单箱三室预应力混凝土连续梁桥箱梁施工技术

田复之

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550003)

1 工程概况

望谟县宁波大桥主桥为40 m+60 m+40 m预应力混凝土现浇连续单箱三室箱梁，桥宽20 m，底板总宽15 m，翼板宽度2.5 m，翼板根部高50 cm，边缘20 cm。箱梁根部高截面高360 cm，腹板厚度80 cm，底板厚70 cm，顶板厚25 cm，中跨1/4跨径和边跨1/2跨径处箱梁截面高240 cm，底板厚50 cm，腹板厚度65 cm。箱梁合拢段梁高2 m，墩顶处为3.6 m实心梁段。箱梁混凝土强度C50。

2 支架总体方案设计

主桥支架采用盘扣式钢管满堂支架，跨越城市道路处设置门洞跨越，跨越河流处设置栈桥加钢管支架跨越。支架体系从下到上为地基、混凝基础(或栈桥基础或桩基础)、φ630×12mm钢管立柱(跨越道路或河流处)、φ400×8mm钢管立柱(跨越道路或河流处)、45号工字钢横梁(跨越道路或河流处)、贝雷纵梁(跨越道路或河流处)、16号工字钢横梁(跨越道路或河流处)、钢管支架、16号工字钢横梁、10×5 cm的方木及15 mm厚竹胶板模板。

支架竖向步距1.5 m，箱梁顶部加密为1 m，横向间距为1.5 m，在腹板处加密为0.9 m。在梁端箱梁高度为3.6 m～3.2 m范围内，支架纵向间距为0.6 m；梁高在3.2 m～2.5 m范围，支架纵向间距为0.9 m；梁高小于2.5 m范围内，纵向间距分别为1.2 m和1.5 m。箱梁空箱处以及腹板下满铺φ48钢管为次楞，钢管用铁丝固定在工字钢上，翼板处设置间距为0.25 m的10 cm×5 cm的方木作为次楞。

3 施工工艺技术

3.1 地基处理

承台施工完毕后，先用砂土对支架范围内进行分层回填，回填压实度不低于96%。

3.2 基础施工

地基处理完毕后，在支架范围内浇筑20 cm厚C20混凝土(门洞及河流处除外)作为支架基础，基础四周设置0.3 m×0.3 m截面的排水沟，排水沟需采用砂浆硬化8 cm，以便雨水及时排出，排水沟与路线水系水沟连通，将雨水引进排水沟，确保地基部位不上水，不浸泡，保持基础的稳定性。门洞及跨越河流处的基础按设计要求施工，确保基础质量和设计高程准确。

3.3 支架搭设

(1)第一跨(边跨)支架

本桥第一跨跨余姚大道处采用型钢和钢管立柱搭设双门洞直接跨越，现浇箱梁支架门洞自下而上为22 m×1 m×1 m的C20混凝土独立基础、φ400×8 mm钢管立柱、双Ⅰ45b工字钢横梁、I28工字钢纵梁、下I16工字钢横梁、钢管支架、上I16工字钢横梁、φ48钢管以及15 mm厚的竹胶板。

钢管立柱采用Φ400 mm钢管，壁厚8 mm，立柱间距按2.3 m、2.425 m、2.375 m、2.4 m、2.4 m、2.375 m、2.425 m、2.3 m布置。每一排立柱顶安装24 m长双Ⅰ45a工字钢横梁，在双Ⅰ45a工字钢横梁上搭设Ⅰ28工字钢纵向分配梁，间距为50 cm，于45a工字钢上根据立杆纵向间距布置下16号工字钢横梁。钢管支架搭按2中要求的间距搭设。

(2)第二跨(主跨)支架

第二跨跨越望谟河，先施工栈桥基础，然后在栈桥基础上依次搭设钢管立柱、贝雷梁以及钢管支架的施工方法跨越。栈桥基础为22 m×1.5 m×1 m的C25钢筋混凝土，栈桥基础上设置Φ630×12 mm钢管立柱，纵向间距为9 m，横向间距为3.9 m，高6.3 m。立柱采用20号槽钢作剪刀撑增加立柱的稳定性，立柱顶端搭设双I45工字钢横梁，横梁上纵向搭设贝雷片纵梁，腹板处间距为45 cm，其它地方间距为90 cm。贝雷片纵梁顶按钢管立杆纵向间距布置I16工字钢支撑钢管立杆。

