林跃明中铁五局集团第一工程有限责任公司 湖南省 420000
摘要：进入二十一世纪以来，随着中国国民经济的的飞速发展，公路交通运输量迅猛增长，高速公路的作用日益凸显，对于国家经济的发展和人民生活水平的提高有着无可替代的重要作用。本文就中小桥现浇预应力混凝土箱梁施工技术进行了一些初步的分析探讨。
关键词：中小桥；高速公路；现浇；预应力箱梁；施工技术
一、工程概况1、概况六六高速公路第六合同段起讫桩号为K87+500-K98+960，路线全长11.046 公里。主线采用计算行车速度80Km/h 的双向四车道高速公路，整体路基宽度24.5m，分离式路基宽12.25 m，设计荷载公路-Ⅰ级。
樊家田分离式立交桥位于X019 县道上，为上跨六盘水至六枝高速公路而设，与主线交叉桩号K96+960.394=GK0+167.728，交角118.265°，桥下净空5.2m，第1、2 孔采用集中引用式排水。平面位于R=90（右偏）的平曲线上，纵断面位于i=2.067%的上坡段。全桥共一联，跨径组合为28+25m，上部结构采用现浇预应力砼连续箱梁；梁体为单箱双室、等高度、变截面结构。箱梁顶宽9.7m，箱梁底宽5.7m。顶板厚度22cm，腹板厚度50-70cm，底板厚度20～40cm，采用满堂支架施工。
2、气候及气象条件项目区气候属亚热带季风湿润气候，年均气温12.3℃，最热月七月19.8℃，最冷月一月2.9℃，极端最低气温零下11.7℃，极端最高气温31.6℃，无炎夏酷暑。年降水量达1123.6mm，降雨多集中在五月至九月，降水量占年降水量的82.2%。由于境内地势高低悬殊，相对高差大，气候的垂直差异明显。主要灾害性天气有雨雪、大雾、凝冻等。
二、施工机械及人员配置1、机械设备施工中拟投入的主要机械设备见下表。
机械设备投入一览表
三、施工工艺流程施工工艺流程详见下图：
施工工艺流程图四、施工方案及技术措施1、地基处理地基处理范围为桥中线往两侧各7m，共14m 宽，开挖至设计基底标高后，进行动力触探试验，若不能满足设计要求，则增加换填深度。地基处理范围内采用透水性好的石渣回填50cm 并碾压密实，使其压实度不低于90%。满堂支架处地基顶面采用砂浆封面防雨水。地基沿中线向做单向排水坡，坡度按2%控制；地基外侧做纵向排水沟，保证地基排水顺畅。
2、模板及支架的搭设2.1、箱梁结构及计算理念预应力混凝土连续箱梁梁体高1.65m，本着因地制宜的原则，全桥支架采用的结构形式为扣件式满堂支架。具体搭设方案如下：全幅以箱梁主体中心为中线对称布置，箱梁分为2 跨，纵向长度分别为25m、28m，宽度为11.7m，立杆采用Φ48×3.5mm 钢管，底板及腹板下纵向间距0.6m，横向间距0.6m；翼缘板下纵向间距0.6m，横向间距0.9m。立杆沿竖向每1.25m 布设纵杆、横杆。立杆底部落在10×10cm 方木上，上部设顶托以调节标高，顶托上部顺桥向铺设15×15cm 方木，间距60cm，横桥向铺设间距25cm 的10×10cm 方木，上铺钢模做为底模，铁钉固定。内模及侧模采用竹胶板，采用钢管+顶托加固。
本计算书最大支架体系高度按6m 进行验算。
2.2、荷载分析根据本桥现浇箱梁的结构特点，在施工过程中将涉及到以下荷载形式：⑴ q1—— 箱梁自重荷载，新浇混凝土（加钢筋）密度取2700kg/m3。
⑵ q2—— 箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载，按均布荷载计算，经计算取q2＝3.0kPa（偏于安全）。
⑶ q3—— 施工人员、施工材料和机具荷载，按均布荷载计算，当计算模板及其下肋条时取2.5kPa；当计算肋条下的梁时取1.5kPa；当计算支架立柱及替他承载构件时取1.0kPa。
⑷ q4—— 振捣混凝土产生的荷载，对底板取2.0kPa，对侧板取4.0kPa。
