李薇
(廣州市公路工程公司,廣東廣州 510075)
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預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁滿堂支架施工技術(shù)探討
李薇
(廣州市公路工程公司,廣東廣州 510075)
摘要:結(jié)合工程實(shí)例,介紹了預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)方案并對(duì)其內(nèi)力、強(qiáng)度、剛度等進(jìn)行了驗(yàn)算,從支架地基處理、搭設(shè)、預(yù)壓、現(xiàn)澆箱梁砼澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿等方面介紹了預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁滿堂支架施工技術(shù)及工藝要求,為類(lèi)似工程建設(shè)提供借鑒。
關(guān)鍵詞:橋梁;預(yù)應(yīng)力;現(xiàn)澆箱梁;支架;施工技術(shù)
某項(xiàng)目橋梁第三聯(lián)跨徑4×54 m,上部構(gòu)造為變寬單箱五室箱形結(jié)構(gòu),箱梁總寬由30 m變化至18.5 m,梁高為2.9 m,單側(cè)翼板寬2.5 m,箱室底板寬從25 m變化至13.5 m;箱梁頂板厚25 cm,腹板厚40(跨中)~80 cm(跨端),底板的厚22(跨中)~42 cm(跨端),翼板厚18(端部)~50 cm(根部)。箱梁采用橫向變高形式調(diào)橫坡,梁底橫向保持水平,箱梁全部位于超高段。該聯(lián)箱梁累計(jì)鋼筋量789 t,砼方量4 602 m3,采用滿堂支架進(jìn)行施工。
1.1 基礎(chǔ)處理
支架基礎(chǔ)寬度按箱梁寬度兩側(cè)各加1 m,在該范圍內(nèi)徹底清除地基表層不良土層、泥漿,處理坑洞,平整后的地面應(yīng)找平,經(jīng)20 t壓路機(jī)振動(dòng)碾壓密實(shí),碾壓后表面應(yīng)無(wú)明顯輪跡,壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到96%以上。處理表層土后,其上鋪20~30 cm厚石渣,找平后在石渣墊層上澆筑15 cm厚C20砼。場(chǎng)地箱梁外排水溝設(shè)0.3%縱坡排水,支架側(cè)邊各1 m處設(shè)置邊溝排水。地基標(biāo)高根據(jù)場(chǎng)地平整后確定。
1.2支架搭設(shè)
該項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用?48×3.5 mm碗扣式鋼管支架,?48鋼管立桿的縱、橫向間距為120 cm,在箱梁腹板及橫隔梁位置縱向加密,間距為30 cm。橫向剪刀撐間距360 cm;縱向剪刀撐布置在外側(cè)周邊及中間腹板位置,間距約@340 cm;水平剪刀撐設(shè)置三道,即頂部、中間高度、底部位置各一道??v、橫向剪刀撐采用?48×3.5 mm鋼管,與地面斜角45°~60°,下到底、上到頂,并與立桿全部用扣件扣牢。在支托上縱向鋪設(shè)單層(10×10)cm木方@60 cm。在縱向木方上橫向鋪設(shè)單層(10×10)cm木方,間距為底板位置35 cm,橫梁及腹板位置25 cm?,F(xiàn)澆箱梁內(nèi)外側(cè)模板均采用木膠合板。
1.3模板支架計(jì)算
1.3.1基本資料
(1)材料強(qiáng)度。根據(jù)GB 50017-2012《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 50005-2003《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,各種材料的容許應(yīng)力如下:1)建筑木膠合板模板。抗彎強(qiáng)度[σw]=20 MPa,抗剪強(qiáng)度[τ]=1.0 MPa,彈性模量E=4×103MPa。2)木方(廣東松)。順紋壓應(yīng)力和順紋彎曲應(yīng)力容許值[σ]=[σw]=12 MPa,順紋彎曲剪應(yīng)力[τ]=1.9 MPa,彈性模量E =9×103MPa。
