劉兆軍

（中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海 200071）

0 引言

“十四五”規(guī)劃以來，我國公路和城市建設(shè)規(guī)模不斷發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。目前我國城市建設(shè)中城市智慧快速路正在高速發(fā)展，城市智慧快速路建設(shè)中無論采用預(yù)制拼裝還是傳統(tǒng)的現(xiàn)澆，都離不開支撐體系，而支撐體系在工程建設(shè)中起到至關(guān)重要的作用，支撐體系的安全是工程建設(shè)中安全重要的一環(huán)。為了工程建設(shè)中支撐體系安全得以保障，大量學(xué)者對工程建設(shè)中支撐體系的計算進(jìn)行了相關(guān)研究，并開發(fā)了相應(yīng)的計算軟件；同時，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）[1]、《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 300—2013）[2]和《路橋施工計算手冊》對地基承載力和支撐體系安全性、穩(wěn)定性做了相應(yīng)的規(guī)定。

目前，對現(xiàn)澆蓋梁支撐體系的設(shè)計主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點和工程環(huán)境直接設(shè)計支撐體系，根據(jù)施工經(jīng)驗對支撐體系設(shè)計好后進(jìn)行驗收，在施工過程中這兩種方法比較常用。本文依托紹興市越東路及南延段智慧快速路工程Ⅱ標(biāo)段上跨蕭甬鐵路工程現(xiàn)澆蓋梁支撐體系作為背景，研究現(xiàn)澆蓋梁支撐設(shè)計。

1 工程概況

1.1 項目概述

紹興市越東路及南延段智慧快速路工程Ⅱ標(biāo)段上跨蕭甬鐵路工程位于浙江省紹興市越城區(qū)，北起前趙大橋交叉口，南至人民東路交叉口，高架樁號范圍K14+685.844—K16+278，總長1.59km。工程范圍內(nèi)高架上跨現(xiàn)狀蕭甬鐵路、現(xiàn)狀大帝山立交，在人民東路交叉口北側(cè)設(shè)一對平行上下匝道。

工程范圍內(nèi)蓋梁為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，主要有主線橋跨墩門式蓋梁、單墩雙柱GL1 型懸臂式蓋梁、組合型蓋梁及匝道橋單墩單柱GL2 型懸臂式蓋梁四種類型，尺寸、跨度不同的非標(biāo)準(zhǔn)型蓋梁很多，且設(shè)計上跨既有道路、水中墩、ZX7-ZX8#墩臨近營業(yè)線，受防洪、道路通行、地形等影響，支架設(shè)計施工難度大。新建陸上墩大部分位于既有二環(huán)東路上，考慮道路交通影響，支架采用鋼管作為支撐柱，采用HN700mm×300mm 的型鋼作為主梁，設(shè)置門洞式支架，本文以組合型支撐體系為研究對象?，F(xiàn)澆蓋梁代表尺寸類型及支架統(tǒng)計詳見表1。

表1 現(xiàn)澆蓋梁代表尺寸類型及支架統(tǒng)計表

1.2 工程地質(zhì)

擬建場地屬蕭紹濱海和沉積平原地貌單元，上部為新近堆積的填土、湖沼和沉積的黏性以及海相沉積的淤泥質(zhì)軟主層，中、下部為沖湖相、河湖相沉積的黏性土層及砂層，下伏基巖為上侏羅系磨石山組（J31）火山碎屑巖，巖性為凝灰?guī)r。

2 現(xiàn)澆蓋梁支架結(jié)構(gòu)

2.1 支撐架組成

總體結(jié)構(gòu)采用鋼管加工字鋼設(shè)置門洞式支架。支架整體設(shè)置5 排鋼管，每排設(shè)2 根鋼管。支撐柱采用φ325mm、δ12mm 鋼管，支撐柱置于橋墩承臺、現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)上。支撐柱頂主梁采用HN700mm×300mm 的型鋼。主梁上采用I25a 工字鋼作為分配梁，長4.0m，間距50cm。

