40米跨箱梁满堂支架施工
一、概述
1、工程概况
安庆长江公xx桥E标工程南岸堤外引桥为双幅分离式桥梁，单幅一联6跨（6×40m=240m）为单箱单室预应力混凝土斜腹板等截面连续梁，梁高2.5m，箱梁顶板跨12.75m，底板宽5.384m，箱梁顶、底板厚均为0.25m ,腹板厚0.5m，两侧翼缘板悬臂长度均为2.85m，全桥仅在桥墩支点截面处设置端，中横梁。桥面横坡在-3%～2%变化，桥面横坡由梁底垫石变高度使梁体整体旋转而形成，箱梁横断面与梁高均保持不变；桥面纵破为2.75%。桥面横坡见下表：
桥面横坡一览表
墩 号 桥 面 横 坡 梁底轴线与桥轴线距离（cm）
左幅（%） 右幅（%） 左幅 右幅
YR11 0.116 0.020 662.20 657.15
YR12 -1.217 0.020 665.65 657.15
YR13 -2.551 -2.551 669.00 655.60
YR14 -3.000 -3.000 670.15 654.35
YR15 -3.000 -3.000 670.15 654.35
YR16 -3.000 -3.000 670.15 654.35
YR17 -3.000 -3.000 670.15 654.35
箱梁采用单向预应力体系，纵向预应力钢束设置采用фj15.24钢绞线，Rby=1860Mpa，波纹管制孔。每跨单侧腹板内设置6束16孔钢束，在接缝处采用钢束联结器接长；顶板设置12束7孔钢束，钢束长为14米，一端为P锚，一端为张拉锚，钢束跨越桥墩顶分布置，每侧各长7米；底板设置4束7孔钢束，一端为P锚，一端为张拉锚，每束钢束跨越施工接缝分布在两跨内。
2、施工方法简介
南堤外引桥位于缓和曲线段，桥位区多为农田、耕地及居民拆迁区，陆地施工条件相对较好。施工时，先将桥位地基处理后，采用扣件式满堂脚手架单幅逐跨现浇施工工艺进行施工，施工时，翼缘模板及外侧模采用定制钢模板（按首跨长配置一套模板），内模采用胶合板（按首跨长配置一套模板），底模采用玻璃钢竹胶板（按一个标准跨和一个首跨长度配置）。总体施工工艺流程如下：
3、施工工艺流程
二、满堂支架搭设及预压
1、地基处理
先用推土机将表层耕质土、有机土推平并压实；承台基坑清淤后采用分层回填亚粘土并整平压实。原有地基整平压实后，再在其上填筑大约30cm的黄土，并选择最佳含水量时用振动压路机进行辗压，辗压次数不少于3遍，如果发现弹簧土须及时清除，并回填合格的砂类土或石料进行整平压实，然后在处理好的黄土层上铺设20cm石子，采用人工铺平，用YZ16吨振动压路机进行辗压。在石子层上按照安装满堂支架脚手钢管立杆所对应的位置铺设枕木；为尽量减少地基变形的影响，在承台基坑回填好的地基上铺设大型废钢模板（此处不铺设枕木），废钢模板铺设时，面板朝下。压实的黄土层及石子层的宽度大约为28米。为避免处理好地基受水浸泡，在两侧开挖40×30cm的排水沟，排水沟分段开挖形成坡度，低点开挖集水坑。
2、支架安装
本支架采用“扣件”式满堂脚手架，其结构形式如下：纵向立杆间距为90cm，横向立杆间距除箱梁腹板所对应的位置处间距按46cm布置外，其余按90cm左右间距布置（可详见《堤外引桥满堂支架横向布置图》），在高度方向每间隔1.2m设置一排纵、横向联接脚手钢管，使所有立杆联成整体，为确保支架的整体稳定性，在每三排横向立杆和每三排横向立杆各设置一道剪刀撑。在地基处理好后，按照施工图纸进行放线，纵桥向铺设好枕木，便可进行支架搭设。支架搭设好后，测量放出几个高程控制点，然后带线，用管子割刀将多余的脚手管割除，在修平的立杆上口安装可调顶托，可调顶托是用来调整支架高度和拆除模板用的，本支架使用的可调顶托可调范围为20cm左右。
