淺議盤扣式支架在高速公路現澆箱梁施工中的應用

羅 文 廣， 張 元 兵， 陳 亮， 劉 瀟 瑜

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

近年來，越來越多的高速公路正在建設中。然而，在其建設過程中，由于支架坍塌造成重大人員傷亡與財產損失的事故屢有發生。因此，現澆箱梁滿堂支架施工的安全問題應該引起高度的重視。筆者所參與施工的某公路項目高度40 m以下的現澆箱梁全部采用盤扣式支架現澆施工，筆者從盤扣式支架施工的基礎處理、支架搭設、受力驗算、預壓等方面分析了盤扣式支架在山區高速公路建設中的安全性、經濟性、適用性，可為類似工程施工提供借鑒。

2 盤扣式支架搭設的參數及其具有的優點

2.1 盤扣式支架參數

某公司生產的M60型承插型盤扣式支架由立桿、橫桿、斜拉桿、可調底座、標準底座、豎向斜桿、U形可調頂托等系列產品組成。焊接在橫桿上的插頭與焊接在立桿上的圓盤通過有斜度的楔型銷將橫桿與立桿緊密連接，銷板采用銷釘固定限位，其連接方式見圖1。

盤扣式支架立桿采用φ60×3.25 mm的普通鍍鋅鋼管，材質為Q345B鋼，橫桿采用φ48×2.75 mm的普通鋼管，材質為Q345B鋼，斜桿采用φ48×2.5 mm的普通鋼管，材質為Q345B鋼。水平剪刀采用φ48、壁厚3.5 mm的普通鍍鋅鋼管(扣件式)。井子架采用φ48、壁厚3.5 mm的普通鍍鋅鋼管(扣件式)。

2.2 盤扣式支架具有的優點

(1)承載力。

碗扣式與扣件式支架的立桿、橫桿、斜桿規格均為φ48×3 mm的普通鍍鋅鋼管，材質為Q235B鋼，而盤扣式支架的主要承重構件為φ60×3.25 mm的普通鍍鋅鋼管，材質為Q345B鋼，其單根承載力為碗扣式支架立桿的兩倍，承載能力明顯增強。

圖1 盤扣式支架連接方式示意圖

(2)安全性及穩定性。

盤扣式支架采用自鎖式連接盤和銷子，銷子插接后靠自重即可鎖緊，且其橫向和豎向斜桿使每個單元均為固定的三角形格構式結構，架體受到橫向和縱向的力之后均不會發生變形，且盤扣支架是一個完整的體系，每個單元均為格構式，安全性高。

(3)使用壽命長。

盤扣式支架采用統一的熱鍍鋅表面處理方式(即徹底刷漆和噴漆的表面處理)，這種不掉漆、不生銹的表面處理方式不僅減少了高額的人工保養成本，而且外觀精致，鍍鋅的表面處理方法亦延長了鋼管壽命15～20 a。

(4)材料用量少。

在傳統的橋梁支撐施工中，大部分碗扣支架的間距均在1.2 m以下，甚至達到0.6 m和0.9 m，材料使用量大；而盤扣式支架立桿采用Q345b低合金結構鋼，提高了承載力，立桿的間距為1.5 m、1.8 m，橫桿的步距為1.5 m，最大間距可以達到3 m，步距達到2 m。故在相同支撐體積下的用量會比傳統產品減少1/2, 重量會減少1/2～1/3 ，極大地減少了材料的使用量。

(5)綜合效益。

碗扣式支架、盤扣式支架的施工費用組成主要為：運費、搭設費及租賃費。

①運 費。

與碗扣式支架相比，盤扣式支架每m3搭設的用量為14.6 kg，而碗扣式支架每m3搭設的用量為25 kg，施工中盤扣式支架的用量只有碗扣式支架的58.4%，運費較低。

②搭設費。

盤扣式支架用量小，搭拆快捷，施工效率是碗扣式支架的4～5倍，機械費、人工費較為節省。

③租賃費用。

根據市場調查，按照每聯現澆箱梁支架租賃期在85 d內完成的盤扣式支架為1 917元/t，碗扣式支架為1 120元/t。該工程箱梁澆筑周期大約為1.5 a，盤扣式支架的租賃費用基本與碗扣式支架相差不大。不同型號支架性能比較情況見表1。

表1 不同型號支架性能比較表

綜上所述，盤扣式支架承載力強，穩定性與安全性高，壽命周期長，經濟效益好，可廣泛應用于各種工程。

3 實際工程應用

3.1 工程概況

重慶江習高速四面山互通為樞紐式互通，位于江津區四面山景區東北約6 km處，采用迂回式方案。互通主線范圍為K50+700～K52+135，總長1 435 m，其中含A～D四條橋總長3 244.538 m。互通匝道設置預應力混凝土箱梁橋7座，長1 681.5 m，其中最大現澆箱梁支架高度超過40 m。互通區構造屬中低山地地貌區，位于一單面斜坡地形，整個斜坡坡向為45°～60°，梁立體交叉施工及支架搭設施工難度大。

