现浇箱梁模板与支架的设计及其施工质量控制样本.doc

现浇箱梁模板和支架设计及施工质量控制
菏泽市双河立交桥是220国道和327国道在菏泽交汇处十字交通枢纽工程，该桥为3层全互通长条苜蓿叶立交，关键有主桥、引桥、人行桥等10座桥梁组成，其中主桥为20+28+20=68m单箱双室现浇后张法预应力混凝土连续箱梁结构，梁高l.5m，两侧悬臂均为2m，主桥宽13m。设计荷载为：汽车—20级，挂车—100，设计行车速度80km/h。工程于7月开工，10月1日正式完工通车。笔者在施工监理工作中，以控制关键工序为突破口，在提升总体工程质量上做了部分工作。本文将结合双河立交桥主桥施工实践，介绍现浇箱梁模板和支架设计方法和施工质量控制方法，方便同行们参考。
1 模板和支架设计和验算
1.1 方案选定
    依据以往施工经验；结合箱梁实际尺寸，模板及支架施工方案选定以下。
支架采取满布式碗扣支架。支架基础分层扎实整平，采取三七灰土处理50cm，横铺5cm厚、25cm宽方木，用砂浆座实。立杆纵向间距120cm、横向间距90cm，横杆步距120／90cm。碗扣支架立杆底部垫钢板，顶部加顶托。顶托上面横向分布10cm×10cm方木，间距20cm，方木上钉竹胶板（厚1cm)作为底模。翼板和侧模采取10cm×10cm方木钉成框架作为支撑；框架间距lm，钉5cm厚木板，其上再钉竹胶板作为侧模和翼板底模。箱梁箱室空间较小，混凝土浇筑后内模拆除困难，采取3cm厚木板刨光配一定方木作为内模，混凝土浇筑后不再拆除。考虑到横梁、边腹板处自重较大，立杆间距局部加密为60cm×90cm。
考虑到支架整体稳定性，在纵向每4.5m设通长剪刀撑1道，横向每隔3跨部署剪刀撑l道。为便于高度调整，每根立杆顶部配可调顶托，可调范围30cm。根据施工区处理后地面高程和梁底声程之差，采取LG—300、LG—180、LG—150、LG—120、LG—90等规格杆件进行组合安装。
1.2模板设计和验算
模板必需能够正确地确保其形状和位置，所以设计模板时必需进行强度设计和刚度验算，确保模板含有足够强度和刚度。
1.2.1底模板设计和验算
   （1荷载计算
模板自重：a=0.0955kN／m2；钢筋混凝土自重：b=20.75kN／m2；施工荷载：c＝2.5kN／m2（集中荷载P=2.5kN)；振捣荷载：d=2.0kN／m2。
   （2）强度验算
    当施工荷载均布时，可近似按5跨等跨连续梁计算，即：
l=0.2m
q1=[1.2(a+b)+1. 4(c+d)]×1.0 
      =3l. 314kN／m 
Mmax=-0.105q1l=-0.132kN.m
当施工荷载集中于跨中时，按5等跨连续梁计算设计荷载：
    q2=[1.2(a+b)+1.4d]×1.0=27.814KN/m
集中设计荷载P＝1.4(2.5/5)=0.7kN
Mmax=-0.105q2l2-0.158Pl
=-0.139kN.m
可见，施工荷载集中于跨中时，弯距最大。
σ=Mmax/Wx=0.139×103/(1×0.012/6)
 =8.34MPa<[σ0]=90MPa
强度满足设计要求
（3）刚度验算
按1m宽度计算，则
q3=1.0×(a+b)×1.0=20.845KN
E=7000MPa
I=1.0×0.013/12=0.083333×10-6m4
ƒ=0.644q3l4/(100EI)=0.37mm<[ƒ0]
 =(1/400)=2.5mm
刚度满足要求
1.2.2 侧模板设计和验算
侧模板采取5cm厚木版内钉1cm厚竹胶板。
（1）水平荷载计算
①新浇混凝土对模板侧压力。
混凝土浇注速度ν=1.5m/h，混凝土初凝时间t=4h.
