現(xiàn)澆箱梁模板與支架的設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制
2009-09-28
菏澤市雙河立交橋是220國(guó)道與327國(guó)道在菏澤交匯處的十字交通樞紐工程，該橋?yàn)?層全互通長(zhǎng)條苜蓿葉立交，主要有主橋、引橋、人行橋等10座橋梁組成，其中主橋?yàn)?0+28+20=68m單箱雙室現(xiàn)澆后張法預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，梁高l.5m，兩側(cè)懸臂均為2m，主橋?qū)?3m。
設(shè)計(jì)荷載為：汽車—20級(jí)，掛車—100，設(shè)計(jì)行車速度80km/h。工程于2000年7月開(kāi)工，2001年10月1日正式竣工通車。筆者在施工監(jiān)理工作中，以控制關(guān)鍵工序?yàn)橥黄瓶?，在提升總體工程質(zhì)量上做了一些工作。本文將結(jié)合雙河立交橋主橋的施工實(shí)踐，介紹現(xiàn)澆箱梁模板與支架的設(shè)計(jì)方法和施工質(zhì)量控制措施，以便同行們參考。
1 模板與支架的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算
1.1 方案選定
根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)；結(jié)合箱梁的實(shí)際尺寸，模板及支架施工方案選定如下。支架采用滿布式碗扣支架。支架基礎(chǔ)分層夯實(shí)整平，采用三七灰土處理50cm，橫鋪5cm厚、25cm寬的方木，用砂漿座實(shí)。立桿縱向間距120cm、橫向間距90cm，橫桿步距120／90cm。碗扣支架立桿底部墊鋼板，頂部加頂托。頂托上面橫向分布10cm×10cm方木，間距20cm，方木上釘竹膠板（厚1cm)作為底模。翼板和側(cè)模采用10cm×10cm方木釘成框架作為支撐；框架間距l(xiāng)m，釘5cm厚木板，其上再釘竹膠板作為側(cè)模和翼板的底模。箱梁箱室空間較小，混凝土澆筑后內(nèi)模拆除困難，采用3cm厚木板刨光配一定的方木作為內(nèi)模，混凝土澆筑后不再拆除?？紤]到橫梁、邊腹板處自重較大，立桿間距局部加密為60cm×90cm?？紤]到支架的整體穩(wěn)定性，在縱向每4.5m設(shè)通長(zhǎng)剪刀撐1道，橫向每隔3跨布置剪刀撐l道。為便于高度調(diào)節(jié)，每根立桿頂部配可調(diào)頂托，可調(diào)范圍30cm。按照施工區(qū)處理后的地面高程與梁底聲程之差，采用LG—300、LG—180、LG—150、LG—120、LG—90等規(guī)格的桿件進(jìn)行組合安裝。
1.2模板設(shè)計(jì)與驗(yàn)算模板必須能夠正確地保證其形狀和位置，因而設(shè)計(jì)模板時(shí)必須進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)和剛度驗(yàn)算，確保模板具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
1.2.1底模板設(shè)計(jì)與驗(yàn)算
（1）荷載計(jì)算: 模板自重：a=0.0955kN／m2；鋼筋混凝土自重：b=20.75kN／m2；施工荷載：c＝2.5kN／m2（集中荷載P=2.5kN)；振搗荷載：d=2.0kN／m2。
（2）強(qiáng)度驗(yàn)算 當(dāng)施工荷載均布時(shí)，可近似按5跨等跨連續(xù)梁計(jì)算，即：l=0.2mq1=[1.2(a+b)+1. 4(c+d)]×1.0=3l. 314kN／m Mmax=-0.105q1l=-0.132kN.m
當(dāng)施工荷載集中于跨中時(shí)，按5等跨連續(xù)梁計(jì)算設(shè)計(jì)荷載： q2=[1.2(a+b)+1.4d]×1.0=27.814KN/m集中設(shè)計(jì)荷載P＝1.4(2.5/5)=0.7kNMmax=-0.105q2l2-0.158Pl=-0.139kN.m可見(jiàn)，施工荷載集中于跨中時(shí)，彎距最大。σ=Mmax/Wx=0.139×103/(1×0.012/6) =8.34MPa%26lt;[σ0]=90MPa強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求