3.2 施工工序

施工工序見圖2。

3.3 基礎處理

不同于平原高速公路建設，山區高速公路多穿越崇山峻嶺，橋位區多為陡坡地形，支架搭設時需進行基礎整平處理。為減少開挖量，對于坡度大于45°的地形設置臺階，臺階高度及跨度按照立桿間距1.5 m的倍數設置。基礎整平后，利用18 t壓路機碾壓，對壓路機不能碾壓到的部位采用蛙式打夯機補強夯實并檢測地基承載力，并保證承載力不小于0.25 MPa，最后采用20 cm厚C20混凝土硬化。

圖2 盤扣式支架搭設施工工序圖

3.4 支架搭設

四面山互通C匝道2號橋箱梁為單箱多室截面，箱梁等高，梁高1.8 m,懸臂長1.75 m；箱梁頂板厚度為25 cm，底板厚22 cm，邊腹板厚50 cm，中腹板厚50 cm，腹板在支點附近增大為90 cm。箱梁端橫梁厚1.5 m，中橫梁厚2 m，橋面凈寬10.5 m。

箱梁底板位置橫向采用間距1.2 m(用于橫橋向實體位置)和1.5 m(用于橫橋向翼板位置)，縱向間距采用1.5 m，高度方向步距1.5 m。架體頂托上方鋪設主龍骨，主龍骨采用14號工字鋼，次龍骨采用100 mm×100 mm方木，上鋪15 mm厚的竹膠合板。縱橫向分別設置剪刀撐，沿線路方向每隔6 m在橫截面上設置一道，剪刀撐與地面的夾角為45°。鋼管上下均采用可調節支撐，所有支架均依據搭設高度每隔6 m設置水平剪刀撐。支架橫斷面見圖3。

3.5 結構受力計算

考慮結構自重、模板自重、混凝土荷載、施工荷載后的箱梁斷面尺寸見圖4。通過模型簡化，對四面山互通C匝道2號橋箱梁各部位支架進行了承載力、抗彎強度及地基承載力等方面的驗算。

(1)支架的主要計算參數。

計算參數見表2與表3。

表2 架體各配件力學性能表

表3 設計荷載集合及荷載組合取值表

(2)支架受力驗算。

利用Midas 2015結構計算軟件建立三維空間模型進行分析計算，按空間整體結構建模，包括頂層支撐模板層(其中包括木板、方木)和滿堂支架，其中將受壓面為0.04 m厚的鋼面板作為加載單元，其自重相當于模板自重2 kN/m2，其余均采用梁單元。斜桿較密集，考慮到斜撐的作用，未考慮剪刀撐的作用。

坐標軸按照右手規則確定。由分區壓力面荷載模擬箱梁自重，支架、工字鋼、木枋、角鋼、鋼管等采用梁單元模擬，模板采用板單元模擬，立桿底部約束6個方向的自由度。考慮到節點間變形的協調性，立桿頂部與工字鋼分配梁、工字鋼分配梁與縱向木方均采用彈性連接方式。為防止發生位移，對上部模板支撐層釋放Z方向的位移約束，對其他5個自由度進行約束處理，對底部節點約束6個自由度。支架受力驗算結果見表4～7。

3.6 支架預壓

圖3 支架橫斷面圖(單位:m)

表4 箱梁翼緣板位置受力驗算表

表5 箱梁底板位置受力驗算表

表6 箱梁實體位置受力驗算表

表7 地基計算承載力驗算表

圖4 箱梁荷載分配斷面圖

為進一步保證施工安全、檢驗支架的安全性和施工沉降數據，消除地基和支架的非彈性變形，為支架的合理起拱提供依據，對盤扣式支架采用1.1的荷載系數進行了單跨預壓和一聯預壓處理。預壓分三級加載, 單跨箱梁預壓重量見表8，一聯箱梁預壓重力分配情況見表9。

表8 單跨箱梁預壓重量表 /t

表9 一聯箱梁預壓重力分配表 /t

預壓結果表明：通過支架預壓前的沉降觀測，隨后按照加載順序分別對預壓60%、80%、100%、110%的重量進行沉降觀測記錄，全部加載完成后的觀測結果顯示：最初24 h各監測點的平均沉降為0.8 mm，最初72 h各監測點的平均沉降為3 mm，小于規范要求的5 mm，說明支架安全有保證，搭建結果滿足設計要求。

3.7 結果分析

以上5個表格中的驗算結果表明：盤扣式腳手架采用的立桿、膠合板、支架強度、14#工字鋼、整體穩定性及基礎承載力完全滿足要求。根據預壓檢驗驗算結果與實測數據可知：所采取的基礎處理方式及支架搭設方案完全滿足承載力及穩定性要求。

4 結 語

根據上述分析，筆者得出以下結論：

(1)盤扣式支架采用Q345B低碳合金結構鋼，比傳統支架所用的Q235普通鋼管材質有大幅度的提升，承載能力高。

(2)盤扣式支架采用斜拉桿設計，形成了穩定的格構柱結構，增強了支架的整體穩定性。

(3)盤扣式支架采用熱鍍鋅工藝，有效防止了構件在施工過程中因材料腐蝕造成的立桿承載力下降問題，保證了施工安全。

盤扣式支架在現澆箱梁施工中，其施工安全性高，施工速度快，施工工藝簡單，可以在工程中廣泛使用。該項目盤扣式支架搭設方量高達60多萬m3，現澆箱梁全部澆筑完成，支架施工安全可靠，箱梁澆筑高程得到了精確控制，誤差小。