悬灌梁01号块临时支架施工方案123.docx
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悬灌梁01号块临时支架施工方案123
本溪市北地跨线桥
连续梁0#～1#号块三角临时支架施工方案
中铁十五局集团五公司本溪市北地跨线桥项目部
周国鹏
【摘要】介绍悬灌梁主墩0#～1#号块螺旋管临时支架在本溪市北地跨线桥梁工程上的运用，通过螺旋管安装临时支架施工控制，了解悬灌梁0#～1#号块临时支撑施工的控制要点、重难点，掌握如何布置螺旋管及机械设备等，为工程施工节约成本投入。
【关键词】市政桥梁悬臂浇筑主桥0#～1#号块临时支架螺旋管支撑
1.工程概况：
本溪市北地跨线桥先后上跨沈丹客专（K65+386.987）、沈丹乙线（K65+385.792）、车站车场、车场驼峰、本钢北部车场等，上跨铁路轨道数量多达32条、且分布密集，结合铁路轨道平面位置，北地跨线桥上部结构采用：
（3×30）m预应力砼简支箱梁+（64+90+64）m预应力砼连续箱梁+（30+35）m预应力简支箱梁+56.75m简支钢箱梁+22.5m预应力砼简支箱梁，桥梁全长452.65m。
下部结构：
桥墩为圆柱墩及矩形实体墩，桥台为桩柱式台，基础为桩基础。
其中连续梁施工的4、5号柱墩为矩形实体墩，墩高分别为6.5m和8.0m，基础为全桩基础。
箱梁0号块中心高度5.2m，跨中高度2.4m，箱梁根部底板厚80cm，跨中底板厚28cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次抛物线变化。
箱梁腹板根部厚80cm，跨中厚50cm，箱梁顶板厚28cm。
箱梁顶设有1.5%的双向横坡排水，浇筑分段长度分别为：
6.0m（0号段）+3×3.0m+4×3.5m+4×4.5m，累计悬臂施工长度41.0m，悬臂浇筑梁段最大控制重量约为2171KN，边跨和中跨合拢段长均为2.0m，边跨满堂支架现浇段长17.9m。
2.临时支架原设计方案：
2.1．原设计临时支撑概况：
本溪市北地跨线桥原设计连续梁施工桥梁4、5号主墩0号块临时支撑，主要采用直径：
Φ800mm，壁厚：
t=15mm螺旋管及15-3预应力作为主要支撑体系，是连续梁悬臂施工中的主要受理构件。
当连续梁两悬臂偶尔出现不对称荷载作用时，临时支撑体系是确保本桥施工安全度及悬臂倾覆稳定的重要措施。
其中，主桥4、5号墩0号块设计长度6.0m，主墩宽2.5m。
整个0号块临时支撑主要以两排螺旋管及主墩形成三排支撑体系，其中螺旋管排间距5.0m，距离主墩中心间距2.5m。
每排螺旋管支撑由8根管形成，螺旋管之间的距离在外侧为0.9m，中心两根螺旋管间距1.0m。
2.2.原设计支撑体系施工细则：
主墩承台施工在进行砼浇筑前，在每根螺旋管位置埋入2束15-3钢绞线、锚具、波纹管季螺旋筋，钢绞线埋入承台深度为1.0m。
另一端在箱梁底板内张拉锚固，预应力钢束应在桥墩两侧对称，同步张拉。
临时支撑拆除亦应对称均衡，无损结构及外观。
在进行承台砼浇筑过程中，严格控制振捣质量，确保法兰盘位置下的砼振捣密实且不移动位置。
在进行螺旋管安装过程中，要求螺旋管安装垂直度不大于0.15%；在进行螺旋管法兰盘焊接过程中，确保电焊火花不烫伤管内的钢绞线。
节段连续梁在0号块底板采用1.8次抛物线渐变，在螺旋管上方与工字钢相连接部位现浇三角形垫层，确保工字钢横梁与箱梁底板，预应力束锚板与底板密贴。
确保张拉应力全部压在螺旋管上。
2.3.原设计临时支撑体系工程量
本溪市北地跨线桥，4、5号墩0号块临时支撑主要材料为螺旋管及15-3预应力体系共同组成，主要材料用量如下表所示。
序号
材料名称
型号
单位
单位重量
数量
备注
1
混凝土
C30
m3
154.2
2
螺旋管
Φ800mm、t=15mm
m
331.2
3
法兰盘
1.0×1.0×0.04m