由于整个堤外引桥位于缓和曲线上，因此拟将每跨支架划分为8个直线段拟和桥面箱梁曲线，每个直线段5m。施工时注意支架间距应相应调整。
脚手管安装好后，在可调顶托上铺设I14工字钢，箱梁底板下方的I14工字钢横向布置，长6m，间距为0.9m；由于本方案外侧模板及翼缘模板为大型钢模板，为考虑模板整体移动，在翼缘板下所对应的位置I14工字钢采用顺桥向布置。I14工字钢铺设好后，然后在箱梁底板下宽6米的I14工字钢铺设6X12cm的木枋，木枋铺设间距为：在箱梁腹板所对应的位置按18cm布置，底板其余位置按30~35cm布置。木枋布置好后可进行支架预压。
3、支架预压
安装模板前，要对支架进行压预。支架预压的目的：1、检查支架的安全性，确保施工安全。2、消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于桥面线形控制。
预压荷载为箱梁单位面积最大重量的1.1倍。本方案采用水箱加水分段预压法进行预压：施工前，按照水箱加工图纸加工好水箱，水箱采用3mm厚钢板进行满焊加工，加工好后进行试水试验，确保水箱不漏水。每一段预压长度为20米左右，由于首跨现浇长度为47米，故首跨需分三次预压，标准跨为40米及尾跨33米均需分两次预压。根据箱梁横截面特性，共制作6个大水箱（B型水箱）和6个小水箱（A型水箱），大水箱尺寸为：3米高，3米宽，6.5米长；小水箱尺寸为：1.5米高，2米宽，6.5米长。水箱加工后采用16t汽车吊进行吊装就位，大水箱安放在箱梁底板所对应的位置，小水箱安放在两侧翼缘板所对应的位置，12个水箱布置成3排4列，然后用水泵加水进行预压(详见《堤外引桥预压步骤示意图》)。
为了解支架沉降情况，在加水预压之前测出各测量控制点标高，测量控制点按顺桥向每5米布置一排，每排4个点。在加载50%和100%后均要复测各控制点标高，加载100%预压荷载并持荷24小时后要再次复测各控制点标高，如果加载100%后所测数据与持荷24小时后所测数据变化很小时，表明地基及支架已基本沉降到位，可用水管卸水，否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降到位方可卸水。卸水时通过水管将水排至水沟中或桥位区外，以免影响处理好的地基承载力，卸水完成后采用16t汽车吊将水箱前移。卸水完成后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架和地基的弹性变形量（等于卸水后标高减去持荷后所测标高），用总沉降量（即支架持荷后稳定沉降量）减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形（即塑性变形）量。预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。
经过几跨施工，得出支架预压后总沉降量在4～15mm之间，最大非弹性变形量为13mm，平均非弹性变形量为7mm左右。
4、支架受力验算
①、底模板下次梁（6×12cm木枋）验算：
底模下脚手管立杆的纵向间距为0.9m，横向间距根据箱梁对应位置分别设为0.46 和0.9 m，顶托工字钢横梁按横桥向布置，间距90cm；次梁按纵桥向布
