满堂支架法现浇梁荷载预压方法改进探讨

满堂支架法现浇梁荷载预压方法改进探讨

【摘 要】通过对满堂支架现浇梁常用的荷载预压方法进行简述分析,提出了测量支架沉降量的“对比模拟预压”的改进思路。经现场检验,用该方法指导施工,与现场实际情况基本相符,效果良好,达到了既操作简单方便又具有模拟现浇梁等荷载预压的效果,值得推广。

【关键词】满堂支架;荷载预压;方法

Research of The Optimized Methods of Load Pre-compressing in All-supported Framework In-place Casting Program

【Abstract】On the basis of analyses of the load pre-compressing methods usually used in all-supported framework in-place casting program, the paper brings forward the optimized “comparative simulation pre-compressing” methods of testing the framework sedimentation. According to the field testing, the methods are consistent with the actual situation and work well. It is a good way to substitute the methods of simulating load pre-compressing in framework in-place casting program at present.

【Key words】All-supported framework in-place casting program;Load Pre-compressing;Methods

1. 前言

满堂支架通常又叫支顶架,是采用脚手架搭设支顶施工作业平台来实现高空作业。这种方法因为它技术成熟、租赁方便、对作业人员技术要求低,因而在施工中经常采用,在山区预制、架设梁受限制或临时增加的赶工措施中也常常运用。而满堂支架法现浇梁,受地基处理不确实性因素多,需通过荷载预压来检验支架的安全稳定性和确定沉降量。

模拟梁体现浇时的荷载进行等荷载预压是预压的常规方法,也是最直观的方法,但此方法所需材料多,所耗时间长,对工期和成本影响较大。另一种采用过的预压方法,是通过支架计算结合地面预压来确定沉降量,此方法所耗成本低,不占用关键工序时间,工期短、效益明显,但难以确认支架计算沉降值的准确性。通常运用的两种预压方法都有较明显的缺憾,因此,探讨改进满堂支架法现浇梁的预压方法,使之既操作简单方便又能达到模拟现浇梁等荷载预压的效果,具有深远的意

义。

2. 荷载预压方法简述

2.1 等荷载预压确定沉降量。

等荷载预压,是模拟梁体在原位现浇混凝土施工时的荷载,对满堂支架进行逐步加载预压的方法。操作流程如下:确定分级加载荷载→布置预压观测点→分级加载并观测记录→卸载并观测记录→计算沉降量。

2.1.1 确定分级加载荷载。

试验荷载主要考虑梁体自重、内模重量、施工荷载。荷载加载过程主要是模拟施工过程,尽量做到与施工过程相符。一般施工过程为:立外模→扎底板腹板钢筋→立内模→扎顶板、翼缘板钢筋→浇筑底板腹板混凝土→浇顶板翼缘板混凝土。各施工过程对应的荷载即为分级加载荷载,为考虑安全系数,一般试验荷载为计算荷载的105～130%。

2.1.2 布置预压观测点。

加载前,先确定各测点位置,做好标记。一般沿梁长间距每4m左右设一观测断面,沿梁均匀布置。每个断面对称布置观测点。堆载过程中,要注意预留出观测点的观测空间。

2.1.3 分级加载并观测记录。

每级加载完成,都须对各观测点进行测量,检查是否异常。加载时应按照对称均匀的原则有序堆放,防止失稳。全部加载完成后,持荷24h以上,每隔1～2h对各观测点的高程观测一次。根据观测数据,计算沉降是否稳定,观测直至沉降稳定为止。

2.1.4 卸载并观测记录。

卸载与加载顺序相反,按加载反向程序依次卸载,防止出现偏压失稳现象。卸载完成后,观测各点高程及位置。

2.1.5 计算沉降量。

对观测的数据进行分析计算,结合混凝土浇筑施工与荷载预压的差异,对个别异常的数据予以取舍。未加载前高程减去加载完成稳定高程即为总沉降量,卸载

后高程减去加载完成稳定高程即为弹性沉降量。

2.2 支架计算结合地面预压确定沉降量。

支架计算结合地面预压,即支架的沉降量通过公式计算,地基的沉降量通过在地面进行荷载预压来测量,两者之和作为支架施工沉落量。秦沈客运专线有20m和24m单(双)线、32m单线5种简支箱梁现浇施工,采用此方法确定沉降量,取得了较好的效果。具体操作如下:

2.2.1 现场预压确定地基下沉量

2.2.1.1 试验荷载的确定

试验荷载由公式(1)求得。

P=1.5N2.88BL (1)

式中:N-梁体自重(N1)、模板重(N2)及支架重(N3)、梁上机械及施工荷载(N4),表达式为N= N1+ N2+ N3+ N4;B-梁宽;L-梁的跨度。

在试验过程中,试验荷载分两次施加,即P=P1+P2,其中第一次加的初荷载,其值为P1=1.5(N2+ N3+ N4),第二次施加的二次荷载称,按P2=1.5 N1 求得。