(2)計(jì)算基本公式為:
式中:G為恒載,包括模板、支架和新澆砼的自重;V為動(dòng)載,包括施工人員、物料及設(shè)備的自重,振搗砼時(shí)產(chǎn)生的荷載,砼對(duì)模板的側(cè)壓力,傾倒砼時(shí)產(chǎn)生的荷載等。
(3)計(jì)算荷載。1)模板和支架自重。木材容重γ1=8 k N/m3;底模板厚18 mm,P11=γ1h1=8 ×0.018=0.144 k N/m2;木方規(guī)格為(10×10)cm,P12=8×0.1×0.1=0.08 k N/m;?48×3.5鋼管6 kg/m,P14=0.006×9.8=0.059 k N/m。2)砼重力。砼容重γ=26 k N/m3,分別以腹板、底板和橫梁進(jìn)行驗(yàn)算。底板,P21=γh=26×(0.42+0.25)= 17.42 k N/m2(為保證支架安全,漸變?yōu)?2 cm進(jìn)行驗(yàn)算);腹板,P22=γh=26×2.9=75.4 k N/m2;橫梁,P23=γh=26×4=104k N/m2。3)施工人、機(jī)、料荷載。計(jì)算模板和小楞時(shí),P=2.5 k N;計(jì)算大楞時(shí),P31=1.5 k N/m2;計(jì)算支架立柱時(shí),P32=1 k N/m2。4)振搗砼時(shí)對(duì)水平模板的施工荷載P4=2 k N/m2。
(4)荷載組合。強(qiáng)度按1.2×(模板和支架自重+砼重力)+1.4×(施工人、機(jī)、料荷載+振搗砼時(shí)對(duì)水平模板的施工荷載)計(jì)算;剛度按模板和支架自重+砼重力計(jì)算。
教師結(jié)合函數(shù)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題提出該圖中共有幾個(gè)動(dòng)點(diǎn)?學(xué)生在回答兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)后教師再次提問(wèn):動(dòng)點(diǎn)引發(fā)的變量有哪些,不變量有哪些?并將對(duì)應(yīng)線段的長(zhǎng)進(jìn)行表示。這時(shí)學(xué)生可較好地明確,該問(wèn)題的變量主要為OQ、QA、OP以及PB線段的長(zhǎng)度,不變量為∠BOA的大小、△AOB各角的角度以及△AOB實(shí)際面積等。其主要作用是讓學(xué)生自主完成兩個(gè)以及兩個(gè)以上的問(wèn)題,使學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí),并讓學(xué)生更好地對(duì)問(wèn)題中的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與處理,為了解函數(shù)問(wèn)題中變量與不變量創(chuàng)建條件。
(5)風(fēng)荷載計(jì)算(驗(yàn)算支架穩(wěn)定性)。1)橫橋向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。參照J(rèn)TG D60-2004《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》,風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fwh按式(1)計(jì)算。2)風(fēng)荷載產(chǎn)生的軸向力Q5按式(2)計(jì)算,驗(yàn)算立桿時(shí)力太小,不組合計(jì)算。
式中:K0為設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù),施工架設(shè)期橋梁取K0=0.75;K1為風(fēng)載阻力系數(shù),K1=1.8;K3為地理地形條件系數(shù),山間盆地、谷地取0.8;Wd為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)壓(k N/m2),Wd= W0(K2K5)2=0.637;W0為基本風(fēng)壓值,支架高度為9~14 m時(shí),廣州地區(qū)按10年一遇的頻率,離地高度10 m時(shí)W0=0.3 k N;K2為風(fēng)速高度變化修正系數(shù),支架14 m時(shí)按鄉(xiāng)村建筑物稀少地區(qū)(B類(lèi)地區(qū))考慮,K2=1.056;K5為陣風(fēng)風(fēng)速系數(shù),K5=1.38;Awh為橫向迎風(fēng)面積(m2)。