置，间距35cm和18cm 。因此计算跨径为0.9m，按简支梁受力考虑，分别验算底模下斜腹板对应位置和底板中间位置：
a、斜腹板对应的间距为18cm的木枋受力验算
底模处砼箱梁荷载：P1 = 2.5×26 = 65 kN /m2 （按2.5m砼厚度计算）
模板荷载：P2 = 200 kg/m2 = 2 kN /m2
设备及人工荷载：P3 = 250 kg /m2 = 2.5 kN /m2
砼浇注冲击及振捣荷载：P4 = 200 kg/m2 = 2 kN /m2
则有P = （P1 + P2 + P3 + P4）= 71.5 kN /m2
W = bh2/6 = 6×122/6 =144 cm3
由梁正应力计算公式得：
σ = qL2/ 8W = （71.5×0.18）×1000×0.92 / 8×144×10-6
= 9.05 Mpa ＜ [σ] = 10Mpa 强度满足要求；
由矩形梁弯曲剪应力计算公式得：
τ = 3Q/2A = 3×（71.5×0.18）×103×（0.9 /2）/ 2×6×12×10-4
= 1.21 Mpa＜ [τ] = 2Mpa（参考一般木质）
强度满足要求；
由矩形简支梁挠度计算公式得：
E = 0.1×105 Mpa； I = bh3/12 = 864cm4
f max = 5qL4 / 384EI = 5×12.87×103×103×0.94 / 384×864×10-8×1×1010
= 1.273mm＜ [f] = 1.5mm（ [f] = L/400 ）
刚度满足要求。
b、底板下间距为35cm的木枋受力验算
中间底板位置砼厚度在0.5～0.7m之间，按0.7m进行受力验算，考虑内模支撑和内模模板自重，木枋间距0.35m，则有：
底模处砼箱梁荷载：P1 = 0.7×26 = 18.2 kN /m2
内模支撑和模板荷载：P2 = 400 kg/m2 = 4 kN /m2
设备及人工荷载：P3 = 250 kg /m2 = 2.5 kN /m2
砼浇注冲击及振捣荷载：P4 = 200 kg/m2 = 2 kN /m2
则有P = （P1 + P2 + P3 + P4）= 26.7 kN /m2
q=26.7×0.35=9.345t/m＜71.5×0.18=12.87 t/m
表明底板下间距为0.35m的木枋受的力比斜腹板对应的间距为0.18m的木枋所受的力要小，所以底板下间距为0.35m的木枋受力安全。
以上各数据均未考虑模板强度影响，若考虑模板刚度作用和3跨连续梁，则以上各个实际值应小于此计算值。
②、顶托横梁（I14工字钢）验算：
脚手管立杆的纵向间距为0.9m，横向间距为0.9m和0.46m，顶托工字钢横梁按横桥向布置，间距90cm。因此计算跨径为0.9m和0.46m，为简化计算，按简支梁受力进行验算，实际为多跨连续梁受力，计算结果偏于安全，仅验算底模下斜腹板对应位置即可：
平均荷载大小为q1= 71.5×0.9=64.35kN/m
另查表可得：
WI14 =102×103mm3 ； I = 712×104mm4 ； S = I / 12
跨内最大弯矩为：
Mmax = 64.35×0.46×0.46/8= 1.702kN.m
由梁正应力计算公式得：
σw = Mmax / W = 1.702×106 / (102 ×103 )
= 16.69 Mpa ＜ [σw] = 145Mpa 满足要求；
挠度计算按简支梁考虑，得：
E = 2.1×105 Mpa；