⑸ q5—— 新浇混凝土对侧模的压力。
⑹ q6—— 倾倒混凝土产生的水平荷载，取2.0kPa。
⑺ q7—— 支架自重，经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示：满堂钢管支架自重
脚手架搭设布置图①、荷载计算a 箱梁砼自重取底板单位面积S=5.7 ㎡计算，用CAD 计算求得跨中箱梁截面S=5.635m2G=5.635m3×27KN/m3=152.15KN偏安全考虑，取安全系数r=1.2，假设梁体全部重量仅作用于底板区域，底板面积为5.7m2，计算单位面积压力：q1=G÷S=152.15KN÷5.7 m2=26.69KN/m2b.模板及附件重统一取q2=3KN/m2c.施工活载（施工人员和施工料具等行走运输或堆放的荷载，按1.0KN/m2；振捣混泥土时产生的荷载，按2.0KN/m2）取q3 =3KN/m2d.钢管自重q4 按最高6 米5 层钢管考虑q4 =0.106×6= 0.64kN/m2Σq=Q=K(q1+q2+q3+q4 )=1.2×(26.69+3+3+0.64)=40kN/m2式中:K--安全系数取K=1.2②、立杆强度验算a 立杆承受荷载强度计算根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为125cm，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］=33.1kN（参见路桥施工计算手册中表13－5 钢管支架容许荷载［N］=33.1kN）N=QA=40×0.6×0.6=14.4KN<［N］=33.1kN故立杆满足强度要求。
b.立杆稳定验算K1fc≤［fc］式中:［fc］——钢管设计强度，［fc］=205 N/mm2；K1——立杆稳定系数A——钢管截面积，A=489mm2N——立杆承受的竖向力，N=14.4KNi——钢管回转半径，i =（D/4）*sqrt(1+(d/D)^2) =(48/4)*sqrt[1+(41/48)2]=15.8 mm[φ] ≥N·(205A)-1 =14.4×103×（205×489）-1 = 0.144∵λ=L/i =600/15.8=38查表得φ=0.893>0.144 稳定按设计强度计算立杆的压应力:fc =P/A=14.4×103/489=29.45N/mm2 <[fc]=205N/mm2按稳定性计算立杆的压应力:fc=P/φA=14.4×103 ÷（0.893×489）= 32.98N/mm2<[fc]=205N/mm2结论:立杆稳定。
2.2.1.2、梁端截面箱身支架设计：①、荷载计算本工程现浇箱梁支架按φ48×3.5mm 钢管扣件架进行立杆内力计算，步距1.25m。在梁端截面，钢管扣件式支架体系按60×60×125cm 进行验算。
a．箱梁砼自重按最不利因素考虑，取按梁高1.65m 作用在单位面积上，计算单位面积压力：q1=1.65×1×1×2700×10N/m2=44.55KN/m2b.模板及附件重统一取q2=3KN/m2c.施工活载取q3 =3KN/m2d.钢管自重q4 按最高6 米5 层钢管考虑q =0.106×6=0.636kN/m2Σq=Q=K(q1+q2+q3 +q4 )=1.2×(44.55+3+3.0+0.636)=61.43kN/m2式中:K--安全系数取K=1.2②、立杆强度验算a.立杆承受荷载强度计算根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为125cm，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］=33.1kN（参见路桥施工计算手册中表13－5 钢管支架容许荷载［N］=33.1kN）N=QA=61.43×0.6×0.6=22.12KN<［N］=33.1kN故立杆满足强度要求。
