军用墩支架论文

高墩大跨现浇箱梁上的应用设计与检算

中铁十五局 梁要武

摘要：在高墩大跨现浇箱梁施工中，采用八三墩、六五墩及军用梁作为支架，避免大面积处理地基。本文结合支架施工实例，采用军用墩、军用梁组成的支架体系在高墩大跨现浇箱梁中的应用进行设计检算。

关键词：现浇箱梁 军用墩 军用梁 支架

1.前言

在现浇箱梁施工时,一般的施工方法是采用满堂支架进行施工，对于地势陡峭或跨河、墩身高达40米的现浇预应力砼箱梁，采用满堂支架施工时地基处理较难，同时安全性较低，施工的材料人员都需要较大的投入。针对高墩大跨提出用军用墩、梁支架体系组织施工取得了较好的技术经济效果。 2.工程概况 2.1工程概况

汤河桥全幅宽度均为24.5米，汤河桥桥长477米（进京）、486米（出京），所经地段地形地貌复杂、地势陡峭、起伏大。本桥上部结构为C50预应力砼现浇箱梁，第1联(进京侧)梁长为34.94米+35米+34.94米，第1联（出京侧）梁长为37.94米+38米+37.94米，第2-3联梁长为38.44米+38.5米+38.44米，梁高1.80米；第4联梁长为44.94米+45米+44.94米，梁高2.2米；半幅横断面为单箱双室，顶板宽12.09米、厚0.25米，底板宽8.09米，厚0.20米，跨径45米的箱梁腹板宽0.74米，其余跨径腹板宽0.68米。全桥箱梁砼8879.8m3，其中第1跨箱梁砼633 m3，第12跨箱梁砼924 m3。本桥最高墩为38.63米，最低墩为13.56米。承台顶面宽横桥向8.5米，顺桥向6.5米。 2.2水文地质情况

桥位范围内地层分为人工堆积层、第四纪沉积层及侏罗纪沉积岩层3类。小汤河与桥大角度斜交，河床宽25米，水深1.5米，流量200m3/h，常年有水。地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。 3.现浇支架的选定

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现浇支架常规使用的主要为碗扣式满堂支架,下面就满堂支架与军用梁支架从受力、安全性能、地基处理情况、施工难易程度及经济比选等若干方面进行比较。二者比较见下表，两种支架各有优缺点。根据施工现场实际情况，依据施工技术性能及经济比选，最后选择军用墩梁作为现浇箱梁的支撑体系。

表1

支架形式 受力情况 碗扣式满堂支架 受力情况简单，受力分析简单 军用墩、梁支架 受力分析传递明确 高度高，整体稳定性差，地质情况复杂，尤构件大，容易组装，结其整体稳定性差，地质情况复杂，尤其整体构安全性较高，抗变形安全性能 稳定性差，地质情况复杂，尤其第9～10能力较强 孔下方有河水流过，地基处理工程量非常大，同时不均匀沉降太大影响整体安全性，易发生安全事故，部分失稳易形成整体垮塌 由于孔跨之间有河流留过，山势陡峭，岩体地形影响比较小 地形情况影响 全部作成台阶状，地基处理难度非常大，处理起来花费的工期非常长，受地形影响非常大 施工难度 临时地基基础处理难度很大，支架搭设容构件大组装吊装难度易，拆除容易 大，拆除比较难 基础处理费用低，材料基础处理费用非常高，成本比较高，经济性低，人员数量需求多，机械设备投入少 投入少，人员少，机械设备投入较大，需要专业化人员，支架总体经济性高 经过施工技术、经济及安全性比较，可以看出：

（1）、由于桥下方有河水流过，河道宽30米，流速 200 米3/秒，水深2米，且河水不宜改道，如采用碗扣式满堂支架，临时基础几乎不可能实施，进行河道处理，不均匀沉降较大，且不可控制，箱量质量不宜控制，影响巨大。 （2）、支架高度在35米以上，已经超过了常规碗扣式支架搭设的极限高度，

经济性能比较 2

常规条件下墩高20米以下适合采用满堂支架，超过20米的支架安全性降低，风险较大，一般情况下不使用。

（3）、采用大量人工作业效率低，搭设时间较长。

（4）、采用军用墩梁可从各铁建单位直接租借到，因此综合技术经济安全等多方面因素，选择采用军用墩梁支架作为支撑体系。 4.支架的设计及检算 4.1支架总体方案图

4.1.1 45米跨径军用梁及临时墩布置图如下图1（取计算跨径为26米）：

图1

4.1.2支架方案设计

军用墩梁支架体系由八三式军用墩、六五式军用墩、式军用梁及砼基础等组成。采用铁路八三式军用墩，支墩通过垫梁支撑于已经制好的承台上，支墩之间设置连接撑杆。支墩墩顶设置垫梁，垫梁上放置砂筒，砂筒顶设置垫梁，垫梁支撑铁路式军用梁，砂筒作为卸架设备便于军用梁的落架。在军用梁或支架上面布置方木、木板和木模板形成整个现浇支架。六五式军用墩支撑到临时基础上，基础宽6米，长12.5米，为C20片石混凝土。军用梁的布置见图2。 4.2 军用梁计算