f max = 5qL4 / 384EI = 5×64.35×1000×0.464×109 /
(384×2.1×105×712×104)
= 0.053mm＜ [f] = 2.25mm（ [f] = L/400 ）刚度满足要求。
③、立杆强度验算：
脚手管（φ48×3.5）立杆的纵向间距为0.9m，横向间距为0.9m和0.46m，因此单根立杆承受区域即为底板0.9m×0.9m或0.46m×0.9m箱梁均布荷载，由工字钢横梁集中传至杆顶。根据受力分析,不难发现斜腹板对应的间距为0.46m×0.9m立杆受力比其余位置间距为0.9m×0.9m的立杆受力大，故以斜腹板下的间距为0.46m×0.9m立杆作为受力验算杆件。
则有P = 71.5 kN /m2
由于大横杆步距为1.2m，长细比为λ=ι/ i = 1200 / 15.78 = 76，查表可得φ= 0.744 ，则有：
[ N ] = φA[σ] =0.744×489×215 = 78.22 kN
而Nmax = P×A =71.5×0.46×0.9 = 29.6 kN，可见[ N ] ＞ N，
抗压强度满足要求。
另由压杆弹性变形计算公式得：（按最大高度11m计算）
△L = NL/EA = 29.6×103×11×103/2.1×105×4.89×102
=3.171mm 压缩变形很小
单幅箱梁每跨混凝土340m3，自重约884吨，按上述间距布置底座，则每跨连续箱梁下共有765根立杆，可承受2525吨荷载（每根杆约可承受33kN），比值为2525/884 = 2.86 ，完全满足施工要求。
经计算，本支架其余杆件受力均能满足规范要求，本处计算过程从略。
④、地基容许承载力验算：
根据地质资料可知，南岸堤外引桥轴线上地表土质基本为亚粘土层，分别有：重亚粘土、轻亚粘土、人工填土（粉质轻亚粘土，砂壤土）等。地基碾压密实处理并铺垫20cm厚石子前，地基承载力在100～130Kpa之间。出于安全考虑，处理后仍按100Kpa设计计算，即每平方米地基容许承载力为10t/m2，而箱梁荷载（考虑各种施工荷载）最大为7.15t/m2，完全满足施工要求。
三、模板工程
为保证现浇箱梁的外观质量光洁度、表面平整度和线形，加快施工进度，本工程箱梁底模采用铺设竹胶板，外侧模采用大块钢模板，箱体内采用胶合板木模。
1、底模：
箱梁底模采用竹胶板，模板加工时可根据箱梁线形曲线及宽度将模板分段（按顺桥向每5m为一段考虑）制作，将每一段视为直线段，即分段用折线代替圆曲线，从而提高了模板的使用效率。
锯板采用合金锯片，直径400毫米，120齿左右，转速3800转/分，在板下垫实时锯切，以预防毛边。玻璃钢竹胶板存放时板面不得与地面接触，要下垫方木，边角对齐堆放，保持通风良好，防止日晒雨淋，并定期检查。
当一跨砼浇筑好后，等强度达到80%后，便可张拉、压浆，压浆完成后可将底模板下的可调顶托下降，将I14工字钢、木枋和竹胶板脱离底板，取下竹胶模板等。
2、内模：
箱梁内模采用九合板，木枋顺向布置，木枋截面尺寸为6X12cm，木枋布置间距为35cm左右。为施工方便，内模分块加工成几种型号，并确保同一类型号的模板能够互用；加工时，将面板和木枋通过铁钉加工成整体。为便于内模从箱梁内取出，在每一跨箱梁顶板上预留两个160㎝（纵向）×100㎝（横向）的人洞，人孔分布在每跨离桥墩10米处，不能跨越施工缝；每一跨箱梁底板钢束张拉、压浆及封锚完成后，将人孔浇注砼封闭。
