Research on Cast-in-place Construction Technology of Complex and Large Size 0# Section Support
阮必胜 RUAN Bi-sheng
（中铁十二局集团第一工程有限公司，西安 710038）
（The 1st Engineering Co.，Ltd. of China Railway 12th Bureau Group，Xi'an 710038，China）
摘要：连续梁挂篮悬浇时，0号段作为最先浇筑的基准节段，对后期悬浇节段的线形控制影响较大，且0号段具有结构复杂、大尺寸、施工技术要求高等特点，故如何设计具有满足承载要求、安全稳定性好的模板支撑系统为连续梁悬浇施工的重难点。本文结合了广佛环城际东平水道特大桥主跨（96+176+96）m连续箱梁，阐述了结构复杂、大尺寸0号段的模板支撑系统的设计方法、施工关键技术、预压技术及结构承载验算方法，本桥的顺利完工证明了该支撑系统设计的科学性，其安全稳定性及刚度能满足施工要求。
Abstract: When the continuous beam hanging basket is suspended, the 0# section is the first reference section for casting, which has a great influence on the linear control of the later suspended section. The 0# section has the characteristics of complex structure, large size and high construction technical requirements, so how to design a template support system with load bearing requirements, safety and stability is a difficult point for continuous beam suspension construction. This paper combines the main span (96+176+96) m continuous box girder of the Guangfo Ring Intercity Dongping Waterway Special Bridge, and expounds the design method, key construction technology, preloading technology and structure bearing verification method of the template support system with complex structure and large size 0# section. The successful completion of the bridge proves the scientific design of the support system, and its safety, stability and rigidity can meet the construction requirements.
关键词：0号段；大尺寸；模板支撑设计；落地式支架；钢管立柱；承载验算
Key words: 0# segment；large size；template support design；floor-standing bracket；steel pipe column；bearing verification
中图分类号：U445.466 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）29-0161-04
0 引言