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（1）荷载

根据规范规定，对于支架系统采用容许应力法计算。 木模板自重∶0.375KN/㎡ 施工人员及机具荷载∶2.5KN/㎡

内模系统荷载：每室内模系统考虑总重10t(内模也按木模板考虑)，内模系统主要集中于箱梁中部，如箱梁中部宽度按3.0m考虑，故1.1KN/㎡ 方木自重(方木间距0.8m布置，按均布荷载计算)∶0.14KN/㎡ 双层式军用梁自重2.5KN/㎡。

图2 横桥向10片式军用梁布置图(单位：mm)

如图15所示横桥向布置10片双层式军用梁，则不同区域荷载不同。 ①边腹板区(单侧1.4m范围内)

该部分砼截面面积为1.96㎡，1.96×26=51kN/m。 木底模模板0.375kN/㎡，0.375×1.4=0.525kN/m。 施工人员及机具荷载，2.5×1.4=3.5kN/m。

内模系统荷载，按靠近边腹板内侧0.5m区域有内模考虑，1.1×0.5=0.55kN/m。 方木可按均布荷载考虑，0.14×1.4=0.196kN/m。

两片式军用梁自 重，2.5×2=5kN/m。则该区域荷载线分布为： q=51+0.525+3.5+0.55+0.196+5=60.77kN/m ②箱室区(单侧2m范围内)

该部分砼截面面积为0.9㎡，0.9×26=23.4kN/m。 木底模模板0.375kN/㎡，0.375×2=0.75kN/m。 施工人员及机具荷载，2.5×2=5kN/m。

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内模系统自重荷载，1.1×2=2.2kN/m 方木可按均布荷载考虑，0.14×2=0.28kN/m。

单片式军用梁自重，2.5kN/m。则该区域荷载线分布为： q=23.4+0.75+5+2.2+0.28+2.5=34.13kN/m ③中腹板区(单侧1.7m范围内)

该部分砼截面面积为2.16㎡，2.16×26=56.2kN/m。 木底模模板0.375kN/㎡，0.375×1.7=0.kN/m。 施工人员及机具荷载，2.5×1.7=4.25kN/m。

内模系统荷载，按靠近中腹板左右两侧0.5m区域有内模考虑，1.1×1=1.1kN/m。 方木可按均布荷载考虑，0.14×1.7=0.24kN/m。

两片式军用梁自重，2.5×2=5kN/m。则该区域荷载线分布为： q=56.2+0.+4.25+1.1+0.24+5=67.43kN/m

④假设箱梁中心8.5m范围内的全部荷载由其下的八片式军用梁均匀承受，则该范围内的荷载为：

该部分砼截面面积为1.96×2+0.9×2+2.16=7.88㎡，7.88×26=204.88kN/m。 木底模模板0.375kN/㎡，0.375×8.5=3.19kN/m。 施工人员及机具荷载，2.5×8.5=21.25kN/m。 内模系统自重荷载，200÷30=6.67kN/m 方木可按均布荷载考虑，0.14×8.5=1.19kN/m。

8片式军用梁自重，2.5×8=20kN/m。则该区域荷载线分布为： q=204.88+3.19+21.25+6.67+1.19+20=257.18kN/m （2）强度和挠度 1、强度

从以上荷载分析可知，箱室区单片式军用梁所受荷载最大，故以此荷载验算式军用梁的强度（图25）。

图3 箱室区式军用梁轴力图(单位：N)

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边跨腹板区下的式军用梁杆力如图2所示。从图中可以看出弦杆所受最大轴力为93.4吨，未超过式军用梁弦杆的承载能力，其余各杆件的轴力也未超过式军用梁各杆件的承载能力(根据《式铁路军用梁检算参考资料》)。 2、挠度

以上荷载分析，挠度也验算箱室区单片式军用梁，其总荷载挠度如图3所示： 图3箱室区式军用梁全部荷载引起的挠度图(跨度单位为m；挠度单位为mm)

从图中可以看出荷载引起的挠度小于L/400=26/400=65㎜。

为混凝土箱梁底模及支撑方木有一定的刚度，可以起到变形协调作用，可以假设混凝土箱梁底模下的八片式军用梁挠度相同。混凝土重量作为活载引起的挠度如图4所示，

图4 底模下式军用梁混凝土重量引起的挠度图(跨度单位为m；挠度单位为mm)