(3)第三跨(边跨)支架

第三跨地基为回填杂土，地基承载力不能满足要求，在2#、3#墩承台上搭设3 m高的φ630 mm×12 mm的钢管立柱，由于承台不够横桥向布设6根钢管立柱，需在承台两侧各开挖1颗桩径1.2 m的桩基，桩基嵌入岩层，再把两侧桩基和承台用C30混凝土浇筑成整体基础，上搭设3 m高钢管立柱。在2#墩、3#墩之间横桥向开挖桩径1.2 m的桩基共6颗，横向间距为3.9 m，纵桥间距9 m，共需要3排。桩基上横桥向搭设45号工字钢，工字钢纵向间距与基础下桩基纵向间距一致为9 m，再在工字上搭设贝雷片纵梁，贝雷片在腹板处间距为45 cm，其它地方间距为90 cm。贝雷片搭设完后，在其上满堂支架，支架可调底托放置在16号工字钢上。

3.4 支架预压

浇筑混凝土前应对支架进行预压，以检验支架的刚度、承载力，同时消除支架的非弹性变形，确保支架系统的强度、刚度和稳定性，支架弹性形变以支架设置预拱度的方式予以消除。支架的预压荷载不得小于现浇箱梁混凝土重量与模板自重及施工荷载之和的1.2倍。

预压范围为整体箱梁，采用砂袋预压，每跨先加载跨中部位，由跨中向墩顶推进，按预压单元分三级加载，第一级加载60%，第二级加载至80%，第三级加载至100%，每级加载完成后，间隔12 h对支架的沉降进行一次检测，当支架沉降量的平均值小于2 mm时再进行下一级加载。

当各监测点最初24 h的沉降量平均值小于1 mm或各监测点终点最初72 h的沉降量平均值小于5 mm时，判定支架预压合格。卸载过程与加载过程相反。

3.5 模板及钢筋施工

钢筋加工及安装为常规施工工艺，模板均采用竹胶板加背楞的模板结构方式，均为常规施工工艺。

3.6 预应力工程

预应力工程施工为常规施工工艺，按规范施工，在此不作累述。

3.7 混凝土浇筑

混凝土浇筑分两次浇筑，第一次混凝土先浇筑底板、腹板、中横梁、端横梁，浇到腹板与顶板间的倒角处，第二次浇筑顶板及翼板混凝土，两次混凝土浇筑时间间隔不大于7 d。

梁体混凝土浇筑顺序：对于纵坡较大的应从低处向高处进行浇筑，对一般梁体要先浇筑各跨跨中部分(L/4～3L/4)，后浇支点部分。同一联梁浇筑点从一端向另一端水平分层、斜向分段、两侧腹板对称、连续浇筑。混凝土浇筑时采用分层浇筑、振捣，每层厚度为30 cm。

3.8 支架拆除

现浇箱梁支架必须在混凝土箱梁施工完成后(预应力箱梁桥所有预应力钢束管道灌浆完成且混凝土箱梁强度达到100%。普通钢筋混凝土箱梁混凝土强度达到100%后方可拆除，支架拆除顺序为先跨中，后支点，同时遵循对称、少量、多次、逐渐完成的原则。

4 支架计算

根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》(JGJ231-2010)要求，支架荷载在允许荷载范围内，不再对盘扣支架进行验算，只验算栈桥和门洞处相关构件。

4.1 栈桥验算

(1)荷载统计

根据荷载统计显示，钢管立杆下支反力见表1。

表1 钢管立杆支反力统计表

根据荷载统计表显示，向下传递最大力为3.6 m梁高处的立杆，故只验算腹板下的构件。

(2)16#工字钢横梁验算

腹板下16#工字钢验算

采用MIDAS/Civil结构计算软件建立计算模型，取三跨连续梁建立计算简图如图1。

图1 计算

经过计算，16工字钢横梁最大弯拉应力为σmax=64.65 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=61.96 MPa<125 MPa，lmax=0.19 mm

