滿堂支架現(xiàn)澆施工控制技術

丁 潔 中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路軌道交通開發(fā)有限公司

滿堂支架現(xiàn)澆法施工應用較廣泛，其優(yōu)點為①不需要進行場地預制及吊裝、架梁設備，便于施工；②不中斷整個梁體的鋼筋，確保橋梁具有較好的整體剛度；③結構體系不發(fā)生轉換，不引起恒載徐變二次矩；④防止預制安裝過程中形成接縫；⑤防止梁體顏色差別過大。但若施工過程控制不嚴易存在以下問題；支架失穩(wěn)、支架變形甚至支架坍塌造成嚴重的安全事故；現(xiàn)澆結構體因沉降不均勻或沉降過大而開裂；結構線形不順直，混凝土表面毛糙、污染或底板振動不實等質量問題。

導致這些問題產生的因素主要為①對滿堂支架支撐體系的承載能力和穩(wěn)定性以及模板的檢算缺失或疏漏；②檢算時未能全面考慮可能出現(xiàn)的荷載因素，導致支架和模板的承載能力預設強度不夠；③支架預壓過程不當；④混凝土澆筑過程控制不當，導致施工過程中的負荷分布不均勻，導致支撐坍塌；⑤支架卸落順序不正確。這些因素在施工過程中若控制較好則可避免出現(xiàn)安全、質量問題。下面結合工程實例對大尺寸構筑物滿堂支架現(xiàn)澆施工的安全、質量控制技術進行闡述。

1 工程實例

虹橋商務區(qū)核心區(qū)（一期）與中國博覽會會展人行地下通道工程為上海市決戰(zhàn)國際進口博覽會重點工程，該工程與既有滬昆線正交（見圖1）。一孔，凈寬11 m，含四段高度不同的箱涵結構：鐵路線下頂進施工段總高度9.6 m、長度21 m，鐵路西側頂進基坑內現(xiàn)澆段一總高度7.95 m、長度29.3 m，現(xiàn)澆段二總高度9.6 m、長度7.74 m，鐵路東連接段總高度最高處8.8 m(最低處7.13 m)、長度7.138 m。現(xiàn)澆段一頂板設置0.5 m厚封堵板，現(xiàn)澆段二底板設置1 m長底板過渡塊。四段均為滿堂支撐體系，混凝土現(xiàn)澆結構。

圖1 工程與既有線平面位置關系圖

2 施工控制要點

2.1 地基承載力

本工程滿堂碗扣式支架搭設在0.95 m厚度的C40、P8箱涵混凝土底板上，不會發(fā)生地基沉陷，使梁體混凝土澆筑后不產生沉降，保證立桿底座與基底均勻傳遞荷載。地基抗壓強度完全滿足要求。

2.2 支架安全質量控制

2.2.1 控制目標

合理布置支架立桿間距，底模板強度及剛度、橫橋向方木強度及剛度、縱橋向工字鋼承載力、保證立桿的受力、模板對拉螺栓承受的拉力均滿足要求。

2.2.2 支架與模板檢算

2.3.2.1 支架布設方案

表1 各部位影響支架布設方案的參數(shù)（單位m）

根據(jù)各部位影響支架布設方案的參數(shù)（見表1），采用滿堂碗扣支架，現(xiàn)澆段一、東連接段箱涵的支架立桿間距按0.6 m×0.6 m布置，現(xiàn)澆段一支架高度5.65 m、東連接段支架高度最高6.7 m、最低5.03 m；頂進段與現(xiàn)澆段二箱涵的支架立桿間距按0.9 m×0.6 m布置，支架高度以7.8 m計。橫桿步距均為1.2 m，縱橫向每隔6 m加設剪刀撐一道，另設上下兩道水平剪刀撐。支架頂托縱向放10#槽鋼，間距0.6 m；槽鋼頂部橫向設置10 cm×10 cm方木（間距0.2 m），方木頂部設置15 mm厚竹膠板。頂進段支架側立面見圖3，頂進段支架橫立面見圖4。

圖2 頂進段支架側立面圖

圖3 頂進段支架橫立面圖

2.2.2.2 支架與模板檢算

最不利頂板厚度值取1.1 m。最不利支架高度值取7.8 m。適合將現(xiàn)澆段一、東連接段的箱涵支架布設方案一并檢算，另將頂進段、現(xiàn)澆段二的箱涵支架布設方案一并檢算。