kg
10048
4
工字钢
36C
m
71.2
3987.2
5
钢绞线
Φs15.24
m
1.102
2972．8
6
张拉端锚具
15-3
套
64
7
固定端锚具
15-3P
套
64
本溪市北地跨线桥原设计0号块临时支撑体系如下图所示：
3.变更临时支架设计原因：
本溪市北地跨线桥主墩0号块临时支撑体系变更为0～1号块临时支撑体系主要有如下三方面原因。
第一点：
设计原因，原设计0号块长度只有6m长，根据现形悬灌梁挂篮采用三角形及菱形布置，在浇筑完成好的6.0m长的0号块内无法布置挂篮的行走梁，主骨架就无法定性定位安装挂篮外侧模板。
第二点：
场地受限，本溪市北地跨线桥4、5号主墩设计在本溪市火车站的驼峰区货场内。
其中，主桥4号墩大里程侧存在一条铁路外包线，铁路线高出4号墩承台顶面50cm，距离承台边缘最近距离只有1.2m。
5号墩小里程侧附近是一条铁路绝户线，在5号墩大约2号块位置穿过，大里程侧是铁路线的排水沟及铁路弱电线路。
第三点：
经济方面，如果采用线进行0号块临时支架安装浇筑完成后，再进行1号块临时支架安装浇筑，经过计算施工总投入螺旋管将是采用0～1号块整体的临时支撑体系的1.2倍，且还需要对4、5号墩受影响的铁路线拆除对地基进行加固处理，严重影响铁路行车安全。
为了充分利用现有材料，在保证施工安全的前提下使所购入的材料达到最高利用率，挂篮采用从兰州项目拆卸下来的菱形挂篮进行施工，螺旋管采用直径630mm，壁厚12mm的螺旋管进行施工。
4.新临时支架方案设计原理：
4.1.新临时支架设计说明：
本溪市北地跨线桥4、5号柱墩0#～1#块整体施工，模板支撑体系总体思路主要利用墩梁临时固结（Φ630×12mm内浇筑C30）螺旋管砼支墩作为支撑结构，同时在承台及墩身施工过程中预埋钢板，将螺旋管与主墩固结，在墩顶往下5cm预埋钢板焊接双拼40c工字钢纵向搭设在螺旋管柱上外挑360cm，作为1号块托架支撑，在承台外侧以下1.1m斜撑Φ630×12mm螺旋管支撑与双拼40c工字钢焊接，在立柱与斜撑之间采用12槽钢拉结使之成为一个整体，作为0#～1#块施工托架支撑。
螺旋管顶部沿纵桥向翼板的双拼40c工字钢梁上横向连接2根25b工字钢作为0#～1#段外侧模板支撑，主梁横桥向在螺旋管及纵向铺设的40c工字钢上采用36b工字钢内采用15-3后张法预应力钢束。
临时支撑体系由支撑螺旋管与15-3预应力体系共同组成，是箱梁悬臂施工中的主要受力构件。
当箱梁两悬臂偶尔出现不对称荷载作用时，临时支撑体系是保证本桥施工安全度及悬臂倾覆稳定的重要措施，临时固结支墩间设置I36b工字钢横联。
4.2.施工准备：
主墩承台施工时，提前加工好临时固结支墩预埋件，按图纸进行临时支墩预埋钢板进的定位预埋，加工制作Φ630×12mm厚螺旋管，将伸入0#块的钢筋提前焊接牢固。
4.3.立柱及斜撑螺旋管安装
主墩身施工完成后，安装临时固结支墩螺旋管，用吊车吊装，调整临时支墩螺旋管的竖直度时控制其小于1‰，螺旋管底部与预埋在承台、墩身上的钢板焊接；斜管在承台砼浇筑完毕后，按设计斜撑螺旋管进行裁剪，立柱完成后进行斜撑螺旋管安装。
螺旋管焊接安装完成后，浇筑C30砼，灌砼过程中要分层振捣密实。
本溪市北地跨线桥4、5号主墩0～1号块临时支撑施工示意图如下：
5．临时支架受力验算：
根据4、5号墩0～1号块临时支架安装进行验算用主梁截面如下图所示：
根据设计图纸可知，主梁梁体采用C55混凝土，考虑普通钢筋自重，故梁体容重取q=27kN/m3。
5.1.25b横向分配工字钢验算
（1）箱梁钢筋混凝土荷载：
从图纸可知，两排25b工字钢间间距为1m，考虑模板和刚架自重乘以系数1.2
腹板区：
27×5.2×1×1.2=168.48kN/m
底板区：
27×（0.58+1.1）×1.2×1=54.432kN/m
翼缘板荷载分布可采用如下图所示形式：