b.立杆稳定验算K1fc≤［fc］式中:［fc］——钢管设计强度，［fc］=205 N/mm2；K1——立杆稳定系数A——钢管截面积，A=489mm2N——立杆承受的竖向力，N=22.12KNi——钢管回转半径，i =（D/4）*sqrt(1+(d/D)^2) =(48/4)*sqrt[1+(41/48)2]=15.8 mm[φ] ≥N·(205A)-1 =22.12×10?×（205×489）-1 = 0.221∵λ=L/i =600/15.8=37.98查表得φ=0.893>0.221 稳定按设计强度计算立杆的压应力:fc =P/A=22.12×103/489= 45.24N/mm2 <[fc]=205N/mm2按稳定性计算立杆的压应力:fc=P/φA=22.12×103 ÷（0.893×489）= 50.66N/mm2<[fc]=205N/mm2结论:立杆稳定。
③、横向杆稳定验算因为荷载全部由立杆上部的顶升降杆承担，传给立杆，所以，横向杆基本上不承担外荷载，因横杆两端为铰接，水平推力为零，只在施工时承担部分施工荷载及自身重力。
q=q1+q2=2.5+0.105=2.605KN/m2式中q1 为施工人群荷载，q2 为自身重力弯矩Mmax=qL2/8 =2.605×0.62 /8 = 0.117 KN·m横向杆的容许弯矩[M]=[fc]W式中：[fc]—— 钢管设计抗弯强度 [fc]=205KN/mm2W—— 钢管截面抵抗矩参见路桥施工计算手册中表13－4 钢管截面抵抗矩W=5.078×10?mm?[M]=205×5.078×10?=1040990N·mm=1.041 KN·mMmax=0.117KN·m<[M]=1.041KN·m结论:横向杆抗弯强度满足要求。
2.2.1.3、支架刚度（挠度）验算a.挠度验算ωmax = 5qL4/384EI式中：ωmax——最大挠度E——钢管弹性模量 E=205×103N/mm2;q——均布荷载 q=2.605KN/m=2.605N/mm;I——钢管截面惯性矩I =0.049×（D4-d4）=0.049×（484-414）=12.17×104mm4ωmax =5×2.605×6004 /（384×205×103×12.17×104）=0.176mm容许挠度[ω] =L/400=600/400=1.5mm > ωmax =0.176mm结论:支架刚度满足要求。
2.2.1.4、支架稳定性验算根据《实用建筑施工手册》轴心受压构件的稳定性计算：
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则在1 平方米面积上地基最大承载力F 为:F＝a×b×q＝ a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)＝ 1.0×1.0×(61.43+3.0+1.0+2.0+4.65)=72.08kN则，F＝72.08kpa＜[fa0]= 400KPa（fa0 为地基承载力基本容许值，取值根据该桥地勘资料）3、支架预拱度设置及预压3.1、预拱度的设置:根据《新编桥梁施工工程师手册》表16.1-4 支架现浇梁预拱度设置确定现浇梁预拱度设置需考虑的因素，作为预压前底模标高的控制依据。