a=0.22γtβ1β2ν1/2=35.7KPa
a=γh=36KPa
取较大值：a=36KPa
②振捣荷载：b=4.0KN/m2
③倾倒荷载：c=2.0KN/m2
（2）强度验算
近似按3跨连续梁计算：
q=[1.2a+1.4(b+c)]×1.0=51.6KN/m
l=1.0m
Mmax=-0.100ql2=-5.16KN.m
σ=Mmax/Wx=5.16×103/(1.0×0.0602/6)
      =8.60MPa<[σ0]=98.6MPa
强度满足要求。
（3）刚度验算
q=1.0×a×1.0=36.00KN
E=7000MPa
I=1.0×0.063/12=1.8×10-5m4
ƒ=0.677ql4/(100EI)=1.3mm<[ƒ0]
     =(1/400)=2.5mm
刚度满足要求
1.2.3 挑沿模板设计和验算
    经计算（方法同上，略）得：σ=2.43MPa，ƒ=0.23mm。显然，挑沿模板强度和刚度均满足设计和施工要求。
1.3 支架设计和验算
因为支架纵木和横木强度和刚度计算方法和模板类似，本文就不再累叙，下面仅就碗扣支架进行设计和验算。
（1）荷载计算
    模板自重：a=0.095KN/m2；纵木横木自重：b=0.35 KN/m2；钢筋混凝土自重：c=20.75 KN/m2；施工荷载：d=1.5 KN/m2；振捣荷载：e=2.0 KN/m2。
q=1.2（0.095+0.35+20.75）+1.4（1.5+2.0）=30.334 KN/m2
每根立柱承受荷载力P=qA=30.334×1.2×0.9=32.76KN
（2）立杆验算
以1、2节间立杆为单元进行计算。立杆为Φ48×3.5钢管，则：A=4.89cm2，Ix=12.19 cm4，Wx=5.08 cm3，回旋半径rx=1.579cm
立杆细长比为：λ=μh/rx=1.5×120/1.579=114<[λ0]=150
查表得，A3钢管类截面轴压构件稳定系数Ψ=0.823，则：
P/（ΨA）=81.4MPa<[σ0]=215MPa
（3）地基承载力验算
立杆底部为5cm厚25cm宽木板，板底为50cm厚扎实石灰土。
①板底承载力验算。
A=0.25×0.9=0.225m2
σ=P/A=145.5<[σ0]=500KPa
②石灰土底承载力验算。
石灰土计算宽度b=b0+2H0tana=0.25+2×0.5×1.25=1.5m>1.2m
按整体受力计算，则石灰土底压应力：
σ=pγH=30.334+1.7×0.5
      =31.184KPa<[σ0]=60KPa
因为基底土层为素填土、亚砂土、亚粘土、淤泥质粘土，[σ0]最小值为60KPa，显然σ<[σ0]，所以承载力能够满足要求。
2模板和支架施工及质量控制
2.1  支架搭设和质量控制
2.1.1  基础处理
因为现浇箱粱在施工过程中荷载较大且菏泽地域为黄泛冲积平原，土质较差，所以在搭设支架前对地基进行了以下处理：首先把施工区域内淤泥、杂物及泥浆池中泥浆清理洁净，分层换填好土并压实，压实度按90%控制。局部处理合格，整体整平后，再分层填土压实。压实度按93%控制。最上层填50cm厚三七灰土，分2层碾压成型，压实度不低于93%。
2.1.2 支架搭设
在处理合格后地基土上横向铺一层10cm×10cm方木（也可铺设一层5 cm厚木板）。底部用水泥砂浆找平。支架采取WDJ碗扣式支架，支架底部垫150mm×210mm×8mm钢板，支架底部承托均座在方木上，依据上述计算，支撑体系顺桥向间距严格按120cm、横桥向间距严格按90cm控制，对于横梁及箱梁边腹板处支架进行加密，即横向间距不变，纵向间距按60cm控制。横杆上下层间距按小于120cm控制，且每根立杆最少要有2层横杆连接。为增强大架体系稳定性，顺桥向每4.5m设1道通长剪刀撑。横向每隔3跨没1道剪刀撑，剪刀撑和碗扣支架立杆、水平杆相交处，转扣设置数量按大于85%控制。最终按作业要求设置防护栏及连接、加固杆件。
为便于调整支架顶部高度，在支架顶部设置了可调顶托，顶托上面横向分布一层10cm×10cm方木,调整可调顶托高度使方木均匀受力，在横向方木上满布10cm×10cm方木，间距为20cm,并把钯钉固定牢靠，可调顶托调整高度严格控制在30cm以内。以确保架子顶自由端稳定。
2.2  模板施工质量控制
2.2.1铺设底模板
底模板采取10mm优质竹胶模板，铺设时，模板牢靠打在方木上，模板和模板之间用海棉条填塞。底模板铺设计完成后，清除模板表面外露海绵条，竹胶板纵向拼缝下面必需设置通长方木，确保模板拼缝质量。
为了检验支架—承载能力，减小和清除支架非弹性变形及地基沉降量，在支设模板前对支撑体系进行预压。预压材料为砂袋，最大荷载为设计荷载1.2倍，分段加载，预压48h，预压时每跨5个断面，每个断面5个点，每6h观察1次。观察方法是采取水准仪倒尺测量，测加载前标高为Δ1,加载后标高为Δ2,卸载后标高为Δ3。依据观察结果绘制出沉降曲线。因为地基处理是采取局部换填土，整平压实后，再用50cm灰土分层压实，压实度达93%以上，所以地基变形很小。2d观察值小于1mm，故可忽略。在以后观察中，采取在观察点处纵（或横）方木上钉一向下长木条，对应地基上固定一向上木条，在两木条重合处任意断面做横线。加载后，横线之间相对位移即为支架本身弹塑性变形值。预压后，经过可调承托正确调整底模板标高．其标高设定时应考虑设置预拱度。预拱度设置要考虑梁自重所产生挠度、支架受载后产生弹性变形和非弹性变形、支架基础沉降、张拉以后反拱等原因。
2.2.2支设侧模和翼缘模板
在支设完成底模板后支设侧模板和翼缘模板，其支撑采取10cm×10cm方木，制作支撑框架顺桥向每隔1.0m设1个支撑，同时，在两支撑之间加装方木。一头紧靠于侧模上，另一头用碗扣扣于支架上，为了使支撑成为整体共同作用，在翼缘板支撑方木下，设2道纵向钢管，连接各支撑。
2.2.3支设内模
内模采取3cm厚板材，根据图纸箱室尺寸制作，同时为确保箱梁底板中部混凝土浇注密实，在内模底板每隔1.5m左右设1个振捣孔，在内模顶每隔2m左右设1个天窗．并在混凝土浇注到箱梁顶板前将其封闭。
3 结论
双河立交桥施工实践证实，上述模板、支架设汁方法和施工控制方法是科学、合理，在类似现浇箱梁施工中能够借鉴。