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(1.湖南建工交通建設(shè)有限公司, 湖南 長沙 410000; 2.寧波軌道交通集團有限公司，浙江 寧波 315000)

箱型現(xiàn)澆梁式橋的支架預壓荷載研究

黃志波1,何山2

(1.湖南建工交通建設(shè)有限公司, 湖南 長沙 410000; 2.寧波軌道交通集團有限公司，浙江 寧波 315000)

近年國內(nèi)發(fā)生多起橋梁支架預壓安全事故，警示須從地基承載力、預壓荷載確定、支架設(shè)計、預壓材料選用等多方面詳細探討，包括知曉預制混凝土塊預壓和水箱預壓等方案的優(yōu)缺點。為此分析了預壓荷載存在偏載現(xiàn)象，與澆筑混凝土時對支架施加的力有不同的影響；強調(diào)當箱梁采用分次澆筑時，底板先行澆筑，待其具有一定強度時再進行上部頂板澆筑，此時底板因為具有一定的抗彎強度和剛度，使得此時支架所受的力發(fā)生轉(zhuǎn)移。過大設(shè)計預壓荷載與實際工況是不相符合而且危險的。

梁式橋； 箱梁現(xiàn)澆；支架預壓；貝雷梁；荷載確定；預壓方法；橋梁監(jiān)測

0 引言

近年多地多處在建工地使用可以方便交通的門式支架(見圖1)。施工過程中支架預壓偶見“貝雷梁”發(fā)生事故，重達幾百噸的“貝雷梁”發(fā)生傾斜甚至坍塌。事故中多發(fā)生施工人員被砸傷致死的悲劇。在橋梁施工中，進行預壓試驗是必要步驟。實際施工中，施工前預設(shè)計的力學模型和實際的力學模型偏差太大，在加載過程出現(xiàn)了問題，導致出現(xiàn)事故。因此應從施加荷載計算本身去思考。

1 支架預壓的目的和有關(guān)規(guī)定

1.1 支架預壓的目的

支架預壓是施工規(guī)范和設(shè)計要求的必要安全質(zhì)量技術(shù)措施之一。簡言之，支架預壓試驗就是在正式澆筑混凝土前，對支架進行配重試驗，模擬橋的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載，以檢測下部的支架穩(wěn)定性、剛度、強度是否能夠承擔梁的荷載，并消除地基非彈性沉降的影響，消除支架非彈性變形的影響[1]。

支架預壓目的：收集相關(guān)數(shù)據(jù)，指導后期箱梁施工；通過預壓來檢驗現(xiàn)澆支架剛度、強度及穩(wěn)定性；通過模擬施工澆筑砼加載過程，分析觀測結(jié)果來計算現(xiàn)澆支架的彈性變形和非彈性變形值，確定施工時底模應設(shè)置的預拱度，為后續(xù)施工模板的設(shè)置提供依據(jù)；實測支架承受施工荷載引起的彈性變形驗證計算模式；消除受載后由于桿件接頭的擠壓和卸落設(shè)備壓縮的非彈性變形。

1.2 相關(guān)規(guī)范的規(guī)定

關(guān)于鋼筋混凝土和預應力混凝土現(xiàn)澆梁式橋的支架預壓問題，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)如下規(guī)定：梁式橋現(xiàn)澆支架的預壓應根據(jù)支架的類型和結(jié)構(gòu)型式、地基的沉降量和承載能力，以及荷載大小等因素確定[2]。

2 常見支架預壓實施方法和預壓荷載的計算實例

2.1 預壓荷載的實施方法

支架預壓施工步驟為：預壓準備(進行技術(shù)交底、施工人員安排、機械設(shè)備布置、加載預壓材料準備)→箱梁現(xiàn)澆支架按設(shè)計圖安裝完畢→支架進行檢查驗收→觀測點布設(shè)標記→分級加載→觀測記錄→靜置穩(wěn)定并觀測記錄→數(shù)據(jù)整理及分析→預壓試驗結(jié)果報告→支架及箱梁底模調(diào)整。

1)預壓前的準備工作[3]。

支架預壓前應做好如下工作：設(shè)置安全圍欄及安全警示，場地內(nèi)配有充足照明；準備壓重荷載備足壓重用的鋼材和砂袋；落實機械及人員，對施工人員進行技術(shù)交底和安全教育；進行全面檢查現(xiàn)澆支架拼裝，觀測點做好標記；制定緊急安全預案措施。

2)預壓加載：根據(jù)方案選擇加重材料，加載重量按實際施工時箱梁梁體和箱梁內(nèi)、外側(cè)模和施工荷載總重量計算值進行堆載預壓；每加載一級過程都應模擬箱梁混凝土施工過程進行，每一級加載完畢靜置1 d后測量預壓點的變化值，經(jīng)分析確定安全后按需繼續(xù)進行加載。