根據(jù)式(1),支架高度14 m時(shí),每延米橫橋向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fwh=0.75×1.8×0.9×0.8×0.637 ×14×1=8.67 k N。
式中:H為支架最大高度,H=14 m;L為支架底寬;n為立桿根數(shù),n=38根。
1.3.2底模板、小楞、大楞強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算
分別對(duì)底模板底板(空腹位置,橫橋向10 cm× 10 cm木方鋪設(shè),間距為35 cm)和腹板(橫橋向10 cm×10 cm木方鋪設(shè),間距為25 cm),選擇縱向1 m模板進(jìn)行驗(yàn)算;小楞(橫橋向單層10 cm×10 cm木方)底板[空腹位置,橫橋向采用10 cm×10 cm方木鋪設(shè),間距35 cm,支撐木方(順橋向)間距60 cm]和腹板(橫向采用10 cm×10 cm方木鋪設(shè),間距25 cm,支撐木方間距60 cm)進(jìn)行驗(yàn)算;大楞(縱橋向10 cm×10 cm木方)底板(空腹位置,大楞采用10 cm×10 cm方木鋪設(shè),間距60 cm,支撐鋼管架間距60 cm)和腹板(大楞采用10 cm×10 cm方木鋪設(shè),間距60 cm,支撐鋼管架間距為30 cm)進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 底模板、小楞和大楞驗(yàn)算結(jié)果
1.3.3?48鋼管立桿受力計(jì)算
每根立柱所承受的堅(jiān)向力按其所支撐面積內(nèi)的荷載計(jì)算,忽略方木小楞自重不計(jì),則大楞傳遞的集中力(腹板區(qū)域采用60 cm×30 cm,其他區(qū)域均采用60 cm×60 cm搭設(shè)形式,以腹板位置進(jìn)行驗(yàn)算)P1=[1.2×75.4+1.4×(2.0+2.0+2.5)]×0.6 ×0.3=17.9 k N。滿堂式碗扣支架按14 m高計(jì),其自重g=14×0.235=3.29 k N。單根立桿所承受的最大豎向力N=17.9+3.29=21.19 k N。查閱《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》,步距1.2 m,支撐架單根立桿設(shè)計(jì)荷載為30 cm。
(1)立桿穩(wěn)定性。橫桿步距為1.2 m,故立桿計(jì)算長(zhǎng)度為1.2 m。長(zhǎng)細(xì)比λ=L/i=1 200/15.78 =76<80,?=1.02-0.55[(λ+20)/1 000]2= 0.513,則[N]=?A[σ]=0.513×489×215=53.93 k N,N<[N],合格。
1.3.4地基承載力計(jì)算
支架通過(guò)底托、方木板(4 cm×30 cm)坐于基底面上,基底面采用15 cm C20砼層硬化,基底承載力最小可達(dá)2 MPa,即[fg]=2 MPa。碗扣式支架下墊4 cm×30 cm木方,由于支架底托直接作用在木板上,基底采用C20砼進(jìn)行硬化處理,較為平整,可將木方參照為剛性材料。
由立桿穩(wěn)定計(jì)算得N=21.19 k N,P=N/A= 21.19/(0.3×0.3)=235 k N/m2。地基采用15 cm C20砼硬化,考慮砼抗彎拉,地基承載力≥200 k Pa,即壓實(shí)度達(dá)到95%,20 t壓路機(jī)無(wú)明顯輪跡。
滿堂支架搭設(shè)前,嚴(yán)格對(duì)地基進(jìn)行處理,以免地基下沉導(dǎo)致砼澆筑時(shí)支架坍塌,或由于地基持續(xù)下沉導(dǎo)致現(xiàn)澆箱梁產(chǎn)生裂縫,影響橋梁的使用壽命。
2.1支架搭設(shè)的一般要求