2.2 現(xiàn)澆蓋梁模板

ZX26#墩蓋梁形式、跨度相同，蓋梁長49.8m，寬2.6m，線路中心處高2.8m，底部坡度為0，頂部為2%人字坡。

3 現(xiàn)澆蓋梁荷載取值

模板支架設(shè)計時考慮的荷載標(biāo)準(zhǔn)值詳見表2，鋼材的強度設(shè)計值與彈性模量詳見表3。模板支架的荷載分項系數(shù)：永久荷載分項系數(shù)取1.35；可變荷載分項系數(shù)取1.4[3]。

表2 現(xiàn)澆蓋梁荷載取值表

表3 現(xiàn)澆蓋梁荷載取值表

4 現(xiàn)澆蓋梁支架承載力計算

ZX26#墩蓋梁形式、跨度相同給，蓋梁長49.8m，寬2.6m，線路中心處高2.8m，底部坡度為0，頂部為2%人字坡。

4.1 底模受力驗算

底模表面采用2440×1220×18mm 竹膠板，小楞采用8×10cm 的方木，間距20cm，取混凝土高度最高部分2.8m 驗算[4]。

模板受力按3 跨連續(xù)梁模式進(jìn)行計算，每跨跨度均為0.2m。計算寬度取1m，模板受到的線荷載為q=G’×1m=107.52kN/m。見圖1：受力圖。

圖1 受力圖（單位：kN/m）

4.1.1 彎矩計算

見圖2：彎矩圖。

圖2 彎矩圖（單位：kN·m）

4.1.2 剪力計算

見圖3：剪力圖。

圖3 剪力圖（單位：kN）

4.1.3 彎曲應(yīng)力強度驗算

4.1.4 剪應(yīng)力強度驗算

4.1.5 撓度驗算

故模板的強度剛度符合要求。

4.2 小楞受力驗算

小楞采用8×10cm 的方木，置于分配梁上，分配梁采用工字鋼，工字鋼間距50cm，立柱外側(cè)工字鋼間距20cm。取立柱間的方木按連續(xù)三跨進(jìn)行驗算，該處方木間距20cm，梁高取最高2.8m[5]。

由上述（工字鋼間距50cm，立柱外側(cè)工字鋼間距20cm，q=G’×0.2m=21.50kN/m）可知：

4.2.1 彎曲應(yīng)力強度驗算

4.2.2 剪應(yīng)力強度驗算

4.2.3 撓度驗算

方木的慣性矩：I=666.67cm4

故8×10cm 方木小楞強度、剛度符合要求。

4.3 分配梁受力驗算

配梁采用I25a 工字鋼，間距50cm。

I25a 工字鋼截面參數(shù)：A=48.5cm2，I=5017cm4，W=401cm3，單位重38.1kg/m，鋼管支撐柱中心距2.9m。

為簡化計算取蓋梁高度2.8m，按簡支梁模式驗算分配梁承載力[6]。

4.3.1 彎矩、剪力計算

4.3.2 彎曲應(yīng)力強度驗算：

截面抵抗矩：W=401cm3

4.3.3 剪應(yīng)力強度驗算

4.3.4 撓度驗算

故I25a 工字鋼分配梁強度、剛度符合要求。

4.4 支架受力驗算

總體結(jié)構(gòu)采用鋼管加工字鋼設(shè)置門洞式支架。其中，設(shè)置5 排鋼管，每排設(shè)2 根鋼管。采用φ609mm、δ16mm 鋼管，立柱處支撐柱均置于橋墩承臺上，其他均設(shè)置于鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。主梁采用HN700mm×300mm 的型鋼，主梁與支撐柱間設(shè)鋼砂箱作為落架支座[7]。

