焦作南通路公路桥主桥箱梁的支架预压施工.docx

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时间：2021年x月x日

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
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焦作南通路公路桥主桥箱梁的支架预压施工
摘 要 大型桥梁支架法现浇施工中，支架预压对大跨度预应力桥梁的施工控制尤为重要。本文结合南水北调总干渠焦作市区段南通路跨渠大桥的支架预压实践，提供支架预压施工的设计、施工组织、沉降观测和结果评定等经验，供类似工程施工参考借鉴。
关键词 南水北调施工 支架法施工 支架预压 数据分析
1. 工程概况
南水北调中线一期工程总干渠焦作I段2标南通路公路桥与总干渠相交，位于焦作市解放区，设计采用20+35+20m连续梁跨过总干渠。桥梁采用公路Ⅰ级设计荷载标准。
南通路主桥为单幅桥，工程范围为桩号NK0+280.931～MK0+355.931，长75m，顶板宽35m，底板宽31m。主桥采用小悬臂直腹板单箱七室断面形式，外侧腹板最低处梁高1.6m，顶板厚220mm，底板厚220mm，腹板厚450mm，支点附近加宽至750mm。现浇箱梁采用碗扣式满堂支架施工，箱梁下地基采用30cm厚的三七灰土和20cm厚的C20混凝土进行加固处理，支架预压材料采用沙袋。
2. 支架设计
2.1 荷载计算
a、钢筋混凝土： a＝25.48kN/m3
b、施工荷载标准值： b＝1.0kN/m2
C、振捣混凝土荷载标准值： c＝2.5kN/m2
d、支架及模板荷载： d＝1.0kN/m2
2.2 支架设计
现浇箱梁采用碗扣式满堂支架，支架立杆为标准脚手架钢管，基础为20cm厚的C20混凝土，底托螺栓可调整长度10cm，顶托螺栓可调整长度15cm，第一层横杆离地间距20cm。经结构计算，立杆水平间距在箱梁肋板下为30cm×30cm，箱梁底板下为60cm×60cm，横杆竖向间距为100cm，顶托下加一层水平杆。剪刀撑布置在最外一排立杆底部向主体结构方向与地面成60°夹角，间距2m。
2.3 基础处理
对支架基础进行加固处理，先铺设并经压实30cm厚三七灰土，上部再浇筑20cm厚的C20混凝土。
3 支架预压
3.1 预压目的
（1）检查支架及地基的强度和稳定性；
（2）消除整个支架的非弹性变形；
（3）消除地基的非弹性变形；
（4）求证支架的弹性变形。
3.2 现浇箱梁支架预压施工流程
支架验收→原始标高测量→沙袋就位→加载30%→加载70%→加载100%→加载110%→卸载→变形观测→预压成果报告整理→标高调整。
3.3 支架预压控制参数
模板预拱度由预压弹性变形测量结果绘制沉降曲线，结合模板的设计拱度，并通过调整模板支撑顶托来完成。
模板安装完成后，对其进行预压。支架预压按预压单元分四级加载，依次为单元内预压荷载值的30%、70%、100%和110%。每级加载完成后，每间隔2h对支架沉降量进行一次监测。当支架顶部监测点2h的沉降量平均值小于2mm时，再进行下一级加载。考虑到混凝土振捣产生的动荷载及小型机具等荷载，因工期安排上的问题，不能保证较长预压时间，在采取基底20cm混凝土加固的基础上，预压荷载按混凝土实体重力荷载的1.1倍考虑，预压时间不小于3d。
4 现浇箱梁支架预压程序与步骤
4.1 堆载计算
南通路主桥为连续箱梁，箱梁底部宽31m，翼缘板宽2m，翼缘板厚度较薄（20cm～40cm），重量较轻，故翼缘板不做预压考虑。
中跨端横梁混凝土的体积V=54×1=54m³；
钢筋混凝土的容重2.6t/m³；
端横梁的混凝土重量为：54×2.6t=140.4t 140.4t×2=280.8t(两端端横梁总重）
边跨端横梁的两端端横梁总重为：351t。
35m箱梁总重为2257.03t；20m箱梁的总重为1418.2t。
由于端横梁的重量主要由桥墩承担，故35m和20m箱梁由支架承担的重量分别为1976.23t和1067.2t。考虑施工荷载为5t，故由支架承担的全部荷载总计为1981.23t和1072.2t。分级加载量见表1。
20m和35m箱梁的预压面积为：S1=31×17.654=547.27㎡
S2=31×32.692=1013.45㎡
预压实验采用专用编织袋装砂代替荷载，每只编织袋最大载重量达1t。纵向加载时，宜从跨中向支点处加载；横向加载时，宜从中间向两侧加载，加载或卸载均由人工配合吊车进行。堆载顺序和分层堆载量与混凝土浇筑顺序相同。
4.2 预压标高测量点布置
4.2.1 测点布置
表1 主桥支架预压分级加载表
加载区
　项目名称
30%荷载
70%荷载
100%荷载
110%荷载
合计
20m
荷载（t）
322
751
1073
1180