即翼缘板区梁体及模板刚架荷载由两个集中力F1、F2和均布荷载Q构成。
将翼缘板区域主梁截面划分如图所示的块1、块2和块3。
块1截面积为0.34m2，主要作用为集中力F1；
1.2×0.34×27×1=11.016kN
块2截面积为0.578m2，主要作用为集中力F2；
1.2×0.578×27×1=18.73kN
块3主要作用为均布荷载Q，其左右侧分布荷载分别为：
1.2×0.5×27×1=16.2kN/m
1.2×0.65×27×1=21.06kN/m
（2）人群及机具等施工荷载为：
取2.5Kpa：
（3）倾倒混凝土时产生的荷载：
取2.0Kpa
（4）振捣混凝土时产生的荷载：
取2.0Kpa
横向分配工字钢荷载计算模型如下图所示：
25b工字钢截面特性：
W=422cm3；
I=5278cm4
I/S=21.4cm
工字钢强度验算：
采用荷载组合
（1）+
（2）+（3）+（4）由于是每排横向分配梁有两根25b工字钢并排组成，故横向分配梁截面特性还需除以2，所以
q腹=0.5×（168.48+2.5×1+2.0×1+2.0×1）=87.49kN/m
q底=0.5×（54.432+2.5×1+2×1+2×1）=30.466kN/m
q1=0.5×（16.2+2.5×1+2×1+2×1）=11.35kN/m
q2=0.5×（21.06+2.5×1+2×1+2×1）=13.78kN/m
F1=0.5×（11.016+2.5×1×1.5+2×1×1.5+2×1.5）=10.383kN
F2=0.5×（18.73+2.5×1×1.64+2×1×1.64+2×1×1.64）=14.695kN
通过建模计算分析可得：
弯矩图：
最大弯矩为：
29.85kN.m
σmax=Mmax/W=29.85/0.000422=70.734MPa＜[σ]=215MPa，满足
剪力图为：
最大剪力为：
76.2kN
τmax=（Ｑmax×s）/（Ix×b）=76.2/（0.214×0.01）=35.6Mpa<[τ]125MPa，满足要求。
悬臂端最大挠度为：
0.003m<2.31×2/400=0.0115m满足要求
各跨最大挠度发生在边跨，挠度大小为：
0.001m<2.6/400=0.0065m，满足要求。
支点反力：
5.2.36a工字钢验算：
根据设计图分析，认为由两根36a构成的横向分配梁主要承担1.5m长梁端荷载，故：
q腹=0.5×（27×5.2×1.5×1.2+2.5×1.5+2.0×1.5+2.0×1.5）=131.235kN/m
q底=0.5×（27×（0.58+1.1）×1.2×1.5+2.5×1.5+2×1.5+2×1.5）=45.7kN/m
q1=0.5×（1.2×0.5×27×1.5+2.5×1.5+2×1+2×1.5）=17.025kN/m
q2=0.5×（1.2×0.65×27×1.5+2.5×1.5+2×1.5+2×1.5）=20.67kN/m
F1=0.5×（1.2×0.34×27×1.5+2.5×1.5×1.5+2×1.5×1.5+2×1.5×1.5）=15.60kN
F2=0.5×（1.2×0.578×27×1.5+2.5×1.5×1.64+2×1.5×1.64+2×1.5×1.64）=22.04kN
计算模型同25b工字钢
36a工字钢截面特性
W=878cm3
I=15796cm4
I/S=31cm
建模分析计算得：
弯矩图：
最大弯矩为：
44.5kN.m
σmax=Mmax/W=44.5/0.000878=50.68MPa＜[σ]=215MPa，满足
剪力图：
最大剪力为：
114.6kN
τmax=（Ｑmax×s）/（Ix×b）=114.6/（0.31×0.01）=36.97Mpa<[τ]=125MPa，满足要求。
悬臂端最大挠度为：
0.002m<2.31×2/400=0.0115m满足要求
各跨最大挠度发生在边跨，挠度大小为：