对于采用悬臂灌注法施工连续梁时，首先浇注的0号段施工是技术关键，0号段作为连续梁的最初基础节段，对后序其余节段的线形控制影响很大。且0号段通常结构复杂、外形尺寸大、处于桥墩顶部的高空中。故其模板支撑体系具有大荷载的承受能力、对体系的稳定安全性要求高、施工难度点等特点，往往是桥梁工程施工的重难点项目。特别地是随着技术的进步，跨越深谷、大江河及其他大城市构造物的连续梁跨度越来越大，随之0号段的结构尺寸、墩高更趋于增大，无疑对0号段模板支撑体系的技术、安全要求更高。本文以东平水道特大桥结构复杂、大尺寸的0号段施工为例，详细阐述了0号模板支撑体的设计方案及施工关键。
1 工程概况
广佛环城际东平水道特大桥主桥-斜拉桥里程范围为DK10+094.69～DK10+465.09，全长370.4m。斜拉桥主跨跨越东平水道，东平水道属北江水系，规划Ⅱ级航道。主桥总体设计为双塔双索面预应力混凝土部分斜拉桥，孔跨布置为（96+176+96）m，采用塔梁固结、墩梁分离的结构体系，主梁为三向预应力结构。桥塔采用钢筋混凝土结构，斜拉索采用扇形布置。
斜拉桥设计标准为：城际铁路，双线无砟轨道，线间距4.4m，速度目标值200km/h，位于直线上，纵坡0%。主桥箱梁0号梁段长12m，桥面宽17.7m，梁底宽15.7m，梁体中心线处梁高9.6m。0号段截面中心处设置横隔墙，横隔墙厚度3m，横隔墙上设置宽度1m高度1.6m的过人洞，具体尺寸如图1所示。
2 连续梁0号段模板支撑体系的设计
模板支撑体系主要是作为0号段浇注时的施工平台及所有施工荷载的支撑结构；同时还能够承受挂篮悬浇时连续梁两侧产生的部分不平衡弯矩，确保节段悬浇时，连续梁结构的整体安全。
2.1 支撑系统结构选型
根据结构受力特点，0号块的支撑系统通常分成适合低墩的落地形式和适合高墩的墩顶悬挑形式。因本项目0号段尺寸大，悬挑长，经进行悬挑式方案的预设计，表明满足设计承载要求的悬挑式方案需耗费大量的型钢等材料，经济上不合理；且型钢构件间需大量采用焊接连接，不仅技术要求高，且施工质量控制难度大，故安全风险高。
本项目墩高为15.5m，具有搭设落地支架的条件，故最终选择采用落地式支架。
2.2 支架的设计思路
为降低施工难度和安全风险，确保施工质量，0号段分两次浇筑，第一次浇筑4.4m高，第二次浇筑5.2m高。根据分两次浇筑0号段混凝土的方案，相应进行支架设计。
2.2.1 支架立柱材料选择
如采用建筑钢管式落地式满堂支架，部分支架立柱支点需落在第一层基础上，则支架搭高度达19m。且本项目作为支架支点基础顶面标高低于施工水位，支架使用时间长，围堰渗水对支架安全稳定性影响很大，故建筑钢管式满堂支架不是较佳选择。经技术、经济及施工便利性等多方面比选，并进行方案创新及优化，最终决定0号块悬出桥墩部分采用4根直径90cm，厚8mm的钢管作支撑。钢管之间采用I14的工字钢做剪刀撑连接，并用I20工字钢将钢管与墩身预埋件连接。
设置截面1.5m×1.5m砼墩作为钢管支墩，支墩支撑在基础上并伸出地面（支墩顶面标高3.75m）。支撑系统架立完成后回填基坑，桥下以作为施工的良好场地。
2.2.2 横向分配梁
钢管顶上设置3榀H588型钢作为横向分配梁，H型钢是截面面积相比工字钢分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材。横向分配梁的顶面高程与桥墩顶帽高程相同。
2.2.3 纵向分配梁
横向分配梁上部安放纵梁，纵梁由13根H588型钢组成，尺寸间距如图4所示。底板纵梁一侧搭设在顶帽上（纵梁与混凝土接触部位加垫30×30×2cm钢板），另一侧搭设在横向分配梁上并焊接固定。纵梁上纵向安放楔形块，楔形块顶面与0号段悬挑斜面部分平行，楔形块由贝雷花架加工而成。支架其它尺寸详见图2、图3、图4。
2.2.4 底模及模板安装固定措施
斜坡段采用定制钢模，钢模铺设在楔形桁架上，调整标高后采用不同厚度的钢板将模板与桁架之间的空隙填塞密实并焊接固定，以确保浇捣砼时不发生松动。且在预压完成后对底板标高进行校正。
3 支架预压
支座和支架安装完毕后铺设底模，底模安装完毕后采用1m×1m×1m砼预制块预压。支架预压按0号块第一次浇筑砼的最大施工荷载1.1倍计算，支架预压前布置好变形观测点，通过预压以消除支架的非弹性变形，并观测弹性变形量。
预压加载按60%、100%、110%分三级加载，各级加载静停1h后再进行支架变形观测，之后每隔6h监测记录各监测点的位移量，当相邻两次监测位移平均值之差不大于2mm时，方可进行后续加载。全部预压荷载施加完成后，间隔6h监测记录各监测点的位移量；当连续12h监测位移平均值之差不大于2mm时，即可卸除预压荷载。