箱梁内模支撑采用φ48×3.5脚手管做排架，立柱支撑在底模顶面上，脚手管顺桥向按0.9米设置一排，每排7根，且每排均需设置剪刀撑和纵、横水平撑，以增加支架的整体稳定性，防止内模胀模，内模支架的搭设原理及方式与满堂脚手架的搭设原理及方式基本相同；立柱支撑点必须与横桥向底模下的工字钢位置对应，而且立柱不可直接支撑在底模顶，两者间须垫设混凝土垫块。经受力验算，内模及内模支架均能满足规范要求，本处计算过程从略。
浇注砼之后，等强度达到设计强度的30%后方可进行拆除内模。如果拆模时间过早，容易造成箱梁顶板砼下饶、开裂，甚至倒坍；如果拆模时间过晚，将增大了拆模难度，造成拆模时间长且容易损坏模板。具体拆模时间由现场技术人员视现场砼的凝固情况把握好。
3、封头模板和翼缘端模板
端横隔板封头模板采用玻璃钢竹胶板，施工接缝处缝头模板采用5mm厚钢板制作。内侧翼缘端模板采用[20a槽钢（翼缘板砼厚为18cm）；外侧翼缘板由于防撞护栏设计构造的缘故，留有10cm的后浇段，采用4cm厚的泡沫板，安装及拆除时十分方便，虽然泡沫板只能一次性使用，但由于其价格便宜，与采用钢板相比更为经济。
4、外侧模板和翼缘模板
为确保外观美观，本箱梁外侧模板和翼缘模板采用大型钢板，由专业模板加工厂家加工制作；为施工方便，将外侧模板和翼缘模板加工成整体，每块模板宽为2.7米。
面板采用5mm厚钢板，横肋采用∠70角钢，背带采用2[10槽钢，背带间距为90cm，每块模板上设有3道背带，每道背带上设置两根φ18的拉杆。经受力验算和施工检验，此模板强度和刚度完全能够满足施工要求。
为调模、脱模方便，模板外侧每道背带上设有3根可调丝杆用来支撑模板，确保模板在浇注砼时不向外倾倒。可调丝杆的上端与模板采用铰联结，下端与翼缘模板下方的横向I14工字钢铰联结，每块模板下方的3根横向工字钢通过钢筋连成整体，横向工字钢安装在顺桥向外侧模行走轨道上（纵向I14工字钢）。为确保模板整体不向外滑移，翼缘模板下方的横向工字钢与底板下方的横向工字钢通过“C-C”型紧索具连接在一起，如此一来，浇注砼时两侧腹板砼向外的胀力可以相互抵消。
首跨外侧模板及翼缘模板安装时，采用16t汽车吊起吊。模板起吊前，要将相应的丝杆和横向I14工字钢联接好，在模板就位时，要将模板上的横向工字钢与底模板下的横向工字钢位置对齐。由于每块模板面板均为平面，没有按照箱梁平曲线设置弧面，故安装模板时，确保模板与模板之间留有15mm左右的间隙，以此来调出箱梁的平曲线（实际为若干折线）。模板之间的间隙通过木板条和玻璃胶进行堵塞，不留缝隙。
当砼强度达到设计强度的50%～60%时，方可脱离外侧模板和翼缘模板。脱模时，只需将每块模板上的可调丝杆收紧，模板就会自动脱离砼表面，十分方便。为确保外侧模和翼缘模能够顺利行走，应确保模板脱离砼面不小于8cm。
外侧模行走采用5t或10t卷扬机拖动行走，由于箱梁处于平曲线内，故每次只能行走1～2块模板。模板行走时，卷扬机安放在已浇梁段顶板上，通过人孔、型钢和钢丝绳等将卷扬机固定。为确保钢模板能够行走至将施工梁段的最前端，应确保卷扬机钢丝绳的导向轮安装在施工梁段最前端的前方。为确保模板行走时不脱离行走轨道，将模板下方的横向工字钢通过钢筋等卡在工字钢轨道上。
根据施工实践，外侧模及翼缘模板只需1.5天左右便可全部行走到位，而每一跨箱梁张拉需不少于一天的时间，由于模板行走可在张拉前一天进行。故在张拉完成之前模板能够全部行走到位后。单侧模板行走到位后，便可一边进行调模，另一边进行模板行走，大大缩短了工期。
四、混凝土施工
1、 混凝土配合比的设计及要求