0.001m<2.6/400=0.0065m，满足要求。
支点反力：
5.3.三角托架验算：
通过横向分配梁各支点反力可以确定从外向内第二组三角托架受力最大，故选其作为验算对象。
由于三角托架竖向钢管内有施加预应力，故将预应力以集中力的形式加载到竖向钢管桩上，每根钢管内有四根预应力筋，各张拉45t力，故作用集中力取值为45×4×9.8=1764kN
5.3.1.5号墩三角托架验算
建立5号墩midas模型如下图所示：
分别将25b工字钢最大支反力119.1kN和36号工字钢最大支反力177.9kN以及预应力1764kN以节点荷载的形式施加在模型上。
（1）水平杆检算
水平拉杆选用40c工字钢，其截面特性为：
W=1192cm3
I=23847cm4
I/S=33.5cm
建模计算得水平拉杆最大弯矩为：
194.3kN.m
最大弯曲应力为：
σmax=Mmax/W=194.3/（2×0.001192）=81.5MPa<[σ]=215MPa满足要求。
安全系数：
215/81.5=2.6
最大剪力为：
294.3kN
最大剪切应力为：
τmax=（Ｑmax×s）/（Ix×b）=294.3/（0.335×0.0145）=60.59MPa<[τ]=125MPa满足要求。
安全系数：
125/60.59=2.06
最大挠度值为：
0.002m<1.60/400=0.004m满足要求。
（2）斜钢管检算
斜钢管主要以受压为主，计算分析得斜钢管最大轴力为：
638.2kN
斜钢管截面外直径63cm，壁厚12mm
截面特性为：
I=57254cm4
W=1818cm3
A=117.6cm2
cm
l=910.8cm
长细比λ=l/i=41.3
查表可得稳定系数：
φ=0.894
故:
σ=N/（φA）=638.2/（0.894×0.01176）=60.7MPa<[σ]=215MPa满足要求
安全系数为：
215/60.7=3.5
（3）竖向钢管检算
竖向钢管也主要以受压为主，计算分析得竖向钢管最大轴力为2049.8kN
竖向钢管内填注有混凝土为钢管混凝土结构，根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》计算其承载力：
采用混凝土型号为C30抗压强度为fc=14.3MPa管内混凝土面积为：
Ac=2999.6cm2
钢管抗压强度设计值为fa=215MPa，横截面积Aa=117.6cm2
钢管混凝土套箍指标θ=faAa/fcAc=0.589
l=800cm
d=63cm
l/d=800/63=12.7>4
故考虑长细比影响的承载力折减系数：
认为竖向钢管为轴心受压不考虑偏心折减系数，故
满足要求。
5.3.2.4号墩三角托架验算
建立5号墩midas模型如下图所示：
分别将25b工字钢最大支反力119.1kN和36号工字钢最大支反力177.9kN以及预应力1764kN以节点荷载的形式施加在模型上。
（1）水平杆检算
水平拉杆选用40c工字钢，其截面特性为：
W=1192cm3
I=23847cm4
I/S=33.5cm
建模计算得水平拉杆最大弯矩为：
148.7kN.m
最大弯曲应力为：
σmax=Mmax/W=148.7/（2×0.001192）=62.4MPa<[σ]=215MPa满足要求。
安全系数：
215/62.4=3.4
最大剪力为：
296.0kN
最大剪切应力为：
τmax=（Ｑmax×s）/（Ix×b）=296.0/（0.335×0.0145）=60.94MPa<[τ]=125MPa满足要求。
安全系数：
125/60.94=2.05
最大挠度值为：
0.002m<1.60/400=0.004m满足要求。
（2）斜钢管检算
斜钢管主要以受压为主，计算分析得斜钢管最大轴力为：
637.5kN
斜钢管截面外直径63cm，壁厚12mm
截面特性为：
I=57254cm4