(3)贝雷片主梁验算

贝雷片纵梁取3.6 m梁高下的一跨贝雷片计算(偏安全)，所受集中力为16工字钢横梁最大支反力P=52.34 KN，集中力间距为16工字钢横梁间距。

图2

经过计算，贝雷片主梁最大弯拉应力为σmax=257.52 MPa<[σ]=1.3×215=279.5 MPa，τmax=73.3 MPa<1.3×125=162.5 MPa，lmax=16.53 mm

(4)45工字钢横梁验算

45工字钢横梁所受集中力为P=375.4 KN，由于工字钢为双45工字钢，按单片工字钢计算，其所受集中力为187.7 KN，集中力位置为贝雷片纵梁位置。

经过计算，16工字钢横梁最大弯拉应力为σmax=182.5 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=96.6 MPa<125 MPa，lmax=2.8 mm

(5)63钢管立柱验算

经过计算，63钢管立柱最大应力为σmax=56.96 MPa<[σ]=215 MPa，一阶、二阶、三阶稳定系数为126、4.515及无穷大，满足要求。最大支反力为P=1 109.54 KN(基础所受集中力)。

(6)基础验算

基础为C25钢筋混凝土基础，标准强度为17.5 MPa，长22 m，宽1.5 m，高1.5 m，钢管立柱与基础接触面积A=3.141 5×(0.63/2)2=0.311 7 m2，基础所受集中力为P=1 109.54 KN，则基础应力为σ=P/A=1 109.54/0.311 7/1 000=3.6 MPa<17.5 MPa，满足要求。

(7)地基承载力验算

基础传递给地基的力为P=1 109.54 KN，基础以45°角传递给地基，则基础受力面积A=1.5×3=4.5m2，则地基承载力应大于σ=P/A=1 109.54/4.5/1 000=0.25 MPa，故地基应采取相应措施使其承载力大于0.25 MPa。

4.2 门洞验算

门洞各型钢及钢管立柱的验算取梁高2.5 m处腹板下的钢管立杆传递荷载为计算依据。

(1)16工字钢横梁验算

腹板下16工字钢取两跨计算，所受集中力为P=72.8 KN，计算跨径为28工字钢纵梁间距0.5 m。

经过计算，16工字钢横梁最大弯拉应力为σmax=37.73 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=63 MPa<125 MPa，lmax=0.1 mm<500/400=1.24 mm，满足要求。最大支反力为P=53.17 KN，则贝雷片纵梁所受集中力为P=53.17 KN。

(2)28工字钢纵梁验算

28工字钢所受荷载为16工字钢向下传递的支反力P=53.17 KN，计算跨径5 m。

经过计算，28工字钢纵梁最大弯拉应力为σmax=207.83 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=53.55 MPa<125 MPa，lmax=9 mm<5 000/400=12.5 mm，满足要求。最大支反力为P=225.16 KN，则45工字钢纵梁所受集中力为P=225.16 KN。

(3)45工字钢横梁验算

45工字钢横梁所受荷载为28工字钢向下传递的支反力P=225.16 KN，横梁为双工字钢横梁，计算时按单片梁计算，故其所受集中力为P=112.58 KN，计算模型按设计图整梁验算。

经过计算，45工字钢横梁最大弯拉应力为σmax=80.03 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=67.48 MPa<125 MPa，lmax=0.74 mm<2 300/400=5.75 mm，满足要求。最大支反力为P=558.14 KN(φ40钢管立柱所受集中力)。

(4)φ40钢管立柱验算

经过计算，φ40钢管立柱最大应力为σmax=113.3 MPa<[σ]=215 MPa，一阶、二阶、三阶稳定系数为26.01、2.2515及无穷大，满足要求。最大支反力为P=1 116.28 KN(基础所受集中力)。

(5)基础验算

基础为C25钢筋混凝土基础，标准强度为17.5 MPa，长22 m，宽1 m，高1 m，φ40钢管立柱与基础接触面积A=3.141 5×0.32=0.283 m2，所受集中力为P=1 116.28 KN，则基础承担的应力为σ=P/A=1 116.28/0.283/1 000=3.94 MPa<17.5 MPa，满足要求。

(6)地基验算

基础传递给地基的力取钢管立柱最大支反力P=1 116.28 KN，基础以45°角传递给地基，则基础受力面积A=1×2.6=2.6 m2，则地基承载力应大于σ=P/A=1 116.28/2.6/1 000=0.43 MPa，故地基应采取相应措施使其承载力大于0.45 MPa。