懸空支架對比分析

張健

（福建第一公路工程集團有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

現澆箱梁在公路項目中較為常見，通常的做法是搭設落地式支架，隨著社會不斷發展，綠色環保的理念日益增強，越來越多的省市地區在環保、水保方面的要求逐漸變高。公路項目施工時，落地式支架往往會對原有的環境造成破壞，恢復難度大。

為了滿足環水保要求，施工單位采用懸空支架，但因經驗不足而存在顧慮。本文依托高速項目，對幾種懸空支架在設計驗算和施工階段的控制要點進行介紹和對比分析，旨在為同行提供參考與借鑒。

1 抱箍法現澆支架

1.1 抱箍法現澆支架設計

1.1.1 支架體系介紹

抱箍環抱在圓柱墩上，為整個支架提供邊界支點，所有的混凝土荷載、支架自重、人員機械等荷載均由抱箍與墩身之間的摩擦力承受，常被應用于蓋梁施工中。

通常設計雙拼工字鋼作為橫梁放置在抱箍牛腿上，貝雷片作為縱梁，貝雷頂設置工字鋼分配梁；當連續搭設長度小于100m 時，貝雷頂面一般不設縱坡與橫坡，現澆箱梁的橫坡與縱坡通過貝雷頂的盤扣架調節；當支架連續搭設長度大于100m 時，貝雷頂面可適當設計縱坡，但一般不宜超過3%[1]，圖1為浙江某高速項目上應用的抱箍法現澆支架。

圖1 抱箍法現澆支架

1.1.2 支架設計要點

抱箍設計驗算是整個支架最關鍵的環節，安全系數建議取2.0 以上，主要驗算螺栓、箍身板、對拉板、牛腿等部位的強度剛度指標及螺栓扭矩。工字鋼橫梁、貝雷片縱梁以及其上方的盤扣支架等也應詳細驗算設計，但不是本文的重點，故而本文中不再做詳細闡述。其中，螺栓強度及抱箍板強度驗算如下：

螺栓強度驗算：

抱箍板強度驗算：

式（1）～式（6）中：σtb為螺栓拉應力，MPa；ftb為螺栓抗拉強度設計值，MPa；σvb為螺栓剪應力，MPa；fvb為螺栓抗剪強度設計值，MPa；σt為抱箍板拉應力，MPa；ft為抱箍板抗拉強度設計值，MPa；σv為抱箍板剪應力，MPa；fv為抱箍板抗剪強度設計值，MPa；fw為抱箍板抗拉彎強度設計值，MPa；k 為安全系數[2]。

1.2 抱箍法現澆支架施工控制要點

抱箍螺栓必須按設計驗算時的等級、直徑配套使用，螺栓扭力必須達到設計扭力值，可采用數顯扭力扳手進行校核，螺栓、螺帽與抱箍之間應設置配套的墊片。

墩柱施工存在偏差，墩身截面并不是標準的圓形截面，墩身表面可能存在施工縫、錯臺等情況。以往多數同行為了提高墩柱與抱箍間的摩擦力以及對墩身混凝土面進行保護，在抱箍與墩身之間設置一層橡膠墊，用以增大抱箍與墩身的有效擠壓接觸面積，提高摩擦力的均布范圍，但有學者研究發現，橡膠墊會導致抱箍承載力降低；故而抱箍安裝施工時，可直接環抱在墩身上[3]。

最底層抱箍下方，宜設置防滑保險措施，現場可采用Φ16 鋼筋頭打入墩身，作為抱箍的防滑支撐，每個墩延抱箍下沿至少設置4 根保險支撐，打入深度一般不少于8cm。鋼筋頭頂面應與抱箍下沿密貼，不宜留有間隙，方可真正起到防滑效果，下圖2中明顯可以看出鋼筋頭與抱箍下沿存在間隙，應重新打設鋼筋頭。