（3）剛度驗(yàn)算按1m寬度計(jì)算，則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剛度滿足要求
1.2.2 側(cè)模板設(shè)計(jì)與驗(yàn)算側(cè)模板采用5cm厚木版內(nèi)釘1cm厚竹膠板。
（1）水平荷載計(jì)算①新澆混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力?；炷恋臐沧⑺俣?nu;=1.5m/h，混凝土初凝時(shí)間t=4h.a=0.22γtβ1β2ν1/2=35.7KPaa=γh=36KPa取較大值：a=36KPa②振搗荷載：b=4.0KN/m2③傾倒荷載：c=2.0KN/m2
（2）強(qiáng)度驗(yàn)算近似按3跨連續(xù)梁計(jì)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強(qiáng)度滿足要求。
（3）剛度驗(yàn)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剛度滿足要求1.2.3 挑沿模板設(shè)計(jì)與驗(yàn)算 經(jīng)計(jì)算（方法同上，略）得：σ=2.43MPa，%26#402;=0.23mm。顯然，挑沿模板的強(qiáng)度和剛度均滿足設(shè)計(jì)和施工要求。
1.3 支架設(shè)計(jì)與驗(yàn)算由于支架縱木和橫木的強(qiáng)度和剛度計(jì)算方法與模板類似，本文就不再累敘，下面僅就碗扣支架進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。
（1）荷載計(jì)算 模板自重：a=0.095KN/m2；縱木橫木自重：b=0.35 KN/m2；鋼筋混凝土自重：c=20.75 KN/m2；施工荷載：d=1.5 KN/m2；振搗荷載：e=2.0 KN/m2。q=1.2（0.095+0.35+20.75）+1.4（1.5+2.0）=30.334 KN/m2每根立柱承受荷載力P=qA=30.334×1.2×0.9=32.76KN
（2）立桿驗(yàn)算以1、2節(jié)間立桿為單元進(jìn)行計(jì)算。立桿為Φ48×3.5鋼管，則：A=4.89cm2，Ix=12.19 cm4，Wx=5.08 cm3，回旋半徑rx=1.579cm立桿細(xì)長(zhǎng)比為：λ=μh/rx=1.5×120/1.579=114%26lt;[λ0]=150查表得，A3鋼管類截面軸壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)Ψ=0.823，則：P/（ΨA）=81.4MPa%26lt;[σ0]=215MPa
（3）地基承載力驗(yàn)算立桿底部為5cm厚25cm寬的木板，板底為50cm厚的夯實(shí)石灰土。①板底承載力驗(yàn)算。A=0.25×0.9=0.225m2σ=P/A=145.5%26lt;[σ0]=500KPa②石灰土底承載力驗(yàn)算。石灰土計(jì)算寬度b=b0+2H0tana=0.25+2×0.5×1.25=1.5m%26gt;1.2m按整體受力計(jì)算，則石灰土底壓應(yīng)力：σ=p+γH=30.334+1.7×0.5 =31.184KPa%26lt;[σ0]=60KPa由于基底土層為素填土、亞砂土、亞粘土、淤泥質(zhì)粘土，[σ0]最小值為60KPa，顯然σ%26lt;[σ0]，所以承載力能夠滿足要求。
2模板與支架的施工及質(zhì)量控制
2.1 支架搭設(shè)與質(zhì)量控制
2.1.1 基礎(chǔ)處理由于現(xiàn)澆箱粱在施工過(guò)程中荷載較大且菏澤地區(qū)為黃泛沖積平原，土質(zhì)較差，因此在搭設(shè)支架前對(duì)地基進(jìn)行了如下處理：首先把施工區(qū)域內(nèi)的淤泥、雜物及泥漿池中的泥漿清理干凈，分層換填好土并壓實(shí)，壓實(shí)度按90%控制。局部處理合格，整體整平后，再分層填土壓實(shí)。壓實(shí)度按93%控制。最上層填50cm厚的三七灰土，分2層碾壓成型，壓實(shí)度不低于93%。