从图中可以看出活载(混凝土重量)引起的挠度小于L/400=26/400=65mm。 结论：根据上述计算，式军用梁满足要求。 4.4军用墩的验算 八三式军用墩的计算分析

八三式军用墩为格构式偏心受压构件，所以按《钢结构设计规范》GB50017-2003的压弯构件验算。因为《钢结构设计规范》是按极限状态法计算的，所以支墩的验算也必须用极限状态法。

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(1)荷载

考虑墩顶多层垫梁对荷载的重分布，按8排、2列八三式军用墩均匀承受全部荷载计算。按图荷载包括恒载和活载，恒载主要指模板、方木、军用梁、垫梁和砂筒等自重，活载指现浇混凝土重量，用求出的恒载和活载验算军用墩的强度和稳定性。

混凝土主梁所受荷载：

木模板自重∶308.50.37595.63kN 施工人员及机具荷载∶3012.091362.7kN 内模系统荷载：200kN

90.113037.13kN0.8

上方木自重(设0.8m间距布置的方木每根长9m)∶式军用梁自重：272.510675kN 砂筒自重：2.4051024.05kN

垫梁自重(每侧支墩处垫梁共有16根①号杆，8根②号杆，4根③号杆)：

2(162.5381.541.16)114.24kN

混凝土自重∶

25266731.4kN25

F恒95.63362.720037.1367524.05114.241508.74kN； F活6731.4kN (2)强度

因为在横桥向六排八三式军用墩全部联结起来其横向刚度很大，故只验算顺桥向两列支墩的强度和稳定性。荷载经过多层横桥向垫梁的分配传递到军用墩顶时在横桥向的荷载按六排八三式军用墩均匀承受。在进行支墩强度检算时，按顺桥向两个用缀条连接的八三式军用墩承受六分之一的荷载计算。因为顺桥向式军用梁支点未在两列支墩中心，而是有很大的偏心，故这里按偏心受压柱验算支墩。

42I11900327744mml23500mmA 7656215312mmx支墩最大高度:；；；

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1；

ixIx881.6mmA

xl2350026.7ix881.6

AA1x该支墩计算采用四肢组合构件，缀件为缀条时的公式

0x2x27

式中：x——整个构件对x轴的长细比；

A——构件的毛截面面积。

A1x——构件截面中垂直于x轴的各斜缀条毛截面面积之和。

A1x1513mm2

0x26.72270x1531231.41513

34538235查表得：x0.906

支墩强度验算：

MxNfAxWx

N(1.2F恒1.4F活)261.21508.741.46731.411234.4936.2kN2612

MNl936.20.5468.1kNm(按最大偏心l=0.5m考虑)

MxN936.24103468.11030.87595.6MPaf215MPaAxWx153121061119003277441012 (3)支墩稳定性验算

NxAmxMxNW1x(1x')NExf

'22'NEA/(1.1NNExx)；xEx式中：——计算构件的轴心压力； ——参数，

——弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；Mx——所计算构件范围内的最

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大弯矩；Wx——在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量；mx——等效弯矩系数，这里取mx1。

'29NEx2EA/(1.12106/(1.126.72)40429kNx)3.142101015312NW1x1x'NEx936.21031468.1103102.6MPaf6120.90615312101190032774410936.210.9060.870429

结论:从以上的计算可以看出，八三式军用墩满足强度和稳定性要求。

NxAmxMx六五式军用墩的计算分析

六五式军用墩的杆件承受的极限荷载远大于八三墩这里不一一计算。 5.支架的预压

5.1采用逐跨预压或逐联预压方式进行浇筑前的支架预压。

箱梁底模成型之后，采用与箱梁混凝土重加施工荷载（施工人员、设备、冲击荷载等）同等重量的砂袋(或水箱，可以加50％～60％加载总重量的砂袋后再加水箱)进行全断面预压，砂袋用吊车吊卸。雨季预压时，应随时注意天气变化，准备足够的防雨用品（如塑料布等），避免雨淋致使砂袋超重。

通过预压，一方面检查支架的安全性，确保施工安全；另一方面消除非弹性变形值δ1(地基非弹性变形、支架非弹性变形及砼收缩、徐变而引起的挠度)的影响，确定支架系统的弹性变形值δ2，有利于合理设置支架预提高度、正确控制施工标高和桥面线形。支架下沉量在正式施工前完成，预压时间拟定为6天(以支架稳定不再变化时为准)。 5.2观测

支架预压前在底模及地面分别固定对立设置垂直标尺，并在加载前做好标记，进行观测。（每跨纵向在支点、1/4跨、跨中和3/4跨处5个断面，横向布设6～7个点，每跨共计30～35个观测点）测量底模顶标高H0；卸载前测量原测点底模顶标高H1；卸载后测量原测点底模顶标高H2。基础、支架、模板弹性、非弹性变形值计算如下：