a 卸架后上部结构本身及活载一半所产生的竖向挠度σ1根据对支架的验算，确定由荷载及静活载所产生的挠度σ=0.176mm本桥工程设计跨径为28+25mσ=0.176mm<25000/1600=15.625mm,可不设该项预拱度，即σ1=0b 支架在荷载作用下的弹性压缩σ2σ2＝NL/Eσ2—支架的弹性压缩N—杆件所受压应力（取梁厚最大处1.65 米计算，为22.12KN）L—支架杆件的长度（平均约6 米）E—杆件的弹性模量（2.1×105Mpa）σ2＝22.12×1000×6÷(2.1×1011)＝0.0006mmc 支架在荷载作用下的非弹性压缩σ3σ3=3k1+3k2+2k3+2.5k4k1—顺纹木料接头数目k2—横纹木料接头数目k3-木料与金属或木料与圬工接头数目k4-横纹与顺纹木料接头数目根据本支架设计方案：k1=0，k2=0，k3=4，k4=2，即σ3=13mm。
d 支架基底在荷载作用下的非弹性沉陷σ4σ4=5mm根据以上计算，支架搭设时的预拱度按18mm 设置，其余部分按照线性分配。
由于第2、3 项非弹性变形可在等载预压时消除，为准确设置施工预拱度，根据预压卸载前后的实际测量的高程变化，确定支架的弹性变形值，作为预拱度设置的依据。
3.2、支架预压:为减少和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，须对支架系统进行预压，预压采用水袋法。
3.2.1、施工方法支架顶部铺设方木，用以支承底模板。在支架顶部铺纵向方木及横向方木，上垫钢模板作为底模，然后安放水袋。在模板上（按梁体两端、中部、1/4 处）位置设立观测点（可根据情况适当加密），按箱梁自重的120%进行预压，预压前用水准仪观察观测点原始标高，并作好记录。然后每24小时用水准仪检测标高变化，在连续三天检测标高无变化后卸载。然后每隔6 小时检查标高变化，检测支架的弹性、非弹性变形及稳定性，以调整底模的标高。
3.2.2、技术措施（1）支架预压加载采取三次加载方法：第一次加载到60%，观测24小时稳定后，第二次加载90%，再观测24 小时稳定后，第三次加载到荷载120%。
（2）预压过程中检查支架的工作情况：杆件有无压弯或变形，方木有无压裂等。
（3）支架卸载顺序应与加载顺序相反，层层卸载。
3.2.3、支架标高调整通过预压，观测计算得出支架弹性变形数值，调整梁底模板标高。梁底立模标高=设计梁底标高+设计预留拱度+支架弹性变形值。
4、模板安装为提高箱梁底部、侧面的外观质量，箱梁底模采用钢模板，内模及侧模采用竹胶板。箱梁内模用钢管支架+顶托加固，外模用钢管+方木支撑。模板间隙用海绵条及双面胶堵塞，防止漏浆。
5、支座安装支座安装时，要精确找平垫石顶面，准确定出下支座螺栓位置，并检查其孔径大小和深度，用高标号碎石砼锚固螺栓。
5.1、施工方法支座安装采用整体法进行安装。
5.2、技术措施（1）安装支座标高符合要求，保持两个方向水平，其四角高差不大于2mm。
（2）支座上各个部件纵横向进行对中，当安装温度与设计温度不同时，纵向支座各部件错开的距离与计算值相等。
（3）支座中心线与主梁中心线平行，安装好的支座任何时候不得扰动。
6、钢筋加工及安装（1）在铺好的底模上进行标高复核，轴线测设，并经监理验收合格后再进行钢筋施工。
（2）根据中轴线和边线进行钢筋下料。钢筋绑扎严格按照图纸和规范进行。加工钢筋骨架时，须在工作台或硬化的场地上进行，在工作台或场地上放出钢筋骨架大样，并焊接牢固，避免骨架在运送、吊装和浇注过程中松散、变形和移位。
（3）钢筋施工时要注意砼垫块的位置，损坏的垫块及时更换，确保有足够的保护层厚度。钢筋之间互相干扰时，若需调整，需征得设计和监理工程师同意。调整原则是：构造钢筋让位主钢筋，细钢筋让位粗钢筋，普通钢筋让位预应力钢筋。
（4）支座预埋钢筋及钢板、伸缩缝处的锚固螺栓和预埋钢筋、护栏的预埋钢筋要位置准确，数量符合设计要求。
（5）预应力孔道成型采用波纹管，按设计安装波纹管，保证管道线型圆顺，位置准确。波纹管固定采用“井”盘条钢筋焊接于钢筋骨架上，焊接时注意防止焊渣烧伤波纹管，以防波纹管漏浆。波纹管在安装之前进行1KN 径向力的变形试验，同时做灌水试验，以检验波纹管有无渗漏。
钢筋加工及安装检验标准