2.1.2 支架搭設(shè)在處理合格后的地基土上橫向鋪一層10cm×10cm方木（也可鋪設(shè)一層5 cm厚的木板）。底部用水泥砂漿找平。支架采用WDJ碗扣式支架，支架底部墊150mm×210mm×8mm鋼板，支架底部承托均座在方木上，根據(jù)上述計(jì)算，支撐體系順橋向間距嚴(yán)格按120cm、橫橋向間距嚴(yán)格按90cm控制，對(duì)于橫梁及箱梁邊腹板處支架進(jìn)行加密，即橫向間距不變，縱向間距按60cm控制。橫桿上下層的間距按不大于120cm控制，且每根立桿至少要有2層橫桿連接。為增強(qiáng)大架體系的穩(wěn)定性，順橋向每4.5m設(shè)1道通長(zhǎng)剪刀撐。橫向每隔3跨沒(méi)1道剪刀撐，剪刀撐與碗扣支架立桿、水平桿相交處，轉(zhuǎn)扣設(shè)置數(shù)量按大于85%控制。最后按作業(yè)要求設(shè)置防護(hù)欄及連接、加固桿件。為便于調(diào)節(jié)支架頂部高度，在支架頂部設(shè)置了可調(diào)頂托，頂托上面橫向分布一層10cm×10cm方木,調(diào)節(jié)可調(diào)頂托高度使方木均勻受力，在橫向方木上滿布10cm×10cm方木，間距為20cm,并把鈀釘固定牢靠，可調(diào)頂托調(diào)整高度嚴(yán)格控制在30cm以內(nèi)。以確保架子頂自由端的穩(wěn)定。
2.2 模板施工質(zhì)量控制
2.2.1鋪設(shè)底模板底模板采用10mm優(yōu)質(zhì)竹膠模板，鋪設(shè)時(shí)，模板牢固打在方木上，模板與模板之間用海棉條填塞。底模板鋪設(shè)計(jì)完成后，清除模板表面外露海綿條，竹膠板的縱向拼縫下面必須設(shè)置通長(zhǎng)方木，確保模板拼縫質(zhì)量。為了檢查支架的—承載能力，減小和清除支架的非彈性變形及地基的沉降量，在支設(shè)模板前對(duì)支撐體系進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓材料為砂袋，最大荷載為設(shè)計(jì)荷載的1.2倍，分段加載，預(yù)壓48h，預(yù)壓時(shí)每跨5個(gè)斷面，每個(gè)斷面5個(gè)點(diǎn)，每6h觀測(cè)1次。觀測(cè)的方法是采用水準(zhǔn)儀倒尺測(cè)量，測(cè)加載前標(biāo)高為Δ1,加載后標(biāo)高為Δ2,卸載后標(biāo)高為Δ3。
根據(jù)觀測(cè)結(jié)果繪制出沉降曲線。由于地基處理是采用局部換填土，整平壓實(shí)后，再用50cm灰土分層壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)93%以上，所以地基變形很小。2d觀測(cè)值小于1mm，故可忽略。在以后的觀測(cè)中，采用在觀測(cè)點(diǎn)處的縱（或橫）方木上釘一向下長(zhǎng)木條，對(duì)應(yīng)地基上固定一向上木條，在兩木條重合處任意斷面做橫線。加載后，橫線之間的相對(duì)位移即為支架本身的彈塑性變形值。預(yù)壓后，通過(guò)可調(diào)承托精確調(diào)整底模板標(biāo)高．其標(biāo)高設(shè)定時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置預(yù)拱度。預(yù)拱度設(shè)置要考慮梁自重所產(chǎn)生的撓度、支架受載后產(chǎn)生的彈性變形和非彈性變形、支架基礎(chǔ)的沉降、張拉以后的反拱等因素。
2.2.2支設(shè)側(cè)模和翼緣模板在支設(shè)完成底模板后支設(shè)側(cè)模板和翼緣模板，其支撐采用10cm×10cm方木，制作支撐框架順橋向每隔1.0m設(shè)1個(gè)支撐，同時(shí)，在兩支撐之間加裝方木。一頭緊靠于側(cè)模上，另一頭用碗扣扣于支架上，為了使支撐成為整體共同作用，在翼緣板支撐方木下，設(shè)2道縱向鋼管，連接各支撐。
2.2.3支設(shè)內(nèi)模內(nèi)模采用3cm厚板材，按照?qǐng)D紙箱室尺寸制作，同時(shí)為保證箱梁底板中部混凝土澆注密實(shí)，在內(nèi)模底板每隔1.5m左右設(shè)1個(gè)振搗孔，在內(nèi)模頂每隔2m左右設(shè)1個(gè)天窗．并在混凝土澆注到箱梁頂板前將其封閉。
3 結(jié)論:雙河立交橋的施工實(shí)踐證明，上述模板、支架的設(shè)汁方法和施工控制措施是科學(xué)的、合理的，在類似現(xiàn)澆箱梁的施工中可以借鑒。
