淺析滿堂支架設計及支架施工控制措施

(合誠工程咨詢集團股份有限公司 福建 廈門 361000)

淺析滿堂支架設計及支架施工控制措施

周智亮

(合誠工程咨詢集團股份有限公司 福建 廈門 361000)

目前，使用比較廣泛的現澆混凝土結構支撐架是碗扣式滿堂支架，尤其是在現澆箱梁施工中的應用，因其支架構件具有結構簡單、拆裝方便、運輸便利等優點。本文闡述了碗扣式滿堂支架設計中,支架的強度、穩定性和地基承載力的驗算過程和要求,以及支架施工的控制措施。

滿堂支架；設計；控制措施

現澆箱梁施工中，支架作為梁體重要的承重支撐結構，支架搭設質量對現澆梁施工安全、質量的影響起到直接、關鍵作用，所以在支架設計過程中要根據項目施工需要進行設計、驗算,在保證施工安全、質量的情況下,支架搭設不但必須符合相關施工技術、規范要求,還要具有一定的經濟性。現結合連霍高速G30吐小項目吐魯番地區境內一座跨線橋現澆箱梁的支架計算及施工為例,介紹一下實際施工中的應用。該橋上部結構采用四跨連續預應力鋼筋混凝土箱梁結構,梁跨設計為20+30×2+20m,分左右幅布置。箱梁斷面尺寸頂寬為12m,底寬7.375m,高1.75m,為單箱雙室混凝土結構。箱梁混凝土強度為C50,共848.8m3,箱梁使用普通鋼筋共重128.2t,預應力鋼絞線重32.2t。

1 支架設計

該橋滿堂支架采用碗扣式鋼管架搭設,支架鋼管采用外徑48mm、壁厚3.5mm的Q235鋼管。梁體跨中支架立桿縱、橫向步距按0.9×0.9m布置、橫桿層間距按1.2m布置,梁端變截面段支架立桿縱、橫向步距按0.6×0.9m布置、橫桿層間距按1.2m布置,支架平均高度7m。滿堂支架基礎為15cm厚C20混凝土,基礎以下為天然砂礫地基。

1.1支架承載力驗算

1.1.1 荷載組合

經分析和查閱《公路橋涵施工技術規范》,計算支架上部荷載時主要考慮：模板、支承梁（楞）及碗扣支架自重；新澆筑混凝土、鋼筋和預應力筋自重；施工人員、設備荷載；振搗砼時產生的振動荷載等。

1.1.2 荷載計算

取箱梁跨中標準截段為例進行支架的相關計算和驗算，各參數計算如下：

根據設計圖紙截面尺寸將頂板(翼緣板另考慮)、腹板和底板混凝土折算成有效底板混凝土板厚為0.54m(按最不利荷載情況考慮)，鋼筋砼容重按25KN/m3(由建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范查得)

①鋼筋砼梁體自重：Q1=25×0.54=13.5KPa

②模板、支承梁（楞）及碗扣支架自重按梁體混凝土自重的5%計,則:

③施工人員、設備荷載：Q3=2.0KPa（由路橋施工計算手冊查得）

④振搗砼時產生的振動荷載：Q4=2.0KPa（由路橋施工計算手冊查得）

1.1.2 支架強度及穩定性驗算

單根立桿的堅向受力為其所支撐底面積內的單元體荷載，標準段立桿縱橫歩距均為0.9m，立桿豎向受力符合單肢立桿軸向力特點，按照《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》荷載效應組合公式進行計算(不考慮風荷載等影響)：

式中：Lx、Ly—單肢立桿縱向及橫向間距（m）

1.1.2.1 立桿受力計算

單根立桿的豎向受力計算：

1.1.2.2 承載力檢算

碗扣式腳手管截面積A=489mm2、鋼管容許應力[σ]＝210Mpa（由路橋施工計算手冊查得），則立桿所受應力：

σ=18.31×1000/489=37.4Mpa＜[σ]＝210Mpa,說明立桿承載力滿足要求。

1.1.2.3 穩定性驗算

碗扣式支架立桿受橫桿與縱桿的約束,在受力分析時,立桿與橫桿、縱桿的鏈接按兩端鉸接考慮。在立桿穩定性驗算時,考慮支架層高為1.2m,取1.2m作為立桿受力長度計算長細比λ。立桿回轉半徑i=15.78mm（由路橋施工計算手冊查得）：

長細比λ＝μ×h/i＝1.0×1200/15.78＝76.05，由此可查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》附錄C，可知立桿穩定系數φ＝0.74375。