W=1818cm3
A=117.6cm2
cm
l=761cm
长细比λ=l/i=34.5
查表可得稳定系数：
φ=0.920
故:
σ=N/（φA）=637.5/（0.920×0.01176）=58.9MPa<[σ]=215MPa满足要求
安全系数为：
215/58.9=3.7
（3）竖向钢管检算
竖向钢管也主要以受压为主，计算分析得竖向钢管最大轴力为2049.8kN
竖向钢管内填注有混凝土为钢管混凝土结构，根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》计算其承载力：
采用混凝土型号为C30抗压强度为fc=14.3MPa管内混凝土面积为：
Ac=2999.6cm2
钢管抗压强度设计值为fa=215MPa，横截面积Aa=117.6cm2
钢管混凝土套箍指标θ=faAa/fcAc=0.589
l=605cm
d=63cm
l/d=650/63=10.3>4
故考虑长细比影响的承载力折减系数：
认为竖向钢管为轴心受压不考虑偏心折减系数，故
满足要求。
5.4.抗倾覆稳定性验算：
墩顶产生最大不平衡弯矩最不利情况为最大悬臂状态下，一侧浇筑梁端联通挂篮一同掉落，由于缺少相应设计图纸故估算该情况下墩顶最大不平衡弯矩为：
M=38808kN。
梁体每侧中间六根竖向钢管内各有四根预应力筋，张拉力为45t，即45×9.8×4×6=10584kN
如下图所示：
Nd=M
其中d=2×2.5=5m
故计算得N=7761.6kN
由于一侧钢管混凝土中预应力体系以有10584kN的张拉力，故在不平衡力矩作用下，预应力筋所受最大拉力为10584+7761.6=18345.6kN
采用预应力15-3体系，故每侧预应力筋承受最大拉力为：
π×15.242/4×（1860×0.8）×3×4×6=19543.18kN>18345.6kN满足要求
5.5.整体建模分析：
1、建立5号墩托架整体模型：
运算分析得应力分布图为：
最大应力为：
94.04MPa<215MPa满足要求
位移图：
最大位移为：
0.004m
2、建立4号墩托架整体模型
运行分析得应力分布图为：
最大应力为：
81.813MPa<215MPa满足要求。
位移分布图为：
最大位移为：
0.004m
6．现场施工质量控制：
6.1.支架设计与施工：
64m+90m+64m悬灌连续梁0#～1#块长12m，最大高度为5.2m，桥梁纵向墩身外侧悬臂长度为3.75m。
结合现场实际情况，0#～1#块支架采用临时支墩的方法。
施工支架设计如下图所示，0#～1#块托架以主墩身和螺旋管混凝土临时支墩作为上部梁体浇筑的支撑结构。
支架体系通过临时支墩上预埋的牛腿和主墩墩顶垫层高程差调整支架纵梁坡度。
支架主承重纵梁为2I40c\横梁为2Ⅰ36b,横向分配梁为Ⅰ25b。
6.2.临时支墩牛腿安装：
临时支墩牛腿在螺旋管混凝土临时支墩浇筑前进行预埋安装，预埋位置根据0～1#块牛腿纵向位置梁底高程、底模、纵横梁高度以及落梁调整块高度确定。
因牛腿为主要承力部位，加工焊接由专业焊工操作。
牛腿安装时，必须将精确定位后，相同牛腿上顶面高程差不大于2mm。
6.3.托梁安装：
临时支墩牛腿安装、墩顶垫石混凝土浇筑完成后，进行支架托梁的安装。
置于临时支墩牛腿之上的主横梁用为双拼40c工字钢，长度为5.25m；上部分配横梁采用双拼25a工字钢。
安装托梁前必须对选用型钢材料进行检查，对于发生严重变形、有裂纹或组焊件脱焊的不得使用。
安装主横梁时，通过垫钢片的方法将横梁在牛腿上垫平并在牛腿上加焊限位块；安装纵向分布梁时，使用钢制的调坡楔块将梁底垫平。
7.临时支架预压方案：
7.1.临时支架预压的目的
（1）、检验临时支架的稳定性，确保支架上砼浇筑的结构安全。
（2）、减少或消除支架系统的非弹性变形及预测弹性变形值，便于准确控制梁底标高，确保悬灌梁浇筑的线性控制。