圖2 鋼筋頭與抱箍下沿存在間隙

多層抱箍時，相鄰兩層抱箍應頂緊，同時在抱箍牛腿的縫隙處加塞鋼板，確保上層抱箍能夠順利將荷載傳遞給下層抱箍，共同受力。

當安裝高度存在偏差，抱箍牛腿與橫梁之間存在縫隙時，可填塞鋼板，使得橫梁受力狀態能夠符合驗算模型，確保橫梁強度、剛度滿足要求，圖3顯示抱箍與橫梁存在較大空隙，空隙中填塞了多片鋼板[4]。

圖3 橫梁與抱箍牛腿間加塞鋼板

墩身前后的兩根橫梁之間應設置連接桿件，可采用PSB785Φ25 以上的精軋螺紋鋼對拉。

1.3 抱箍法現澆支架綜合評價

抱箍法現澆支架在安裝、拆除時操作較為簡便，施工周期短。當荷載大時，抱箍高度大，對于設有中系梁的墩身節段高度有一定的要求，尤其是相鄰兩個墩的中系梁頂面標高差異大時，可能較難應用抱箍法；抱箍安裝時，對螺栓扭力值的控制較為嚴格。抱箍法計算相對復雜，不確定因素多，在施工過程中可能出現抱箍下滑，圖4中的抱箍在承載后發生下滑，已將鋼筋頭壓彎，施工單位擔心鋼筋頭失效而在其下方再增加一層抱箍，以作為保險。

圖4 抱箍下滑壓彎鋼筋頭

2 穿心棒法現澆支架

2.1 穿心棒法現澆支架設計

2.1.1 支架體系介紹

穿心棒法現澆支架的穿心棒按縱橋向布置，作為整個支架的支點，穿心棒上方設置橫梁，橫梁一般為緊靠墩身的雙拼工字鋼，并且應采用拉桿將前后兩根橫梁對拉，拉桿一般可采用精軋螺紋鋼。橫梁上方布置貝雷片主縱梁，再布置分配梁和盤扣支架，下圖5系某高速項目上的穿心棒法現澆支架。

2.1.2 支架設計要點

穿心棒設計時，應設計穿心棒截面型式及尺寸、驗算墩身局部承壓、墩柱偏載承載能力，墩柱偏載能力一般要求由設計院進行核算。

穿心棒強度驗算：

式（7）～式（8）中：τ為穿心棒剪應力，MPa；FQ為外部荷載值，N；As為穿心棒剪切面面積，mm2；fτ為穿心棒抗剪強度設計值，MPa；σ為穿心棒彎拉應力，MPa；Μ為彎矩值N·mm；W為穿心棒截面抵抗矩，mm3；f為穿心棒抗拉強度設計值，MPa；k 為安全系數，一般取2.0；η為簡化系數，矩形截面取1.5，圓形截面取4/3。

工程上常用雙拼工字鋼作為橫梁，因其本身具有一定的寬度，故而需驗算穿心棒的抗彎承載能力。如，采用雙拼工36a 作為橫梁，而單根工36a 的寬度為b=136mm，橫梁緊靠墩身布置時，則有Μ=FQ?b；而此時計算得到的彎矩值較大，進一步驗算穿心棒的抗彎承載能力是有必要的。工程上習慣使用圓形截面的穿心棒，但圓形截面的鋼棒抗彎拉性能差，較難滿足抗彎承載要求，也有施工單位特制了矩形截面的穿心棒，以獲得較大的截面抵抗矩[5]。

2.2 穿心棒法現澆支架施工控制要點

穿心棒是整體支架的最底端承力構件，起著至關重要的作用。采用穿心棒法現澆支架施工時，首先應確保穿心棒的材質和力學指標滿足設計要求，必須檢查其合格證書，有條件的，應對穿心棒進行取樣檢測；其次，應在墩身內部，穿心棒的上方和下方設置鋼筋網，對墩身進行局部加強；再次，應檢查預埋管道的密封性，防止管道堵塞；最后，還應將管道固定牢固，防止墩身混凝土澆筑時，管道發生移位或變形[6]。