所以，立桿軸向荷載[N]=φ A [σ]=0.74375×489×210

=76KN>N=18.3KN，說明支架穩定性滿足要求。

1.1.3 地基承載力驗算

支架底托尺寸為10×10cm，則單根立桿通過底托向下傳遞到混凝土表面的壓力面積為0.1×0.1=0.01m2，厚15cm的C20混凝土抗壓強度[fc]至少在20Mpa以上，則混凝土局部抗壓強度為：

P＝N/A=18.31/0.01=1.831Mpa＜[fc]=20Mpa(經驗算滿足要求)

C20混凝土容重為24KN/m3,其擴散角取45°;經現場檢測,清表后壓實度達95%的天然砂礫地基承載力在250kPa以上。C20混凝土墊層底對天然砂礫地基的壓力為:

天然砂礫地基安全系數為250/118=2.1，說明天然砂礫地基承載力安全系數較大，滿足施工要求。

2 支架地基加固處理

在滿堂支架搭設之前,為確保地基基礎滿足施工要求,需對天然地基基礎進行加固處理,以消除或減少地基基礎沉降對支架的影響。

首先,清除地基原地面表層松散砂礫土,并用天然砂礫進行整平處理,按原地面線分臺階設置,壓實度不小于95%。用C20混凝土作為支架基礎墊層,澆筑15cm厚。吐魯番地區氣候炎熱干燥,年平均降雨量僅27mm,蒸發量達2700多mm,因此不考慮雨水影響,基礎表面不設置排水橫坡,但上游天山地區時常降雨,汛期會形成地表漫流,為防止地基被水浸泡,在支架上游和周邊開挖排水溝進行導流,排水溝距支架基礎1m以外。

3 支架搭設

3.1 在搭設之前,必須按照《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》的要求對進場的碗扣架構配件進行檢查和驗收,經驗收檢查不合格的桿件應禁止使用。

3.2 支架搭設施工應嚴格按照施工方案進行:

(1)用白灰按搭設方案確定的立桿歩距畫出縱橫定位線,確定立桿底托布設位置。

(2)滿堂支架搭設順序:應按照從一端開始向另一端延伸、從中間向兩側擴展的的順序進行搭設,按照立桿布設位置依次豎起立桿、安裝縱橫水平桿插緊碗扣插銷,確保碗扣不松動。

(3)底層縱橫水平桿安裝完成后,應及時調整同水平面基礎上立桿底托螺帽使縱橫水平桿處于同一平面內。

(4)當立桿縱橫水平桿安裝好后,應及時調整立桿垂直度,保證立桿縱、橫向成排,豎向豎直,待下層支架調整好后,再安裝上層支架。

4 加載預壓

4.1預拱度設置

按模板設計方案安裝底模和縱橫向支撐梁,根據施工方案預拱度計算值設置模板初步預拱度,預拱度包括結構變形產生的預拱度和支架、地基的彈性、非彈性變形產的預拱度兩部分。結構本身的預拱度為設計圖紙提供的數值,施工需要的預拱度要根據計算的支架彈性壓縮值和經驗預估非彈性壓縮值及地基沉降量得出。實際設置預拱度時應比計算值要稍偏大點,將極大降低卸載后預拱度調整的工作量和難度,最終預拱度設置值要根據卸載后預壓沉降監測成果報告進行調整,確定最終支架模板頂面標高。

4.2加載

4.2.1加載荷載計算

根據《鋼管滿堂支架預壓技術規程》5.1.5條規定:支架預壓荷載不應小于支架承受的混凝土結構恒載與模板、支架自重之和的1.1倍。因此，該橋支架預壓荷載按梁體自重與模板、支架等重量之和的1.1倍考慮,該跨箱梁自重685t,模板、支承梁(楞)及碗扣支架自重按梁體自重的5%計算,則預壓荷載為788t。支架預壓采用砂袋預壓,經現場稱量天然砂礫石容重為1.6t/m3,單個預壓砂袋重約1.8t,抽樣稱重不少于總砂袋數的20%。預壓荷載按照結構荷載和施工荷載工況進行分部,經計算,支架箱室底板預壓荷載折合砂袋高1.88m、共368袋,翼緣板底板預壓荷載折合砂袋高0.66m、共70袋。

4.2.2 加載順序

加載時,按照縱向從跨中向兩端,橫向從梁中心線向兩側,先底板、后翼緣板,左右對稱、分層均衡加載的原則進行,防止偏心受壓。按三階段加載重量分別計算各階段需加載沙袋數量,第一階段需加載262袋,第二、三階段分別加載88袋，加載總袋數為368袋。實際加載時,翼緣板單個加載沙袋重量控制在1t左右,能有效使荷載較均勻分部。