（1）現(xiàn)澆段一、東連接段支架檢算

荷載取值見表2。

表2 荷載取值

荷載組合：

（1）計算強度：模板承受線荷載組合q1=1.35×（①+②）+1.4×（③+④+⑤）=52.7 kN/m；

（2）計算剛度：模板承受荷載組合q2=①+②=29.2 kPa。

底模檢算：

①荷載組合取q1=52.7 kN/m；

②截面參數(shù)及材料力學性能指標：截面模量W=3.75×104 mm3，截面慣性矩I=2.81×105mm4，極限強度［σ］=60 MPa，彈性模量E=5×103MPa

承載力檢算：

③產生的最大彎矩值Mmax=0.21 kN·m；

底模板的受彎強度計算值σ=5.6 MPa≤[σ]=60 MPa，竹膠膜板強度滿足要求。

④底模板撓度：荷載組合取q2=29.2 kN/m，底模板撓度f=0.22 mm＜[f]=200/400=0.5 mm，竹膠模板撓度符合要求。

10×10方木檢算：

（1）荷載組合：q（強度計算線荷載組合)=q1×0.2=10.54 kN/m，q(剛度計算線荷載組合)=5.84 kN/m。

（2）材料截面參數(shù)及力學性能指標

截面模量W=1.67×105 mm3，截面慣性矩I=8.3×106 mm4，

極限強度［σ］=11.7 MPa，彈性模量E=8.1×103MPa。

（3）承載力檢算：

方木強度：產生最大彎矩值Mmax=0.38 kN·m，方木受彎強度計算值σ=Mmax/W5=2.3 MPa≤極限強度［σ］=11.7 MPa，方木強度滿足要求。

方木撓度：f=0.08 mm＜[f]=600/400=1.5 mm，方木撓度滿足要求。

10#槽鋼檢算：

q(強度計算線荷載)=q1×0.6=31.62 kN/m，q(剛度計算線荷載)=q2×0.6=17.52 kN/m。

槽鋼承載力檢算：

產生的最大彎矩值Mmax=1.14 kN·m，槽鋼受彎強度計算值σ=Mmax/W=28.72 MPa≤［σ］=140 MPa，槽鋼強度滿足要求。

槽鋼撓度f=0.04 mm＜[f]=600/400=1.5 mm，槽鋼剛度滿足要求。

滿堂式鋼管支架檢算：

單根鋼管立柱所承受的最大豎向力為：N=19.34 kN；

檢算其穩(wěn)定性，按設計強度計算立桿壓應力：fc=N/A=45.6 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；

按穩(wěn)定性計算立桿壓應力：fc=N/φA=59.2 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；

立桿強度、穩(wěn)定性滿足要求。

得出結論1：現(xiàn)澆段一、東連接段支架布設方案完全滿足要求。

（2）頂進段、現(xiàn)澆段二箱涵支架檢算

荷載取值：

鋼筋砼自重22.1 kPa（頂板厚取0.85 m）。模板重量0.44 kPa。其它取值同上。

荷載組合：模板承受線荷載組合q1=43.73 kN/m，模板承受荷載組合q2=22.54 kPa。

底模板、10×10方木檢算：

因頂進段、現(xiàn)澆段二箱涵的模板承受的強度荷載組合q1、剛度荷載組合q2均小于現(xiàn)澆段一、東連接段對應荷載組合，故底模板與10×10方木均滿足強度、剛度要求。

10#槽鋼檢算：

q(強度計算線荷載)=26.24 kN/m，q(剛度計算線荷載)=13.52 kN/m。

槽鋼承載力：

產生的最大彎矩值Mmax=2.13 kN·m；

槽鋼受彎強度計算值σ=Mmax/W=53.65 MPa≤［σ］=140 MPa；

槽鋼強度滿足要求。

槽鋼撓度f=0.03 mm＜[f]=600/400=1.5 mm；

槽鋼撓度滿足要求。

滿堂式鋼管支架檢算：

單根鋼管立柱所承受的最大豎向力N=23.994 kN；

檢算其穩(wěn)定性：按設計強度計算立桿壓應力：fc=N/A=56.6 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；按穩(wěn)定性計算立桿壓應力：fc=N/φA=73.5 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；