2.3 穿心棒法現澆支架綜合效益

如圖6所示，某高速項目采用穿心棒法現澆支架，在澆筑現澆箱梁混凝土時，發生穿心棒斷裂，所幸穿心棒上方的橫梁被精軋螺紋鋼拉桿牢牢拉住，施工單位及時進行加固而未出現人員傷亡事故。

圖6 穿心棒斷裂事故

穿心棒法現澆支架中雖然結構受力明確，但施工單位若忽略計算其抗彎拉強度，會存在出現安全事故的極大隱患。當采用特制截面或型號的較大鋼棒時，廠家的加工技術不一定成熟，出廠的鋼棒各項力學指標未經取樣檢測時，也存在一定的質量隱患。同時，穿心棒發生屈服破壞時，往往沒有明顯的表象特征，一般為瞬間斷裂。

3 抱箍承托穿心棒法現澆支架

3.1 抱箍承托穿心棒法現澆支架設計

抱箍承托穿心棒法現澆支架是指在穿心棒的下方，采用抱箍作為保險，利用抱箍與墩身之間的摩擦力，為穿心棒提供一層保險，起到承托穿心棒的作用，減少穿心棒挑臂計算長度，增強支點的承載能力。

穿心棒作為主受力構件而抱箍作為輔助，行業內并無此類支架的計算指導書，在驗算支點時，施工單位保守按穿心棒法現澆支架驗算穿心棒的強度，抱箍本身僅起保險作用，抱箍的承載力取穿心棒荷載的30%進行設計，但抱箍的牛腿寬度應大于橫梁中心至墩身表面的距離[7]。

圖7 抱箍承托穿心棒法現澆支架

3.2 抱箍承托穿心棒法現澆支架施工控制要點

抱箍的牛腿中線盡量與穿心棒軸線重合，為了切實起到減少穿心棒挑臂計算長度的目的，達到保險加強的作用，抱箍牛腿頂面與穿心棒底面的空隙應用鋼板填塞。同時，抱箍底應打設鋼筋頭，防止抱箍下滑[8]。

3.3 抱箍承托穿心棒法現澆支架綜合效益

采用抱箍承托穿心棒法現澆支架時，相比穿心棒法現澆支架，施工成本相對較高，但能夠發揮抱箍的保險作用。某高速應用抱箍承托穿心棒法現澆支架，現澆箱梁順利澆筑完成，在拆除支架時才發現，個別穿心棒由于材質不均勻，出現斷裂，但施工中未曾發現支架異常，說明抱箍切實起到了保險作用。如圖8所示該穿心棒斷裂面，明顯存在材質問題。

圖8 穿心棒斷裂面

4 結語

同等條件下，安裝穿心棒比安裝抱箍的難度高，因穿心棒較長、重量大，且穿心棒預埋管道的成孔質量關系到穿心棒的安裝難度，相對而言，抱箍法現澆支架比穿心棒法現澆支架的施工成本更高，但施工班組更愿意選擇抱箍法現澆支架。

采用抱箍承托穿心棒法現澆支架時，穿心棒是作為主要受力構件進行設計驗算，因此，穿心棒的截面尺寸較大。相應的，在澆筑墩身混凝土時所預埋的管道尺寸也較大，若振搗不到位，管道下方容易出現空洞，導致墩身出現局部承壓破壞，進一步加大了穿心棒彎矩力臂值，進而增大了穿心棒發生斷裂的可能性。

應用懸空支架施工現澆箱梁，可以較好地滿足環保、水保要求，對原有的環境不會造成破壞，但對于圓柱墩較難采用預埋設置牛腿的方法施工。抱箍法、穿心棒法以及抱箍承托穿心棒法現澆支架雖然少用，但也均曾在公路項目中被成功應用過，支點的設計及驗算是該三種懸空支架的關鍵。以往穿心棒通常采用45#鋼制作，業內也有同行使用鉻鉬材質的鋼棒，該三種支架各具優缺點，也存在一定的施工安全隱患。