基础、支架、模板非弹性变形值δ1=H0-H2

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基础、支架、模板弹性变形值δ2=H2-H1

一般设置方法如下：考虑砼收缩徐变引起的挠度以及连续箱梁浇筑进行水平分层（下层为底板、腹板；上层为顶板、翼板）的实际具体施工过程，将连续箱梁施工标高在设计标高的基础上，每个墩顶位置箱梁的预提高度为弹性变形值δ2，每跨跨中预提高度为弹性变形值δ2+10mm；其余位置的预提高度均为每跨墩顶预提高度为最小值，跨中预提高度为最大值按直线比例分配。 5.3预压过程注意事项

在预压前、卸载前、卸载后和预压过程中定期用仪器观测每跨控制点的变形情况，并检查支架各扣件的受力情况，沉降稳定后开始卸载（卸载前安排专人逐个检查顶托的受力情况，若有个别顶托未受力，人工通过调节杆调整，保证支架各顶托受力一致）。根据观测数据计算支架的弹性和非弹性值，通过U形可调托座调整底模标高（设计标高+弹性变形值）。

在预压过程中没有发现支架有不可恢复的变形，支架基础没有发生大的沉降、开裂、塌陷即证明支架及基础承载力满足设计要求。

砼浇筑时在每跨跨中和1/4跨处支架顶部设置沉降观测标，观测标横桥方向设三道，即腹板位置和箱梁中心位置。观测标由吊锤和地标组成，浇筑前用钢尺测量吊锤和地标之间的距离，浇筑过程中随时进行复核，直至砼浇筑完成。观测数据如有差异，立即暂停浇筑，待查明原因并做相应处理后方可继续施工，但暂停时间不可过长，防止施工冷缝的产生。 6.支架的安装与拆除

6.1首先用全站仪对临时墩基础的平面控制点进行精确放样,开挖后进行临时墩砼基础的施工。实施时注意地基情况承载力的确定。

采用八三式军用墩和式军用梁，军用墩落于已施工好的承台上和临时砼基础上。不同之处：由于该桥每跨度均大于30米，故在每跨适当位置增设一个临时支墩（六五式军用墩）。经对临时支墩最不利位置进行受力分析，要求地基承载力不小于180KPa。临时支墩基础采用C20片石浇筑，宽6.0m、长12.5m、高0.7m。基底松软处采用开山石进行换填处理并压实，再浇筑砼；若基底为岩层，则凿至硬质岩层后再做砼基础。临时墩基础上布置分配垫梁，其与砼面紧贴，稳妥后再安装六五墩。

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各种横向及斜向联系，各螺栓连接须用扭力扳手检验。 6.2军用梁的安装

在施工现场采用汽车吊与塔式起重机配合组装,把双层军用梁先分节组装,然后按照单跨长度吊装拼接,组装后逐跨采用大吨位汽车吊进行吊装一次就位,为施工吊装方便先吊装最外边军用梁进行临时固定,然后按设计进行逐榀吊装,吊装上两榀后就开始用槽钢、U型卡进行连接，作为横向联系防止倾覆，增强其横向刚度。 支架结构的搭建要稳固，杆件连接牢靠。

军用墩的拼装：拼装前要检查承台或临时墩顶面平整度，其误差要≤3mm。为减少高空作业量，拼装立柱前即上满接头板，立柱安装过程中随时检查立柱的垂直、方正与水平，立柱安装完毕后紧接着上拉撑。

吊装作业要有专人指挥。 6.3支架的拆除

当箱梁砼强度达到设计强度及规范要求后，进行落架和模板拆除。 卸落支架应按拟定的卸落程序进行，分几个循环卸完，卸落量开始宜小， 以后逐渐增大。在纵向应对称均衡卸落，在横向应同时一起卸落。连续梁宜从跨中向支座依次循环卸落。

通过砂箱进行落架,先吊装下箱梁翼板下的军用梁,底板下的军用梁每两榀联系在一块,不拆除这两榀的横向联系,通过水平千斤顶向翼板下方向横移,横移到边后,用汽车吊吊下。

军用墩的拆除：军用墩杆件的拆除为杆件搭设的逆向，后装的先拆，先装的后拆。一步一清，不得采用踏步式拆除，不准上、下同时作业。如遇强风、雨、雪等气候，不能进行外架拆除。

7.结束语

通过采用军用墩梁支撑体系解决了高墩大跨现浇箱梁支架的难题，但也有待改进。若设计成可以移动的支架可大量解决人力机械功效，会更经济。技术安全性会更好。

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