段高陵

(西安航空学院, 陕西 西安 710077)

1 工程概况

渝昆高速跨线桥位于重庆市永川境内，距重庆约57km[1]，桥长92.00m,分为3孔，桥跨度为(25+35+25)m，桥宽13.25m，净宽12.25m，交角90°，底板宽4.50m，箱梁高16.50m，属于PC现浇箱梁结构，桥梁左幅完全利用渝昆高速G85∶57段，桥梁右幅新建相同跨径的预应力混凝土箱梁箱。桥梁上部采用后张法预应力混凝土连续箱梁施工。下部为(8棱角)柱墩和柱式墩台，墩台为桩式基础结构。

2 施工支架方案设计

2.1 满堂式支架基础

桥梁第1孔(25m)、第3孔(25m)位于地面，第2孔(35m)位于渝昆高速公路上。第1孔、第3孔采用原地满堂式支架的地基，原地面需进行压实处理，压实度>96%，并填筑60cm砂砾垫层，增加地基的整体承载能力，砂砾垫层压实度>96%。砂砾垫层上填筑水泥(厚30cm、宽20m)以稳定砂砾基层。水泥层横向坡度设置为单向1%，先用振动压路机进行微振稳压(1遍)，再进行大振压实(2～3遍)，压实度>96%，保证超宽PC箱梁现浇施工支架方案的地基承载力符合施工要求[2]。

2.2 底座与支架设计

底座：利用路缘石模型制备混凝土(C30)PC构件，其规格为40cm(宽)×20cm(高)。为保证支架的稳定性，需扩大基础，增加基础的受力面积，减少地基的附加压力。

支架： PC箱梁采用碗口施工支架，支架纵向间距为0.7m，横向间距为0.7m。两侧翼板设计宽度为1.9m，因为上部施工作业面超宽，所以两翼板宽设定为2.6m，预留0.6m宽作业面，横向间距为1.4m，纵向间距为0.8m[3]。

行车通道门架布置：行车道门洞预留为4.5m(宽)×5.0m(高)。门洞两侧搭设门架，纵向10排，间距0.4m；横向24排，间距0.8m。门洞中间隔离带立杆为7排，间距为0.4m；横向24排，间距为0.6m。车道顶部依据桥走向搭设20排I40a工字钢，间距0.7m，工字钢上搭设满堂式支架，支架上面安装顶托，顶托依据桥向铺设规格为14cm×6cm的槽钢，槽钢上面铺设规格为10cm×10cm方木，方木上铺设厚度为1.2cm的竹胶板，横坡依据顶托进行调整。为保证行车安全，在工字钢下铺设厚度为0.8cm的竹胶板，并将其作为顶棚。

剪力撑、楔形块间连接：施工支架建设完成后，要进行横向、纵向剪力撑排列，每个纵断面外围、内侧对角线上要加设剪力撑，剪力撑由2根钢管连接，中间、两端由3个转向扣件固定，钢管搭接长度大于1m[4]。

纵横箱梁设计：由于箱梁底标高的变化，箱底、两翼采用槽钢作为骨架，槽钢型号为I14a，利用小杂木垫填充槽钢与顶托的缝隙，提高钢板的抗变形能力、施工支架的稳定性。槽钢内放置衡量方木，其规格为10cm×10cm，间距为25cm，方木上铺竹胶板，规格为2.430m(长)×1.230m(宽)×0.013m(厚)。两翼外侧面铺设横、竖肋，竖肋规格为10cm×7cm的方木，间距为0.2m；横肋规格也为10cm×7cm的方木，间距为0.4m。模板加固采用标号为12的穿墙螺杆，外侧采用普通钢管进行稳定支撑，钢管与外侧支架通过扣件连接。

3 施工支架构件负荷与稳定性验算

3.1 现有负荷

箱梁尺寸：顶宽为13.25m，底宽为4.50m，梁高为16.50m。

1)施工人员、设备、建筑材料负荷W1=2.600kN/m2；2)冲击荷载W2=2.600kN/m2；3)混凝土自重负荷W3=28.000kN/m2；4)模板、支架自重负荷W4=1.800kN/m2；5)Q235钢材负荷参数:弯曲应力[σw]=14.8MPa，剪应力[τ]=2.5MPa，弹性模量E=12GPa；6)碗口负荷参数:45钢立柱规格φ49mm，壁厚3.8mm，弯曲应力[σa]=215MPa，钢管截面最小回转半径i=1.59×10-2m，截面积A=4.90×10-4m2，惯性矩I=1.222×10-7m3，抵抗矩W=5.12×10-6m3，弹性模量E=2.16×105MPa。

3.2 负荷组成计算

混凝土自重负荷W3=28.000kPa/m2，其分项系数为1.3；模板自重负荷W4=1.800kPa/m2，其分项系数为1.3；施工负荷W5=2.800kPa/m2，其分项系数为1.6；混凝土浇筑产生的冲击负荷W6=2.800kPa/m2，其分项系数为1.6；混凝土泵送时产生的冲击负荷W7=2.400kPa/m2，其分项系数为1.6。因此负荷组成的计算公式如下：