2.2.1.2 试验方法。

试验时先按图1布置试验支架、下垫梁等,测量试验支架高程h0,然后加初荷载P1,测量试验支架高程h1,加二次荷载P2并持荷8h以上,测量试验支架高程h2。用h1- h0来设置支架下挠的线形,据之设置支架的预留拱,h2- h0作为判定支架设置是否需要调整和地基是否需要加固的依据。

图1 试验模型(单位:mm)

2.2.1.3 判定是否调整支架布设和地基加固方案。

判定原则:如果支架杆件纵向距离在90㎝以上加二次荷载后基础沉降小于3㎜时,则通过增加支架及其下垫梁来将基础沉降控制在1mm以内,否则应采用地基加固的办法来实现对地基沉降的控制。按判定原则控制后,地基变形很小,全部竖向荷载作用下地基的变形值取1mm。

2.2.2 支架弹性和非弹性变形的计算。

2.2.2.1 支架的弹性变形。

采用公式(2)计算。δ1=σHE (2)

式中:σ-压应力;H-杆件长度;E-弹性模量。

2.2.2.2 支架的非弹性变形。

位于脚手架立杆的对接处,参照经验值,每处接口非弹性变形取值1mm。

2.2.3 总沉降量计算。

支架的总沉降量δ为现场地面初荷载预压沉降量、地基沉降量、支架计算沉降量之和,表达式见公式(3)。

δ= (h1- h0)+1+δ1+1×n(3)

式中:δ-总沉降量(单位:mm);n-立杆对接头数量;其余符号与前面同。

3. 荷载预压方法的改进探讨

3.1 荷载预压方法改进的思路。

在“支架计算结合地面预压”模式的基础上,借鉴“等荷载预压”直观明了的优点,对预压方法予以改进,以克服各预压方法的缺点,发挥各方法的优势。主要从以下几个方面进行改进:

3.1.1 试验荷载按等荷载预压计算荷载105~130%确定,并将梁体翼缘板部位、底板腹板部位的荷载予以区分。梁体底部支架联成整体,受力比较均匀,按均布荷载计算。为了更加比较真实体现支架的受力状况,将均布荷载分为梁体翼缘板部位、底板腹板部位两部分考虑。

试验荷载由公式(4)和公式(5)求得。

P1=KN P2=KN′ ′

B2LS (5) ′ B1LS(4)

式中:P1、P2-分别为梁体翼缘板部位、底板腹板部位试验荷载;

K-安全系数,取值105~130%;

N′、N′ ′ -分别为梁体翼缘板部位、底板腹板部位计算荷载,包括对应位

置的梁体自重、模板重及支架重、梁上机械及施工荷载;

B1、B2-分别为梁体翼缘板部位、底板腹板部位梁宽;

L-梁跨度;

S-试验支架受力面积。

3.1.2 通过地基承载力试验来检验地基加固是否合乎要求。立杆基础(或支座、垫板)底面的承载力按公式(6)验算。

F=GA≤f(6)

式中:F-脚手架立杆基础底面处的平均压力设计值;

G-单根立杆底部的最大受力;

A-单根立杆底面整体受力面积;

f-地基承载力的设计值,按下式确定:f=Kfk

fk-地基承载力标准值;

K-考虑脚手架基础于地面之上或埋深较浅的降低数,按表1规定采用。

4其它地基参照取值根据土质承载力

支架立杆的横截面积小,因此在支架搭设方案设计时必须在立杆底部加设底座、垫板(木)或在地基表面浇筑一层混凝土,以使支架的荷载分布于较大的地基面上,确保其均匀承载、避免大的沉降。

3.1.3 试验支架设置一定高度,并增加试验支架的构件。按照设计支架搭设的立杆间距搭设试验支架,纵横向立杆不得少于4根,将每根立杆的上下调节装置安装上去。试验支架搭设后,再依设计铺设模板外楞、内楞等支承杆件,最后铺设模板。

3.1.4 支架立杆每处对接口的非弹性变形值通过对比试验确定。开始1～2孔梁,先进行地面预压试验后,再进行等荷载试验,然后根据公式(7)计算确定立杆

每处对接口的非弹性变形值。

X=S-h-S1 n(7)

式中:x-立杆每个对接口的非弹性变形值;

δ-等荷载预压的总沉降量,现场实测;

h-地面预压的沉降量,现场实测;

δ1-支架的弹性变形量,按公式(2)计算;

n-立杆对接头数量。

3.1.5 支架搭设方案需经专门设计,方案一旦确定,施工中不得随意更改。设计时对支架承受施工过程中各垂直和水平荷载进行研究分析,以确保脚手架具有足够的承载力、刚度和稳定性。