(1)模板、支架用鋼材、膠合板需用符合設(shè)計(jì)要求的材料制作,鋼材以GB/T 700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》為標(biāo)準(zhǔn)。
(2)對(duì)鋼管構(gòu)件的外觀尺寸和形狀尺寸進(jìn)行檢查,有凹痕、彎曲、腐蝕嚴(yán)重等較大缺陷者禁止使用。
(3)在?48鋼管支架底部,沿縱橫向設(shè)置掃地桿,掃地桿離地高度為30 cm左右。立桿底部設(shè)置木方或模板墊板。?48鋼管兩個(gè)方向的垂直度控制在20 mm以內(nèi)。
(4)驗(yàn)算模板、支架及拱架的剛度時(shí),其變形值不得超過(guò)下列數(shù)值:1)結(jié)構(gòu)表面外露的模板,撓度為模板構(gòu)件跨度的1/400;2)結(jié)構(gòu)表面隱蔽的模板,撓度為模板構(gòu)件跨度的1/250;3)支架載后撓曲的桿件(橫梁、縱梁),其彈性撓度為相應(yīng)結(jié)構(gòu)跨度的1/400;4)鋼模板的面板變形為1.5 mm。
(5)澆筑砼前,模板應(yīng)涂刷脫模劑,外露面砼模板的脫模劑應(yīng)采用同一品種,不得使用廢機(jī)油等油料,且不得污染鋼筋及砼的施工縫。
(6)支頂上澆筑箱梁時(shí),各構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生一定的撓度,施工中支頂需預(yù)增加一定的預(yù)拱度。
(7)支架使用過(guò)程中應(yīng)避免產(chǎn)生偏心荷載,如泵送砼時(shí)。應(yīng)隨澆隨搗,以免產(chǎn)生較大的集中荷載,使支架偏心受荷。裝卸其他物料時(shí)應(yīng)防止支架產(chǎn)生偏心、振動(dòng)和沖擊。
(8)上部砼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到95%以上時(shí)方可拆卸支架。拆除由上而下進(jìn)行,先裝部分后拆,后裝部分先拆;先拆除非承重部分,后拆除承重部分。嚴(yán)禁上下同時(shí)作業(yè)。
2.2碗扣式鋼管支架搭設(shè)工藝
(1)碗扣式鋼管支架搭設(shè)的工藝流程為基礎(chǔ)處理→安放墊板→安放底座→豎立管、安裝橫桿組成方框→縱向裝橫桿加立管至需要長(zhǎng)度→安裝剪刀撐、掃地桿→檢查支架。
(2)支架的搭設(shè)直接在砼墊層上進(jìn)行。在砼墊層上拉線,安放底座。同一側(cè)底座應(yīng)在一條直線上,應(yīng)保持底座在同一水平線上,少量高差通過(guò)可調(diào)支座調(diào)整。
(3)立好橫向內(nèi)外側(cè)2根立管,裝好2根橫向水平桿,其豎向間距至少1.2 m,形成一個(gè)方框。
(4)一人扶直方框架,另一個(gè)人將縱向水平桿一端插入已立好的立管最下面一個(gè)碗扣內(nèi),另一端插入第三根立管下碗扣內(nèi),裝上橫向水平桿,形成一個(gè)穩(wěn)定的方格。
(5)繼續(xù)向縱向搭設(shè)直至所需長(zhǎng)度,注意保證立管成行、水平成線。第一步縱向水平桿應(yīng)拉線或用水準(zhǔn)儀找平。
(6)水平桿葉片插入立管下碗扣時(shí),應(yīng)檢查葉片是否緊貼立管,而后將上碗扣套入所有的葉片,用手錘將上碗扣順時(shí)針?lè)较虼驌?,使上碗扣螺栓臺(tái)階在定位銷(xiāo)下固定。
普通預(yù)應(yīng)力箱梁施工,滿堂支架搭設(shè)是其中一道關(guān)鍵施工工序。只有嚴(yán)格做好地基處理、支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算、支架搭設(shè)、預(yù)壓等過(guò)程控制,才能有效防止支架坍塌等安全事故發(fā)生,保障施工項(xiàng)目的安全和質(zhì)量。
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中圖分類(lèi)號(hào):U445.46
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B
文章編號(hào):1671-2668(2016)03-0208-03
收稿日期:2016-01-16