1)强度q强。

q强=W3+W4+W5+W6+W7

未进行混凝土泵送时，可以忽略混凝土泵送的冲击负荷，即q强=W3+W4+W5+W6。

2)刚度q刚。

q刚=W3+W4

3.3 施工支架强度、稳定性验算

1)箱梁钢筋混凝土自重负载。

两翼板自重负载：W翼=8.45kN/m2。

箱梁腹板自重负载：W腹板=52.70kN/m2。

顶、底板自重负载：W顶=W底=33.64kN/m2。

2) 腹板底模板强度。

腹板底模板面板采用竹胶板铺设，支架设置在方木上，方木间距为0.2m，则自重负载为:W腹板=10.340kN/m2。最大弯矩：Mmax=0.05kN·m。方木规格为A-4，最大拉应力为13MPa。

由此可知,模板间净间距h值小于最小净间距hmin，hmin=12mm。

3)两翼边缘满堂式脚手架受力性能分析。

两翼施工支架布置：纵向间距为1.2m，横向间距为0.6m。两翼边缘处支架立杆的受力计算：施工人员、设备、原料自重负载N1=1.800kN，冲击负载N2=1.800kN；箱体自重负载N3=W翼·A=6.900kN；板与支架自重荷载N4=1.080kN。

负载组合f(N)的计算公式为：

f(N)=N1+N2×1.4+N3+N4×1.2=18.412(kN)

由此可得满堂式支架立杆受力为18.412kN。

施工支架采用φ48mm、壁厚3.5mm的钢管，横截面面积为489mm2，则回转半径r为：

式中:d1，d2分别为钢管内径、外径。

抗压强度σ为：

式中：P为试件破坏荷载；S为试件承压面积。

利用力学理论，计算压杆的长度l0为：

l0=kμH=0.83m

式中：k为附加系数，依据施工要求，取值为1.155；μ为立杆长度的单位系数，取值为1.2；H为立杆间步距，取值为0.6m。立杆长/细比值为λ=l0/d=52.6，稳定系数φ值为0.491，而且σ小于许用应力(205MPa)，说明施工支架符合超宽PC箱梁现浇筑施工支架的抗压要求[5]。

3.4 验证横向箱梁安全性

横向箱梁横截面为10cm×10cm，横截面中心点与箱梁中心间距为0.6m。箱梁的抗拉强度为13MPa，抗剪强度为1.4MPa，箱梁间距为0.2m。在最大静载(或活载)下，计算可得横向箱梁最大拉应力为3.54MPa，小于抗拉强度13MPa，最大剪应力为0.591MPa，小于抗剪强度1.4MPa，因此横向箱梁的剪应力、拉应力符合要求。

施工支架允许挠度f允许=L/400=1.5mm，其中L为箱梁中心间距，计算可得单支梁的最大挠度fmax=0.45mm

3.5 计算立杆地基附加应力

由《施工结构计算与设计手册》可知施工支架的立杆自重负载Gk计算公式为：

Gk=α×H0×gk1+gk2+gk3

式中：H0为立杆高度，取值为1m；α为纵向间距，取值为0.6m；gk1为支架平均自重负载，取值为0.18kPa；gk2为配件平均自重负载，取值为0.15kPa；gk3为局部构件平均自重负载，取值为0.10kPa。计算可得Gk=0.258kPa。

支架自重作用于地基的均布负载Pk为：Pk=1.5Pgk=1.62kPa，其中Pgk=1.08kPa。

箱梁、外模和设备的自重荷载P自重=168.5kPa

地基附加应力值为：Pd=P自重+Pk=170.12kPa。

为满足施工要求，在支架施工前，对地基作换填处理，处理材料为6%的粉砂灰土。粉砂灰土最佳干密度为1.65g/cm3，最佳含水量为 21.3%，每层灰土松铺厚度小于0.3m。先用振动压路机进行微振稳压(1遍)，再进行大振压实(2～3遍)，压实度>95%。地基换填后，采用触探设备对地基承载力进行检查，保证承载力大于200kPa。地基承载力符合施工要求后，其上铺设0.3m厚水泥，以此稳定砂砾，完成支架的地基处理。

设计施工支架时，在两侧墩位处砌筑0.2m(厚)×2.0m(高)×4m(长)的片石挡土墙，以提高对周边土的约束作用，防止墩位侧面出现松土现象。挡土墙使墩位土体处于三向受压状态，增强土基的承载力，使地基稳定性符合要求。

4 结束语

本文对渝昆高速跨线桥PC箱梁施工方案中方木和支架的强度、稳定性，以及地基承载力进行了验算，其结果显示：相关数据符合施工要求，说明施工支架设计方案可行，可为国内其他超宽PC箱梁现浇施工支架方案设计提供理论支持。