单袋重量（t）
0.9
0.9
0.9
0.9

加载砂袋数（个）
358
477
358
119
1311
单袋覆盖面积（㎡）
1.53
1.15
1.53
4.60

方格尺寸（m）
1.24
1.07
1.24
2.15

35m
荷载（t）
595
1387
1982
2180

单袋重量（t）
0.9
0.9
0.9
0.9

加载砂袋数（个）
661
880
661
220
2422
单袋覆盖面积（㎡）
1.53
1.15
1.53
4.61

方格尺寸（m）
1.24
1.07
1.24
2.15

预压测量点分别布置在基层垫层混凝土面和底模板下部，底模观测点用以观测支架预压时所发生的总沉降量，及卸载后的弹性恢复量。
基础垫层混凝土面测点，用以观测地基在支架预压时，地基的沉降和卸载后的弹性恢复量。
4.2.2 测点平面布置
a、沿桥梁纵向为0、1/4、1/2、3/4、4/4跨径各布置一个测断面。
b、每个监测断面上的监测点设置5个对称布置。
c、加载至110%所测的数据与持荷24h后的数据变化平均小于1mm时，表明支架和地基已经基本沉降到位，可以卸载。否则还要继续持荷预压，直至支架和地基沉降到位方可卸载。测点布置图如图1、图2、图3。
4.2.3 预压标高测量点监测
布设好观测点后按加载及卸载步骤分别测量各级荷载下的监测点沉降量，并在卸载后全面测量各监测点的回弹量。
（1）支架安装完成，荷载加载前对各观测点进行观测，测点标高为H0。
（2）第一次加载30%，第二次加载70%，第三次加载100%，每阶段加载完成后，每间隔2h观测一次,各阶段记录标高分别为H1、H2、H3，进行下级加载,观测必须全过程进行，若发现变形量异常应立即停止加载。
（3）第四次加载110%完成，对各观测点进行观测，每6h观测一次,当沉降量小于1mm/d时,视为稳定,记录标高为H4，稳定后进行卸载。
（4）卸载完成观测
卸载完成6h后，对各观测点进行测量，记录各测点标高H5，通过卸载测量可推算出支架模板在荷载作用下的弹性变形量。

图1 监测点平面布置图
注：①测量点的表示形式为‘A-B’，其中‘A’表示排，‘B’表示列。
②括号外为底模底部的测量点，括号内的为底模底部正下方混凝土基础上的测量点。

图2 监测点横断面布置图

图3 监测点纵断布置图
5 数据分析整理
5.1 数据收集方法
根据预设步骤，分批分区吊装土袋，在设定的测点按照0荷载、30%荷载、70%荷载及满载测量模板及支架下沉量。对满载后前三次测量数据较大或变化较大的点，加密观测次数，判定变形稳定后，即可准备卸载。
卸载期间，在保证测量人员安全的前提下，注意观测较大变形处的数值变化，判断是观测误差还是加载引起的正常误差。对于弹性变形与总变形不匹配的点，特别是弹性变形为零的点，可能是支架定位螺栓失效引起的支撑滑落导致的模板变形难以恢复，应认真检查支架的加固系统和锁紧螺栓是否失效，并重新加固，恢复该点周围的模板系统高程，必要时，重新加载，直到有弹性变形为止。
数据收集后进行总体评价，消除无效数据的影响后，进行数据分析与评价，据此调整模板支架系统的预拱度。
5.2 各部位变形值及支架调整
主桥NA1-NP2支架堆载预压监测数据记录见表2。
表2 主桥NA1-NP2满堂支架堆载预压监测数据记录表
底模
观测点
加载前标高（m）
满载后标高（m）
卸载后标高（m）
满载总沉降量（mm）
卸载恢复量（mm）
弹性变形（mm）
非弹性变形（mm）
备注
1-1
108.664
108.659
108.663
5
4
4
1

1-2
108.666
108.662
108.666
4
4
4
0

1-3
108.661
108.654
108.661
7
7
7
0

1-4
108.644
108.636
108.636
8
0
0
8

1-5
108.624
108.614
108.618
10
4
4
6

1-6
108.641
108.633
108.636
8
3
3
5

2-1
108.756
108.747
108.753
9
6
6
3

2-2
108.755
108.742
108.748
13
6
6
7

2-3
108.753
108.739
108.748
14
9
9
5

2-4
108.739
108.724
108.730
15
6
6
9

2-5
108.740
108.729
108.736
11
7
7
4

2-6
108.764
108.753
108.761
11
8
8
3

3-1
108.823
108.812
108.819
11
7
7
4

3-2
108.832
108.825
108.830
7
5
5
2

3-3
108.836
108.827
108.831
9
4
4
5

3-4
108.843
108.839
108.838
4
1
-1
5

3-5
108.825
108.818
108.819
7
1
1
6

3-6
108.829
108.823
108.824
6
1
1
5

其它桥跨的变形监测数据获取方法与此类似。
5.3 模板支架预拱度调整
适用于NA1- NP2跨底模弹性变形跨中取8mm,算出底模需要设置的预拱度。跨中设计预拱值8mm,其它位置预拱值按照二次抛物线过渡。建立坐标系设y=ax2+b，梁计算跨度为19.5m，将坐标点（0，8）及（9.75，0）代入y=ax2+b得出y= - 0.035556x2+8（x单位：m，y单位：mm）。NA1-NP2跨底模的二次抛物线见图4。
另考虑到两端各3m范围未进行预压，设置非弹性变形预拱度3mm。

图4 NA1-NP2的二次抛物线图
6 结语
在预压过程中始终要保证交接班的数据准确无误。对测量所得的数据进行分析，绘制预压荷载、时间及变形量关系曲线图，得出跨中变形量，确定预拱度。堆载预压力应与设计荷载匹配，这样就定出总的加载值。采用分级加载，每级加载多少，不能使地基破坏，这样算出分级的加载量，然后利用公式算出分级加载需要持续的时间。注意观测，及时做试验，与设计进行对比，从而调整加载值加载时间等参数，最终达到设计的效果。

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