7.2.支架预压材料：
为确保支架预压的真实可靠性，本溪市本地跨线桥主桥4、5号墩0～1号块临时支架预压采用砂袋预压，每个砂袋容量按1.2m3考虑。
本溪市北地跨线桥，4、5号墩0～1号块C55砼合计：
453m³，钢筋重量：
77.4T，合计钢筋砼重量：
1209.9T；砼浇筑平台及振捣棒重量：
0.6T；砼浇筑对模板的冲击力及振捣力考虑重量：
1.5T，合计本次临时支撑体系需承受重量：
1209.9+0.6+1.5=1212.0T。
施工过程中考虑临时支撑的不确定因数影响及确保施工中的安全，考虑支架的安全系数为1.2，合计临时支撑所需承受重量：
1212.0×1.2=1454.4T。
本次支架预压重量为1454.4T。
预压所需材料如下表所示：
序号
材料（机械）名称
规格型号
数量
用途
备注
1
徐工吊车
25K5-I
1辆
垂直吊装吨袋
2
装载机
ZLD50
1辆
水平吊装吨袋
3
拖挂车
东风
1辆
运输预压材料
4
吊钩秤
3.0T
2台
称量吨袋重量
5
吨袋
1.2m³
1200个
装砂预压
6
水准仪
0.1
1台
测量底模沉降值
7.3.预压施工步骤：
7.3.1试验项目及收集的资料：
（1）、支架系统在各个工况下的各个主要构件的变形值收集。
（2）、各构件和连接件及连接接头的安全性能检验。
（3）、支架的承载能力和安全保障系统的检验。
（4）、支架及构件和连接的校正，最终定位检查检验。
7.3.2．预压范围：
直、斜螺旋管、横梁、纵梁，悬灌梁梁底模板安装完毕，进行预压上料工作，预压上料应基本按混凝土浇筑过程中的施工受力状态进行操作。
7.3.3.预压总体施工方案：
（1）、预压超载系数为1.2。
预压荷载分级：
0%→40%→80%→120%→120%。
0%、40%时各观测一次，80%时观测二次，对120%荷载沉降在24小时内观测三次，预压过程中每2小时观测一次，观测至沉降稳定为止，以观察支架的弹性变形。
预压过程中要求进行精确的测量，可测出梁段荷载作用下支架、螺旋管将产生的弹性变形值，将此弹性变形值与施工控制中提出的因素需要设置的预拱度叠加，算出施工时应当采用的预拱度，按算出的预拱度调整底模标高。
（2）、材料准备
根据现场实际施工条件，本施工预压荷载拟采用工程特制的编织袋装砂，人工配合机械吊装进行预压工作。
预压荷载为梁体自重及上部支架梁、拱梁等重量和值重的120%
（3）、观测点布置
观测断面设置在0号块断面及1号块的两个对称面上，每个断面设置5个观测点，4个断面合计观测的数量20个。
每个断面在跨中及边腹板位置及1/2跨处设置观测点。
观测点用红色油漆标志。
预压范围为整个支架梁、拱肋梁各结构及布点。
（4）、预压重量的确定：
预压荷载：
按照梁体自重荷载分布状况的1.2倍加载。
预压材料为顿袋装砂；其中一层厚度为沙袋实际厚度，细砂比重取1.5t/m3。
加载0%：
加载前，设置好断面观测点并做好数据记录，方可进行预压加载。
在底板上对称加载至40%荷载。
加载完成后持荷60分钟，观测各测点并作好记录，同时对数据作出分析比较，掌握支架变形情况。
第一次加载40%，重581.8t，每平方米约3.5t适配。
在底板上对称加载至80%荷载。
加载完成后持荷120分钟，观测各测点（至少2次）并作好记录，同时对数据作出分析比较，掌握支架变形、变位情况。
第二次加载80%，重1163.5t，每平方米约6.8t适配。
加载120%：
加载完成后持荷24小时内观测不小于3次，观测各测点并作好记录，同时对数据做出分析比较，掌握支架变形、变位情况。
最后一次加载120%，重1454.4t，每平方米约8.2t适配。
待支架充分稳定达到预压24小时，进行精确测量，对数据进行分析后卸载；卸载顺序与加载时相反，应注意必须对称均匀的卸
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