将改进后的预压方法称之为“对比模拟预压”。

3.2 对比模拟预压的操作。

操作流程:第1～2孔梁模拟预压测量沉降量→第1～2孔梁等荷载预压测量沉降量→对比计算支架立杆对接口非弹性变形值→后续梁模拟预压测量计算沉降量。

3.2.1 第1～2孔梁模拟预压测量沉降量。

3.2.1.1 设计试验支架的布置方案。按照支架设计方案小范围的搭设试验支架,满足纵横向立杆均多于4根,将引起沉降因素的构件尽量安装上去。试验支架不宜高于2m。具体试验支架结构参见图1。

3.2.1.2 计算模拟预压荷载。模拟预压荷载分别由公式(4)和(5)求得。

3.2.1.3 选取不同地质的地基做为模拟预压试验区。在地基情况有较明显差异的地方均需试验,以准确测出不同地质地基的不同沉降。

3.2.1.4 搭设试验支架,进行预压。按设计方案搭设试验支架,测量初高程(h0),然后加荷载P1,持续荷载8小时以上,测量支架高程h1,然后再加荷载至P2,持续荷载8小时以上,直至沉降稳定,测量支架高程h2。梁体翼缘板部位沉降量h

’=

h1-h0;梁体底板腹板部位沉降量h“= h2-h0。如果试验支架试验点,仅代表同一部位,则只需加载一次,测量沉降量。

3.2.2 第1～2孔梁等荷载预压测量沉降量。

对第1～2孔梁进行等荷载预压,不但可以检验设计支架搭设方案的安全可靠性,还为后期模拟预压的测量值提供对比依据。具体操作详见“2.1 等荷载预压确定沉降量”。

3.2.3 对比计算支架立杆对接口非弹性变形值。

根据公式(7)计算立杆每处对接口的非弹性变形值。注意将梁体翼缘板部位、底板腹板部位的对接口非弹性变形值予以分别求取。

3.2.4 后续梁模拟预压测量计算沉降量。

在后续现浇梁的施工中,模拟预压试验测量沉降量h;支架的弹性变形δ1通过公式(2)计算;支架的非弹性变形值,根据立杆的对接口数量n和单个对接口的非弹性变形值x计算。各值叠加,即为总沉降量,表达式见公式(8)。

δ= h+δ1+x•n(8)

3.3 对比模拟预压的实施效果及注意事项。

3.3.1 对比模拟预压的实施效果。

在温福铁路客运专线、武广铁路客运专线满堂支架现浇箱梁的施工中,我们均采用了“对比模拟预压”法对现浇梁体进行荷载预压。在各工点,前2孔梁均进行了等荷载预压和模拟预压,然后对比计算求得单个对接口的非弹性变形值,实测对比计算值在0.6～1mm之间,并且梁体翼缘板部位的对接口非弹性变形值略小于底板腹板部位的数值。在后续36孔梁(温福13孔、武广23孔)施工中,采用“对比模拟预压”法求取沉降量。将试验计算结果用于指导预拱度的设置,与现场基本相符,达到了快捷、安全可靠的效果。

3.3.2 对比模拟预压的注意事项。

3.3.2.1 试验荷载要精确,且便于多次加载卸载和测量观测数据。我们在试验时采用方形预制块,分次加载的荷载与偶数预制块的重量和相同,以便对称加载。预制块内配一层16的钢筋,对称位置设置能放倒的活动吊环。

3.3.2.2 模拟预压试验支架模板上设置四个沉降观测点,观测结果取平均值,力求减少测量误差。地基地质情况有较明显差异的地方均需试验。

3.3.2.3 前一孔梁张拉完成后,针对相应点,再进行测量,与设置值进行比较,以供下一孔梁设置预拱度时予以借鉴参考。

3.3.2.4 等荷载预压和模拟预压试验中,底板腹板部位和翼缘板部位的沉降量,实测值有差异,说明梁底支架地基变形并非均匀,受力大的位置相对沉降较大,因此,翼缘板部位荷载与底板腹板相接部位采用两者的平均值予以过渡。

4. 结束语

用“等荷载预压”的方法来检验支架,是必不可少的,但每孔梁均采用等荷载预压也是不妥,其本身也存在安全风险,并且此方法工期长、成本高,在6孔以上现浇梁施工中,体现得更加明显。用“支架计算结合地面预压”的方法来测量计算支架沉降量,具有成本低、工期短、操作简单方便的优势,但其不确定因素多,安全可靠性相对较差。

通过对满堂支架现浇梁常用的荷载预压方法的简述分析,提出了测量支架沉降量的“对比模拟预压”的改进思路。经过现场检验,用该方法指导现场施工,与现场实际情况符合较好、安全可靠,达到了既操作简单方便又具有模拟现浇梁等荷载预压的效果,值得推广。

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