4 桥梁0号段支撑体系承载验算
4.1 Q235钢材承载验算力学性能取值
①抗拉、抗压和抗弯强度：［σ］=215MPa；
②抗剪强度：［τ］=125MPa；
③弹性模量：E=206GPa。
4.2 荷载取值
①恒载。
恒载主要含0号段自身重量、模板及支架重量。材料恒载取值如下。
0号段容重：26kN/m3。
模板及支架重量：1.5kN/m2。
②活载。
来自混凝土浇注时的冲击活载：2.0kN/m2。
来自混凝土振捣时的振动活载：2.0kN/m2。
人员、机具及材料在施工时产生的荷载：2.5kN/m2。
4.3 计算0号段钢筋混凝土荷载分布情况
因0号段分两次浇筑，第一次浇筑4.4m高，故本项目仅需按第一次浇筑4.4m高的荷载进行承载检算。0号段悬臂长度按3.5m计算，因悬臂端为变截面，以悬臂初始的砼横截面面积为最大，故本项目以初始砼横截面面积进行支架的承载验算，结果趋于安全。
荷载组合按：1.2×（恒载）+1.4×（活载），同时考虑1.2的不均衡系数。经计算，0号段计算截面的荷载（包括了上述所有恒载、活载）分布见图5。
4.4 纵梁H588型钢
纵梁采用H588型钢设置，其材料特性如下：
截面积A=192.5cm2
抗弯模量：W=4020cm3
惯性矩I=118000cm4
按受均布线性荷载的简支梁进行检算，梁跨按3.5m。计算结果详见表1。
根据计算结果，拉压应力验算结果均小于215MPa，剪应力验算结果均小于12.5MPa，变形挠度均小于8.75，所以H588型钢强度和刚度均满足要求。
4.5 横梁H588型钢
横梁H588型钢承载验算见图6。
由图6可得横梁承受的最大弯矩为Mmax=229.03kN·m，则单根横梁有：
σ=Mmax/W=（229.03×1000）/（4020×3）=19.0MPa＜[σ]=180MPa
由图6可得横梁承受的最大剪力为Qmax= 332.96kN，则单根横梁有：
τ=Qmax/A=（332.96×10）/（192.55×3）=5.76MPa＜[τ]=125MPa
fmax=1.3mm＜L/400=10.75mm
4.6 0号段钢管桩验算
由图6可知，横梁支点最大反力为523.5kN，钢管桩所受的横梁传递的最大轴力压力为N=523.5kN。钢管柱自重及上部的H588型钢纵、横梁重量荷载经计算得48kN。则钢管桩承受的最大轴向压力为523.5+48=571.5kN。
Φ900×8mm钢管桩截面A为：
A=π（D2-d2）/4=3.14×（9002-8842）/4=22407.0mm2
则钢管桩的强度：
σ=N/A=（571.5×103）/22407=25.5MPa＜215MPa
钢管桩强度满足要求。
4.7 钢管桩稳定性验算
钢管桩长度因数?滋=1.0，钢管长度取l=10.96m。
计算长度l0=?滋1=1×10.96=10.96m
回转半径：■
其中：■d、D分别为钢管构件的内外直径。
长细比：■
钢管柱采用焊接制作，为b类构件，查《钢结构设计规范》可得钢管柱的轴心受压构件稳定系数?准=0.919。
钢管立柱轴心受压稳定性验算：
σ=N/?准A=（571.5*1000）/（0.919*22407）=27.8MPa＜215MPa
因此，本项目所采用的支撑系统的承载强度、安全稳定性均满足施工要求。
5 结束语
①支撑系统设计时，需综合各种影响因素，确定支撑系统的结构形式，然后根据荷载分布及结构特点，选择支撑系统各承载构件所采用的材料，并对支撑结构进行设计优化，以达到技术可行、安全稳定及经济合理的目标。
②支撑系统设计时，需对托架的各承载结构进行承载验算，承载验算需全面考虑各种荷载的作用情况，并合理进行荷载组合，确保计算结果符合实际，并准确。
③进行0号段混凝土浇筑前，须对支撑系统采取预压措施，在消除支架的非弹性变形的同时，测设得支架的弹性变形量，以为确立底模支立标高提供依据。
参考文献：
[1]GB50017-2003，建设部·钢结构设计规范[S].北京：人民交通出版社，2003，12.
[2]林荣光.连续刚构桥0号段托架设计与施工技术[J].福建交通科技，2016（6）.
[3]兰海弋.高墩宽幅连续刚构桥0号段托架设计与施工[J].工程建设与设计，2014（9）.
[4]张开顺.大跨连续刚构桥0号段托架设计与施工技术[J].公路交通技术，2012（2）. |
