现浇箱梁模板与支架的设计及施工质量控制
2009-09-28
菏泽市双河立交桥是220国道与327国道在菏泽交汇处的十字交通枢纽工程，该桥为3层全互通长条苜蓿叶立交，主要有主桥、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2000年7月开工，2001年10月1日正式竣工通车。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一些工作。本文将结合双河立交桥主桥的施工实践，介绍现浇箱梁模板与支架的设计方法和施工质量控制措施，以便同行们参考。
1 模板与支架的设计和验算
1.1 方案选定
根据以往施工经验；结合箱梁的实际尺寸，模板及支架施工方案选定如下。支架采用满布式碗扣支架。支架基础分层夯实整平，采用三七灰土处理50cm，横铺5cm厚、25cm宽的方木，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。翼板和侧模采用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的底模。箱梁箱室空间较小，混凝土浇筑后内模拆除困难，采用3cm厚木板刨光配一定的方木作为内模，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。考虑到支架的整体稳定性，在纵向每4.5m设通长剪刀撑1道，横向每隔3跨布置剪刀撑l道。为便于高度调节，每根立杆顶部配可调顶托，可调范围30cm。按照施工区处理后的地面高程与梁底声程之差，采用LG—300、LG—180、LG—150、LG—120、LG—90等规格的杆件进行组合安装。
1.2模板设计与验算模板必须能够正确地保证其形状和位置，因而设计模板时必须进行强度设计和刚度验算，确保模板具有足够的强度和刚度。
1.2.1底模板设计与验算
（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=0.2mq1=[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)=0.7kNMmax=-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%26lt;[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=20.845KNE=7000MPaI=1.0×0.013/12=0.083333×10-6m4%26#402;=0.644q3l4/(100EI)=0.37mm%26lt;[%26#402;0] =(1/400)=2.5mm刚度满足要求
1.2.2 侧模板设计与验算侧模板采用5cm厚木版内钉1cm厚竹胶板。
（1）水平荷载计算①新浇混凝土对模板的侧压力。混凝土的浇注速度ν=1.5m/h，混凝土初凝时间t=4h.a=0.22γtβ1β2ν1/2=35.7KPaa=γh=36KPa取较大值：a=36KPa②振捣荷载：b=4.0KN/m2③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/ml=1.0mMmax=-0.100ql2=-5.16KN.mσ=Mmax/Wx=5.16×103/(1.0×0.0602/6) =8.60MPa%26lt;[σ0]=98.6MPa强度满足要求。
（3）刚度验算q=1.0×a×1.0=36.00KNE=7000MPaI=1.0×0.063/12=1.8×10-5m4%26#402;=0.677ql4/(100EI)=1.3mm%26lt;[%26#402;0] =(1/400)=2.5mm刚度满足要求1.2.3 挑沿模板设计与验算 经计算（方法同上，略）得：σ=2.43MPa，%26#402;=0.23mm。显然，挑沿模板的强度和刚度均满足设计和施工要求。
1.3 支架设计与验算由于支架纵木和横木的强度和刚度计算方法与模板类似，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%26lt;[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%26lt;[σ0]=215MPa
（3）地基承载力验算立杆底部为5cm厚25cm宽的木板，板底为50cm厚的夯实石灰土。①板底承载力验算。A=0.25×0.9=0.225m2σ=P/A=145.5%26lt;[σ0]=500KPa②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%26gt;1.2m按整体受力计算，则石灰土底压应力：σ=p+γH=30.334+1.7×0.5 =31.184KPa%26lt;[σ0]=60KPa由于基底土层为素填土、亚砂土、亚粘土、淤泥质粘土，[σ0]最小值为60KPa，显然σ%26lt;[σ0]，所以承载力能够满足要求。
2模板与支架的施工及质量控制
2.1 支架搭设与质量控制
2.1.1 基础处理由于现浇箱粱在施工过程中荷载较大且菏泽地区为黄泛冲积平原，土质较差，因此在搭设支架前对地基进行了如下处理：首先把施工区域内的淤泥、杂物及泥浆池中的泥浆清理干净，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厚的三七灰土，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的地基土上横向铺一层10cm×10cm方木（也可铺设一层5 cm厚的木板）。底部用水泥砂浆找平。支架采用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，根据上述计算，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。横杆上下层的间距按不大于120cm控制，且每根立杆至少要有2层横杆连接。为增强大架体系的稳定性，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，剪刀撑与碗扣支架立杆、水平杆相交处，转扣设置数量按大于85%控制。最后按作业要求设置防护栏及连接、加固杆件。为便于调节支架顶部高度，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,调节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的稳定。
2.2 模板施工质量控制
2.2.1铺设底模板底模板采用10mm优质竹胶模板，铺设时，模板牢固打在方木上，模板与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，竹胶板的纵向拼缝下面必须设置通长方木，确保模板拼缝质量。为了检查支架的—承载能力，减小和清除支架的非弹性变形及地基的沉降量，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的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观测1次。观测的方法是采用水准仪倒尺测量，测加载前标高为Δ1,加载后标高为Δ2,卸载后标高为Δ3。
根据观测结果绘制出沉降曲线。由于地基处理是采用局部换填土，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观测值小于1mm，故可忽略。在以后的观测中，采用在观测点处的纵（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，横线之间的相对位移即为支架本身的弹塑性变形值。预压后，通过可调承托精确调整底模板标高．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的挠度、支架受载后产生的弹性变形和非弹性变形、支架基础的沉降、张拉以后的反拱等因素。
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，其支撑采用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支设内模内模采用3cm厚板材，按照图纸箱室尺寸制作，同时为保证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:双河立交桥的施工实践证明，上述模板、支架的设汁方法和施工控制措施是科学的、合理的，在类似现浇箱梁的施工中可以借鉴。
