⑵根據受力情況分析可知，造成端部變形過大的原因是由于跨中缺少足夠的平衡力導致跨中產生向上的擾度。故可以在跨中相應部位增加反向支座來約束向上的變形，進而減少端部的擾度。反向支座的數量可以是1 個或多個，可以通過在主梁頂部增加鋼軸來實現。示意圖如下:

⑶改變主梁懸挑部分的受力體系，在適當位置增加斜支撐，減少懸挑長度，從進而減少主梁變形。示意圖如下:

6 方案比選

6.1 增大主梁截面

當主梁規格為I56a 時，Δ=1/EI × ∫MMpdx=21.83 ×464720000/655760000=15.47mm〉L/400=15mm，不滿足要求。

當主梁規格為I63a 時，Δ=1/EI × ∫MMpdx=21.83 ×464720000/940040000=10.79mm〈L/400=15mm,滿足要求。

上述計算乃估算，結果未考慮增大截面自重的增加，實際變形仍要偏大。由上可知，增大截面托架用鋼量至少要增大約30%，對于端部擾度影響效果不明顯，且增大截面不能阻止跨中向上的變形，會導致模板上拱，影響結構尺寸。

6.2 反壓鋼軸

反壓鋼軸可以有效限制跨中向上的變形，從而減少端部擾度。鋼軸可以根據實際需要增加1 個或2 個。理論上講反向支座數量和承載能力足夠，懸挑部分可以無限接近于一端固支的懸挑梁，大幅減少變形。另外，該方法操作上較簡便。

6.3 增加支撐

增加支撐點的方法能夠大幅縮短主梁的懸挑長度，甚至根據支撐點的位置不同可能變成兩端簡支，減少擾度的效果更為明顯。此方法還可以有效減少主梁截面尺寸，但是該方法需要在墩身施工時預留牛腿，支撐桿件與牛腿、主梁焊接或栓接。由于空心墩蓋梁施工為高空作業，操作不便。

綜上所述，采用鋼軸反壓的方法操作上簡便，既能既滿足使用要求，又不增加額外的投入，較其他方法更為可行。故采用反壓鋼軸法，在跨中主梁頂部增加一根鋼軸。

7 反壓鋼軸法結構分析

反壓鋼軸法主梁強度驗算和穩定性驗算與常規情況下相同，僅進行剛度驗算。

7.1 受力簡圖及支座反力計算

恒載受力簡圖

活載受力簡圖

由Σ MA恒=0，Σ MA活=0

則1/2 ×35.3 ×32+(62.7 -35.3)×3/2 ×3/3 -1/2 ×10.9 ×2.72+1/2 ×RC恒×2.7=0

得RC恒=-118.68KN，RC活=-6.22KN，方向向下。

7.2 剛度驗算

采用正常使用極限狀態下的荷載標準組合，恒載、活載組合系數均取1.0，受力簡圖如下:

組合彎矩Mp圖如下:

D 點單位力作用下彎矩圖M 如下:

應用用圖乘法得:

由上述計算結果之知，增加反壓后擾度為9.46mm，遠小于增加前的擾度21.83mm，效果明顯。

7.3 鋼軸強度驗算

組合由恒荷載控制:RA=RB=1.35 ×235.77 +0.7 ×1.4 ×15.89=333.86KN

支撐鋼軸:采用Q390 鋼Ф10cm

反壓鋼軸:采用Q390 鋼Ф8cm

故鋼軸強度驗算符合要求。

8 結語

隨著無支架施工在工程中的應用越來越廣泛，施工前要認真分析結構的受力特征，進行精確的計算，特別是針對大懸挑構件和空心墩之類的無平衡配重的情況。要注意對結構變形的分析，防止出現過大變形無法使用造成重大經濟損失或者因結構失效造成安全事故。結構問題處理的方法有很多，在施工過程中要結合工程的實際情況選擇經濟合理的方案。

［1］中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑結構荷載規范GB50009-2012.北京:中國建筑工業出版社，2012.

［2］中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范GB50017 -2003.北京:中國建筑工業出版社，2003.

［3］交通部第一公路工程總公司.《公路施工手冊》橋涵分冊下冊.北京:人民交通出版社，1999.

［4］浙江大學.建筑結構靜力計算實用手冊.北京:中國建筑工業出版社，2009.