4.4.1 主梁受力驗算

主梁采用兩根HN700mm×300mm 的型鋼，型鋼間距2.9m。

HN700mm×300mm 型鋼截面特性：A=235.5cm2，I=201000cm4，W=5760cm3，單位重185kg/m。

型鋼選用Q235 鋼材，取抗拉、抗壓、抗彎強度f=215MPa，抗剪強度fv=125MPa。

每延米模板、分配梁、主梁自重G2=5×2.6+5×0.381/0.5+1.85×2=20.51kN/m。

施工人員及設(shè)備：q1=2.6×1=2.6kN/m（支架計算不納入）。

振搗混凝土?xí)r的荷載：q2=2.6×2=5.2kN/m。

4.4.2 截面1：蓋梁高2.2m（x=1m）

單根工字鋼受力：

4.4.3 截面2：蓋梁高2.24m（x=2.8m）

單根工字鋼受力：

4.4.4 截面3：蓋梁高2.73m（x=27.5m、34.3m）

4.4.5 截面4：蓋梁高2.73m（x=29.5m、32.3m）

4.4.6 截面5：蓋梁高2.8m（x=30.9m）

4.4.7 截面6：蓋梁高2.48m（x=47m）

4.4.8 截面7：蓋梁高2.44m（x=48.8m）

由上可知

綜上所述，該工字鋼承載力符合要求。

支座反力 R1=569.6kN，R2=1259.6kN，R3=1068.2kN，R4=466.6kN，R5=1153.6kN，R6=661.5kN。

4.4.9 鋼管支撐受力驗算

支撐柱采用φ609mm、壁厚為16mm、Q235 材質(zhì)鋼管。幾何特征為：橫截面面積A=299cm2，q=234.4kg/m，橫截面慣性矩I=131782cm4，回轉(zhuǎn)半徑i=21cm。

單根鋼管承受荷載為Qmax=1259.6kN，鋼管長度Lmax=1370cm。

長細(xì)比λ=1370/21=65.2，承載力折減ψ=0.780。

其承載能力[f]=（215×103）×（299×10-4）×0.78=5014.2kN＞1259.6kN

承載能力符合要求。

5 現(xiàn)澆蓋梁地基承載力計算

鋼管立柱底腳優(yōu)先布置與承臺上，其他采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

鋼管支撐柱1、4 立于承臺上不需驗算地基承載力，鋼管支撐柱2、3、5 需進(jìn)行地基承載力驗算。鋼筋混凝土基礎(chǔ)厚25cm，基底換填50cm 厚宕渣，基底地基承載力取100kPa。

鋼管自重G3=13.7×2.344=32.1kN；

N2=806.4+32.1=838.5kN，下設(shè)5×5m 鋼筋混凝土基礎(chǔ)(一排2 根共用)；

N3=923.2+32.1=955.3kN，下設(shè)5×5m 鋼筋混凝土基礎(chǔ)(一排2 根共用)；

N5=446.5+32.1=478.6kN，下設(shè)3×5m 鋼筋混凝土基礎(chǔ)(一排2 根共用)；

Pk2=N2/ A2=838.5 × 2 × 103/（25 × 103）=67.08kPa＜100kPa；地基承載力滿足要求；

Pk3=N3/ A3=955.3 × 2 × 103/（25 × 103）=76.42kPa＜100kPa；地基承載力滿足要求；

Pk5=N5/ A5=478.6 × 2 × 103/（25 × 103）=63.81kPa＜100kPa；地基承載力滿足要求；

綜上所述，該支架承載力符合要求、地基承載力符合要求。

6 結(jié)論

通過對現(xiàn)澆蓋梁支架的施工設(shè)計研究得出以下結(jié)論：

一是為保障現(xiàn)澆蓋梁施工安全，現(xiàn)澆梁所使用的底模、方木、分配梁以及主梁的最大彎曲應(yīng)力強度、剪應(yīng)力強度和撓度需要滿足《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 300—2013）中的要求。

二是現(xiàn)澆蓋梁支架體系的支撐的極限承載力需滿足要求。

三是現(xiàn)澆蓋梁支架體系中的地基承載力需要滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）的相關(guān)要求。