立桿強度、穩(wěn)定性滿足要求。

得出結論2：經立桿間距調整后，頂進段、現(xiàn)澆段二箱涵支架布設方案完全滿足要求。

（3）模板對拉螺桿采用14號圓鋼螺桿檢算

新澆筑混凝土的最大側壓力P′=K×Υ×h=1×26×0.94=24.44 kPa；

對拉螺栓拉力：F′=F×P′/P。

據(jù)《路橋施工計算手冊》對拉螺栓拉力計算表8-25中查得F=10 800 N、P=30 kPa。

據(jù)《對拉螺栓力學性能表》，螺栓直徑14 mm的容許拉力為17 800 N，故對拉螺栓拉力：F′=F×P′/P=10 800×24.44/30=8 798.4 N＜螺栓直徑14mm的容許拉力17800N。

得出結論3：模板對拉螺桿采用14號圓鋼螺桿（直徑14 mm）完全滿足要求。

2.3 支架預壓控制要點

①預壓前先在最大受力部位進行預壓，比對實際沉降值與理論值。

②預壓采用沙袋，按梁部砼重量分布情況進行分配荷載，加載重量按設計要求為大于箱梁自重的1.2倍。

③加載前先在底模上沿支點、梁跨的L/6、L/4、L/3、L/2、2L/3、5L/6截面處，橫橋向布設觀測點。

④砂袋選取中砂，單位重量為16 kN/m3，每個砂袋裝砂平面尺寸為1×1×0.8 m，砂袋自重為16×1×1×0.8=12.8 kN。

⑤支架預壓的加載順序按混凝土澆筑的順序進行，先底板、腹板，后頂板、翼板。按照20%→60%→80%→100%→120%分級進行加載。

⑥當支架穩(wěn)定后按加載的逆序進行卸載，對稱、同時進行。

2.4 混凝土現(xiàn)澆控制要點

2.4.1 材料選用

根據(jù)鋼筋最小間距進行骨料最大粒徑的選用，并確保其具有良好的和易性。

2.4.2 澆筑過程

①箱涵頂板應對稱澆筑（從中間向兩邊墩臺進行連續(xù)澆筑），避免因降差在支架現(xiàn)澆施工中產生混凝土裂縫。

②澆筑混凝土時應確保下層混凝土初凝前進行上一層混凝土澆筑作業(yè)。先澆筑兩邊側墻，以30 cm至50 cm循環(huán)澆筑。

③按照最大混凝土澆筑方量對每次混凝土澆筑中的混凝土緩凝時間進行適當調整，避免混凝土澆筑施工中混凝土坍落度不符合施工要求，有效控制混凝土澆筑的分層高度，并在混凝土終凝時間內完成單次澆筑作業(yè)混凝土澆筑。

2.4.3 搗振過程

①選用插入式搗振器，每次搗振器的移動半徑必須控制在其作用半徑的150%以內，插入深度一般為5 cm～10 cm之間，不能有欠振和超振情況。

②搗振棒在搗振過程中不能接觸鋼筋、模板及波紋管。選用直徑較小的搗振棒進行鋼筋設置密集位置施工。

2.5 支架卸落

從梁撓度最大的支架節(jié)點開始，逐步卸落相鄰兩側的支架，并對稱、均勻有順序的進行；同時分多次進行卸落，使梁的沉落曲線逐步加大，可從跨中向兩端進行，從而避免梁體受力發(fā)生變化導致梁的破壞。

2.6 變形監(jiān)測

支架搭設、使用、拆除過程中，要重點監(jiān)測支架內力、沉降、位移和變形等。對監(jiān)測點布設、監(jiān)測頻率、監(jiān)測措施、報警值的設置等方面要特別注意。

3 結束語

通過對滿堂支架現(xiàn)澆施工的支架穩(wěn)定性和模板對拉螺桿檢算、施工關鍵技術控制，全面了解支撐體系的受力狀態(tài)，通過合理設計支架結構，合理控制混凝土的澆筑順序，正確進行支架預壓和支架拆卸，加強過程監(jiān)測，確保不發(fā)生任何安全質量問題，同時通過對立桿間距的調整合理地控制了經濟成本,，可供同類施工借鑒。