加載部位加載階段段 第一階段 第二階段 第三階段底板(1.8t) 220 60 88兩側翼緣板(1t) 76 50

4.2.3 加載速率控制

加載過程分三個階段進行中,每階段分別加載預壓總荷載的60%、20%、20%,在第三階段加載結束達到總預壓荷載重量。每階段加載完成后,應暫停止下一階段的加載,而要每間隔12h對支架沉降量進行監測,當各測點12h的沉降速率小于2mm/h時,才可進入下一階段的加載。從第二階段加載開始,應降緩加載速率,在第三階段應嚴格控制加載速度,避免加載過快造成支架局部均勻沉降過大。

4.3測點布置及堆載監測

4.3.1 觀測點布置

沉降觀測點布置在底板按縱向每隔1/8跨徑布置一個觀測斷面，每個監測斷面布置3個測點，以底板中心線左右對稱布置。同時，支架沉降觀測點在支架頂部和支架基礎相對應的位置上下分別布置。

4.3.2 預壓期監測及結果分析

在每階段加載開始前,均應觀測并記錄斷面底模各測點標高和支架基礎各測點加載前的標高,第三階段加載完成后預壓觀測期不少于3天,第一天每12h觀測一次,以后每天每24h觀測一次,并繪制時間—沉降曲線,及時分析總結沉降變化情況。

《鋼管滿堂支架預壓技術規程》5.1.5條規定滿堂支架預壓合格標準為:支架各測點沉降觀測數據達到連續24h沉降量平均值小于1mm或連續三天沉降量平均值小于5mm時,就可以進行卸載。卸載6h后,要再次復測各斷面監測點標高,并對沉降觀測數據進行整理,計算支架和地基的彈性變形量、支架和地基的非彈性變形量,形成各監測斷面預壓成果報告并調整預拱度設置值。支架模板的最終標高要根據調整后的預拱度值,通過支架頂部的可調頂托進行調整。

5 控制措施

5.1地基加固質量控制措施

⑴清除表層松散砂礫土壓實后,采用天然砂礫石處理時應整平、壓實保證混凝土墊層澆筑厚度不小于15cm。

⑵應根據地形坡度分段開挖臺階整平,碾壓密實。

⑶在進行混凝土墊層施工時,要保證墊層平整度和厚度符合要求,墊層養生3天后可進行支架搭設,但要持續養生至7天時間,確保墊層砼的強度滿足要求。

⑷當墊層局部不平整時,應對設置的混凝土墊塊用高強度砂漿進行座槳處理,確保墊塊能均勻分散和傳遞立桿壓力。

5.2支架搭設施工控制措施

⑴嚴格檢查驗收進場的碗扣式鋼管外觀質量,碗扣和桿件不得有裂紋、凹陷、銹蝕，鋼管厚度應符合要求，配件齊全、有效。

⑵支架搭設時,掃地桿距地面高度應控制在25cm以內,并按《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》要求設置架體四周和中間的縱橫向豎向剪刀撐。

⑶斜桿跨度宜為六跨,并與立桿扣接牢固,斜桿不能交叉疊加設置,應分別設置在立桿的兩側。

⑷支架安裝過程中應及時復核立桿垂直度,及時調整，使立桿在全高范圍內的垂直度偏差復核技術規范要求。

⑸應制定支架檢查表，定期檢查支架搭設質量或分段檢查驗收，及時對存在問題進行整改。

5.3支架預壓控制措施

⑴沉降觀測儀器應為高精度水準觀測儀,安排測量人員專職負責,始終使用同一臺測量儀器,防止、減小出現的人為和儀器誤差。

⑵做好水準點位的保護,觀測期內至少復核水準點一次。

⑶根據現場實際沉降觀測結果,繪制支架、地基的彈性和塑性變形曲線進行數據分析,如曲線出現突變點,說明存在異常數據,應予以重視,要結合現場檢查情況分析原因,不得擅自修改數據作假。

⑷觀測期內,應安排專人檢查地基、支架變形情況,并做好現場檢查記錄。

⑸在加載和觀測過程中如出現觀測沉降量數據過大,現場基礎墊層凹陷或裂紋,支架出現明顯變形等現象,應立即停止堆載并卸載,并查明原因后再采取補救措施。

[1]中華人民共和國交通部標準《公路橋涵施工技術規范》JTG/TF50-2011

[2]中華人民共和國行業標準《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》JGJ166-2008

[3]中華人民共和國行業標準《鋼管滿堂支架預壓技術規程》JGJ/T194-2009

[4]周水興、何兆益、鄒毅松等編著，路橋施工計算手冊，人民交通出版社

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1007-6344（2017）06-0037-02