①混凝土强度等级为C50
②水泥：采用华新P052.5水泥。
③粗骨料：东至县香口产5～25cm级配。
④细骨料：江西赣江产中粗砂。
⑤单幅箱梁一次浇筑最大方量约408m3，2个50 m3的混凝土站，实际生产能力约为35m3/h，初凝时间不得小于12h，坍落度为14-18cm。
⑥每灌搅拌时间不小于90s。
⑦确保砼的流动性、和易性、秘水性及可泵性能够施工及质量要求。
2、 箱梁混凝土浇筑
由于砼为整跨浇注，方量较大，浇注时间长，首跨浇注方量为408m3，标准跨每跨浇注方量为340m3。如果采用一台搅拌站浇注，按每小时20m3计，则首跨至少需要浇注20小时，经过讨论，拟采用两台搅拌站进行浇注。
由于其它标段的箱梁浇注均出现了不同程度的问题，如腹板砼冷缝及分层现象较明显、顶板砼表面有裂纹、箱梁内翻浆现象严重。项目部对造成这些问题的原因及预防方法进行了专门的讨论，经过讨论，一致认为：腹板砼出现冷缝和分层现象是由以下一种或几种原因引起①浇注气温过高或风干现象严重造成砼出现假凝现象。②砼初凝时间过短。③砼浇注补料间隔时间过长。④砼振捣不力，在每次补料前没有将砼表面假凝层破碎。⑤砼配合比不均匀，某层砼浇注坍落度过大，某层砼浇注坍落度过小。顶板砼表面出现裂纹是由以下一种或几种原因引起①浇注气温过高或风干现象严重造成砼表面容易开裂。②砼养护不力或养护不及时。③砼表面抹面不力，没有修浆。④砼配合比不合理。箱梁内翻浆现象严重是由以下一种或几种原因引起①砼坍落度过大。②砼浇注时，每一层浇注过厚。③砼振捣方法不对，振动时间过长。④砼初凝时间过长，砼浇注补料间隔时间过短。⑤砼浇注时气温偏低或雨天浇注。
针对以上问题，项目部做出了如下措施：每一跨砼浇注总体上遵循从低处向高处即从南到北的顺序浇注，浇注步骤分四步进行，详见《堤外引桥砼浇注步骤示意图》。
按照示意图所示的浇注工序进行，有效地控制了每一层砼的浇注厚度，既有利于砼振捣，又有效地减少了底板砼的翻浆现象，同时有效地控制了每一次砼浇注后的布料间隔时间。施工过程中，当每一段顶板浇注好后，立即用潮湿麻袋盖好进行养护，防止风吹开裂。每一跨砼浇注时间为13小时左右，采用本方法浇注的砼，拆模后，外观质量较好，没有出现分层和冷缝现象，砼顶面没有出现裂纹。
五、小结
1、本工程的满堂支架地基处理与安庆长江公xx桥其它标段满堂支架地基处理相比，工序上更为简单，造价上更为经济，实践表明结构上也能很好的满足施工及规范要求。
2、采用水箱加水进行预压，表面上看加工水箱价格高，但由于其周转次数多，所花劳动力少，多次周转使用后，比采用砂袋码砂进行预压所花造价要低；且水箱加水进行预压，工序简单，施工进度快，比采用砂袋码砂进行预压要安全，值得推广使用。在今后的施工中，如果采用满堂支架施工的跨数较多，建议采用水箱加水法进行预压；否则宜采用砂袋码砂法进行预压。如果采用水箱加水法进行预压，建议在水箱底部设计若干滚轮或滚轴，以便2~3人就能推动水箱前移。
3、 外侧模板及翼缘模板采用大型钢模板，造价比采用竹胶板施工要昂贵，但钢模板比竹胶板可周转的次数要多，浇注的砼的外观质量要好，且模板前移及调模、脱模也更方便，所花时间要少。总之，两者各有优缺点。在今后的施工中，如果采用满堂支架施工的跨数较多，建议采用钢模板施工，否则宜采用竹胶板施工。如果采用大型钢模板，建议在模板下方横向工字钢上设置滚轮，采用人工推动模板前移。
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