7、混凝土浇筑、养护7.1、浇筑前的各项检查（1）检查模板各部尺寸是否符合设计要求，连接部位是否牢固。
（2）检查钢筋、支座、波纹管是否按设计图规定的位置布置，并确保在砼浇筑过程中不移位，并且浇注砼时，应保持锚垫板及锚下加强钢筋网位置的正确和稳固。
（3）检查模板是否涂抹了脱模剂，如底模掉落有木片、钢筋头、焊渣等异物，用压风机的高压风吹扫，清除干净，经监理工程师同意后在浇注砼。
7.2、混凝土浇注（1）选用砼泵车浇灌，每小时输送量60 方砼。输送泵浇筑方量大、冲击力大、控制出料口高度，每层厚度20—30cm,严格执行浇注程序，控制连续梁模板与支架发生的变形在允许范围内。
（2）浇筑作业中应注意的事项：①混凝土进入现场后，须立即进行塌落度实验，合格后方可进行浇筑作业。
②混凝土浇筑时按规范要求制作试块（包括抗压与弹模），随梁养护作为检查混凝土质量和拆模、张拉的依据。
③由于箱梁砼方量比较大，在混凝土中掺加缓凝剂，初凝时间不小于16 小时。在砼浇筑过程中派专人观察模板钢筋的情况，一旦发现有模板漏浆、走动、钢筋松动、变形、垫块脱落等现象及时处理。
④安排测量人员观测支架的沉降情况，做好记录。
7.3、振捣作业振捣作业中应注意的事项：①振捣砼时，振动棒快插慢提，抽出后不得留有空隙。
②现场备足够的振动器，万一出现故障，可以迅速更换。
③振动器若直接触到布置在模板内的钢筋上，则会使钢结扎松劲、脱落、不能保证钢筋的准确位置，所以不得利用钢筋振动进行振捣。
④对锚垫板下砼一定要认真振捣密实。
⑤还应注意锚具处及板端处混凝土震捣密实。
⑥所有新浇注砼根据气温情况，在时间间隔15—30min 的时间内必须进行一次复振。
⑦振捣砼时，严禁振捣棒碰到波纹管，导致波纹管漏浆。
7.4、混凝土养护（1）混凝土浇筑完成后的裸露面最易脱水、干裂，使混凝土硬化受到影响，因此，必须及时养护。养护时用土工布等覆盖，并经常洒水，使覆盖物保持湿润，以提高混凝土早期强度，缩短养护时间。
（2）覆盖时间，应在浇筑完成，表面收浆后进行。
（3）混凝土的养护时间由所用水泥、气候条件及养护方法等因素确定的，时间不得小于七天。
8、预应力张拉及管道压浆8.1、预应力张拉（1）前期准备预应力筋张拉前砼强度必须达到达到90%设计强度，张拉设备、锚垫板位置准确平整、无杂物、无空洞。若有空洞或其它缺陷，应在拆模后采取补强措施，待达到强度后，才可进行张拉。
（2）锚具及千斤顶的安装①清除钢绞线上的杂物，先用钢刷清除干净，再用棉纱擦拭干净，不得留任何的砂粒或砼残余，以防出现滑丝，使以后处理增加难度。
②端头搭设支架，采用碗扣式支架设工作台架，用手动葫芦升降，横杆上用滑轮挂钩以便横向平移。
③安装顺序安装工作锚环安装工作夹片安装限位板安装就位千斤顶安装工具锚 安装工具夹片④安装锚具及千斤顶的注意事项安装锚具前，应将钢绞线表面粘着的泥砂及灰浆用钢丝刷清除。锚环或锚板表面的防锈油可不再清除，但锥型孔必须保持清洁，不得有泥土、砂粒等脏物。
安装锚具时，应注意工作锚环或锚板对中，夹片均匀打紧并外露一致。
安装千斤顶时，应特别注意其活塞上的工具锚的孔位和构件端部工作锚的孔位排列一致。严禁钢绞线在千斤顶的穿心孔内发生交叉，以免张拉时出现断丝等事故。
工具锚的夹片，应注意保持清洁和良好的润滑状态，新的工具锚夹片第一次使用前，应在夹片背面涂上润滑脂。以后每使用5-10 次，应将工具锚上的挡板连同夹片一起卸下，向锚板的锥孔中重新涂上一层润滑脂，以防夹片在退楔时被卡住。
（3）钢绞线张拉预应力钢束张拉时须两端同时张拉和顶锚。
①张拉顺序0 10%σk 100%σk（或103%σk） 持荷5 分钟锁定张拉控制应力为σk=0.75fpk=1395Mpa。
张拉时以应力控制为主，实测伸长值和理论伸长值进行比较，不应大于6%，实行应力与伸长值双控。