3)預壓監(jiān)測。

靜載試驗需測試的主要數(shù)據(jù)有：箱梁底模的撓度、貝雷梁的撓度，堆載預壓前需對各測量點作詳細標注，并進行編號[4]。試壓過程均需測量相關(guān)數(shù)據(jù)，堆載試壓完畢后將測量數(shù)據(jù)匯總。

4)加卸載過程：堆載預壓時應對支架上所有標示點進行測量，并做好數(shù)據(jù)記錄。如發(fā)現(xiàn)局部變形過大時應立即停止加載，對支架體系進行分析。補強加固后方可繼續(xù)加載。卸載時待每級卸載均觀察完成并做好記錄后再卸載至下一級荷載，并測量記錄支架的彈性恢復情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況應及時匯報做出整改。

5)預壓成果的利用：預壓完成后要根據(jù)預壓成果通過可調(diào)整支架的標高。

2.2 預壓荷載的計算實例

一般預壓荷載組成主要包括：①梁體混凝土自重；②模板自重； ③橫橋向方木自重； ④順橋梁方木自重； ⑤施工人員和施工材料、機具行走運輸或堆放荷載：1.5 kPa；⑥傾倒混凝土時產(chǎn)生的荷載：6.0 kPa；⑦振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載：2.0 kPa。

以下為一箱梁典型截面，假設(shè)在縱向長度范圍內(nèi)非等截面(分為墩頂截面和跨中截面)，長度為L(單位m)，利用CAD技術(shù)點擊得出懸挑部位截面面積，通過平均斷面法進行計算[5]。則兩部位混凝土荷載分別為圖2所示。

圖2 箱梁典型截面 (單位：cm)

1)混凝土自重：

P1 砼=[(S1+S2)/2+S3]×L

2)模板荷載：

P2 模=[P2(懸)+P2(翼)]

3)振搗和人群及施工荷載：

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)施工技術(shù)指標規(guī)定，振搗混凝土時產(chǎn)生的平面荷載取2 kPa，施工人員、機具及材料荷載取1.5 kPa。

P3 施=S?！罫×(2+1.5)

混凝土澆筑前必須進行支架預壓，以實測出支架彈性變形和消除非彈性變形，同時檢驗支架的安全性。預壓重量按全部結(jié)構(gòu)荷載和人員、機具、混凝土傾倒及振搗荷載的1.2倍考慮。故：

預壓荷載=(P1 砼+P2 模+P3 施)×1.2

一般根據(jù)設(shè)計要求，進行復核驗算后，對支架進行預壓。下面是支架預壓監(jiān)測實例圖(見圖3)。

圖3 預壓支架變形圖

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：預壓中的非彈性變形和彈性變形構(gòu)成的總變形是后續(xù)支架施工標高控制的參考，一般來說，總變形沉降控制均應在搭設(shè)中作預留考慮。

3 對預壓荷載計算的合理性的探討

眾所周知，板梁和箱型梁的混凝土澆筑有天壤之別，板梁不論預制還是現(xiàn)澆，都是一次性完成混凝土澆筑，而箱型梁是分底板和頂板2次支模來完成澆筑的，中間間隔時間一般3 d以上。王海如、張麗[6]通過對箱梁澆筑過程中支架的分析和現(xiàn)場試驗，得出在箱梁混凝土底板澆筑過程中，底板的施工荷載全部傳遞到支架上，其受力最大的立桿的軸力時程曲線如圖4所示。由圖4可以看出，在底板澆筑過程中，立桿軸力隨時間增大，在底板澆筑完成后達到最大值12 kN。此時，底板混凝土具有一定強度，在以后澆筑腹板、頂板及翼緣板的過程中，施工荷載能夠通過底板傳遞到兩端支座，而并不是完全傳遞到支架上。這與底板澆筑時支架的受力狀態(tài)完全不同。因此，深入探討當前施工界的支架預壓荷載的計算合理性十分必要。

圖4 混凝土澆筑過程中最大的立桿時程曲線

根據(jù)現(xiàn)場測試，底板澆筑后兩三天在內(nèi)部支撐頂板模板時，底板混凝土強度已經(jīng)超過C20以上，此時底板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以將再次施加給底板的模板及施工荷載傳遞至箱梁的支座。所以，傳統(tǒng)計算將二次澆筑的預壓荷載合并計算一次施加給地板以下的支架的計算方法是不科學的，而且根據(jù)計算而采用的過大的預壓荷載給模板支架體系造成施工安全隱患。