②实际伸长值计算公式如下：ΔL 实=ΔL2－ΔL1－（ΔL′1－ΔL′2）ΔL1——张拉至10%σk 时千斤顶的活塞长ΔL2——张拉至张拉完成时千斤顶的活塞长ΔL′1——张拉至10%σk 工具夹片长度ΔL′2——张拉至张拉完成时工具夹片的长度③张拉要点应尽量减小力筋与孔道摩擦，以免造成过大的应力损失或使构件出现裂缝、翘曲变形。张拉时，测量伸长的原始空隙、伸长值等工作应在两端同时进行，千斤顶就位后，应先将主油缸少许充油，使之蹬紧，让预应力筋绷直，在预应力筋拉至规定的初应力时，应停止进油测原始空隙。
后张法实测项目
8.2、管道压浆（1）各预应力束张拉完成后，在24 小时内压浆，浆体标号不小于40Mpa。
（2）水泥浆经充分拌和后，再加入膨胀剂，拌和时间不少于2 分钟。
水泥浆自调制至压入孔道的持续时间，不宜超过30 至45 分钟。
（3）压浆采用真空压浆机，压浆须达饱满，即由一端压入，至另一端冒出均匀浓浆时停止，持压0.5-0.7Mpa5min。压浆时，不得停止搅拌。
（4）施工过程中详细记录（包括管道的压浆日期，水灰比及膨胀剂、压浆压力等），并由监理工程师现场签认。
（5）压浆前用高压水充分湿润波纹管道。排气管设在管道曲线的最高处，压浆排气管出口在压浆过程及浆体初凝前应高于管道不小于50 厘米。
（6）压满浆的管道应进行保护，在一天内不受振动，管道内水泥浆在注入48 小时内砼温度不得低于5℃，否则应采取保温措施；当白天气温高于35℃时压浆宜在夜间进行。
8.3、封锚孔道压浆后应立即将梁端水泥浆冲洗干净，用砂轮片切去端头多余钢绞线，保留钢绞线外露长度不小于3cm。封端砼的浇筑程序如下：（1）设置端部钢筋网。
（2）妥善固定封端模板，以免在浇筑砼时跑模。
（3）封端砼为C50 微膨胀砼。
（4）浇筑封端砼时，要仔细操作并认真插捣，使锚具处的砼密实。
（5）封端砼浇筑完毕，待砼初凝后，带模浇水养护。脱模后在常温下一般养护时间不少于7 昼夜。
9、模板及支架拆除砼强度达到2.5Mpa 以上后可拆侧模。待张拉压浆完毕，水泥浆强度达到100%后即进行支架的拆除。拆除时应从跨中向两侧对称缓慢进行，不得骤然卸落。
五、质量保证措施成立以项目技术负责人为组长的工程质量管理小组，具体控制措施如下：①把好重点部位和关键工序质量关。
②实行逐级技术交底制度，使每一位施工人员明白各个工序的质量标准。
③做好生产班组的自检、互检和交接检以及专检工作，施工前对工程所采用的原材料进行严格检验，并报请监理工程师审批后方可使用；施工中实行工序交接单制度，上道工序完成，经检验合格后方可交接，进行下道工序的施工。
④加强质量教育，提高全体职工的质量意识。
⑤严把图纸审核关，组织技术人员对图纸进行认真审核，彻底了解各细部结构和施工顺序，严格按设计图纸和规范组织实施。
⑥严把关键工序过程控制，加强事先交底与过程控制，使施工完全处于受控状态，保质保量完成好施工任务。
六、施工总结1、加强支架立杆基础的处理，确定其承载力满足荷载要求，并做好基础周围排水以及表面封水工作。
2、认真做好支架预压，严格确保预压强度及周期，并跟踪测量记录，利于检验支架的荷载能力，同时为现浇箱梁预拱度的合理设置提供基础的科学依据。
3、现浇混凝土达到强度要求后，严格按照设计及规范要求做好预应力钢绞线的张拉施工，采用张拉力和伸长量指标双控，最后稳定持荷进行锁定。
参考文献：[1] 《两阶段施工图设计》，中国公路工程咨询集团有限公司，2012.8[2] 向中富，《新编桥梁施工工程师手册》，人民交通出版社[3] JTG/T F50-2011,《公路桥涵施工技术规范》，中华人民共和国交通运输部发布
论文作者:林跃明
论文发表刊物:《基层建设》2015年2期供稿
论文发表时间:2015/9/1
标签：支架论文; 荷载论文; 钢筋论文; 预压论文; 钢管论文; 标高论文; 立杆论文; 《基层建设》2015年2期供稿论文;