3.1 箱型梁的混凝土主要分2次澆筑

箱型梁和板式梁的混凝土澆筑工序差異性，板式梁無論預制還是現(xiàn)澆，都是一次完成混凝土澆筑，但箱型梁因為內(nèi)模的施工必須在底板澆筑后進行，施工人員從人孔進出箱體。完整的箱型梁施工工序一般將箱梁底板和頂板分開澆筑。

3.2 實際施工箱梁支架受力與上述計算的不符原 因

上述計算荷載把混凝土全部重量一次計算作為自重之一，并未考慮箱梁是按照2次加載而且內(nèi)力的傳遞。

其一，當?shù)装鍧仓笥袟l件施工頂板內(nèi)模時，底板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以向梁兩端傳力，即支架實際受力跟計算時候的100%甚至加大1.2倍，與實際箱型梁的施工工況是不匹配的。

其二，常常發(fā)生事故的加載預壓方式多是預制混凝土塊(見圖5) 。這與實際施工澆筑頂板混凝土也是不相符合的，澆筑混凝土是分層、分段、均勻、對稱慢慢完成全部施工，但支架預壓所用的預制的混凝土大塊頭，如事故圖中所示，一塊吊裝上去，放在哪一處都馬上產(chǎn)生極大的偏載，對支架產(chǎn)生極大拉應力和剪切破壞，對支架地基基礎(chǔ)，均衡勻速加載和忽然大荷載的沖擊力效應也完全不同；主要是由于支架上部構(gòu)件不堪偏載拉壓破壞的原因，支架傾斜或坍塌，事故不斷。所以，對于1次澆筑和2次澆筑的梁體，對于支架預壓荷載確定明顯不同。

圖5 門式支架預壓坍塌事故現(xiàn)場混凝土塊

4 結(jié)論

1)強化理論計算和施工質(zhì)量驗收，因箱型梁分次澆筑自身結(jié)構(gòu)應力分布后減輕了支架荷載，不宜過大設(shè)計預壓荷載。設(shè)計施工計算應該根據(jù)具體工程情況詳細計算，避免理論和實際脫節(jié)。為防止箱梁安全質(zhì)量事故，科學合理地計算和組織支架預壓施工是必要的，施工中要加強貝雷梁或支架的橫向聯(lián)系，避免不均勻加載產(chǎn)生風險。

墩梁式支架采用貝雷梁作為縱梁，鋼管樁支墩作為臨時支墩。貝雷梁作為受力縱梁，其橫向剛度通常較弱，在使用前，貝雷梁采用型鋼和U型卡將各片連接成整體，軍用梁全部吊裝就位后，安裝聯(lián)系桿，使各片梁予以固定。然后沿梁橫向鋪設(shè)鋼枕。支架結(jié)構(gòu)的搭建要穩(wěn)固，桿件連接牢靠。門式支架的施工及預壓是安全監(jiān)控的重點。

2)建議采用合理的預壓方法，前述預壓用的混凝土塊既不科學也不環(huán)保，可利用沙袋和鋼筋材料堆載；也可利用鋼板制作水箱(或者租用)，支架預壓的水箱的平面布置和水箱高度，均應根據(jù)預壓方案科學確定，合理加水，均勻?qū)ΨQ地勻速加壓，模擬混凝土澆筑的順序和重量。

3)做好現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控優(yōu)化調(diào)整設(shè)計參數(shù)，支架預壓施工現(xiàn)場應做好統(tǒng)計記錄工作，實時監(jiān)測支架的平面及高程變化，對安全狀態(tài)包括地面的沉降都應做好相關(guān)監(jiān)測測量工作[7]。并將成果指導施工參數(shù)，做好安全技術(shù)動態(tài)信息化管理。

[1] 重慶市軌道交通三號線南延伸段工程箭灘河大橋工程數(shù)據(jù)庫[Z].2013.

[2]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]楊文淵，徐犇.橋梁施工工程師手冊(第2版)[M].北京：人民交通出版社, 2003.

[4]何山.連續(xù)梁拱橋施工監(jiān)測監(jiān)控與成橋分析[J].鐵道勘察, 2016, 42(5).

[5]趙恒.現(xiàn)澆箱梁支架的荷載與預壓方案[J].城鄉(xiāng)建設(shè),2012(34) .

[6]王海如,張麗. 亦莊線箱梁澆筑期滿堂模板支架的設(shè)計與分析[J]. 市政技術(shù),2010(S2):202-204.

[7]竺維彬,張志良,林志元.廣州地鐵土建工程工法應用與創(chuàng)新[M].北京：人民交通出版社，2014.

[8]王福亮.施工中現(xiàn)澆連續(xù)箱梁臨時支架計算與驗算實例[J].城市道橋與防洪, 2016(8):202-204.

1008-844X(2017)03-0157-04

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2017-04-05

黃志波(1982-)，男，工程師，主要從事道路與橋梁施工管理工作。