現澆箱梁模板鋼管支架的驗算及施工

張祖斌

1 工程概況

莆田市城港大道跨木蘭溪大橋箱梁引橋上部結構為現澆預應力混凝土連續箱梁共4聯;箱梁布置為30 m+40 m+30 m(預應力混凝土連續箱梁)。混凝土等級為C50,每一聯混凝土數量1 535 m3;鋼筋每一聯共339 207 kg。

2 滿堂支架的布置與驗算

本橋現澆箱梁段處于木蘭溪邊岸,采用換填地基搭設滿堂支架的方法進行施工(見圖1)。支架材料為普通鋼管腳手架。

2.1 地基處理

地基處理前,在箱梁全范圍內將表層雜土、泥坑及松軟土層全部清除,采用石渣填筑80 cm作為墊層,并用16 t以上振動壓路機壓實。在碾壓完成后,若有局部地方出現彈簧現象,應重新挖除進行換填處理。壓實完成后,在墊層頂上澆筑15 cm厚C20混凝土作為支架基層。

2.2 滿堂支架設置

支架采用碗扣式鋼管架,為便于標高的調整,箱梁底立桿頂采用可調頂托,翼緣板底立桿采用搭接,立桿搭接處采用三個扣件。滿堂支架主要由立桿、水平桿、剪刀撐組成,本方案中的鋼管架采用φ 48×3.0 mm的鋼管材料搭設而成,鋼管頂采用可調U形托撐。U形托座上縱向(或橫向)設置15 cm×15 cm方木作為楞木,支撐底模模板,底板模板采用竹膠合板。

根據現場的地形條件,碗扣式滿堂支架架設高度最高為10 m,碗托件支架立桿設置為:在箱梁底14.25 m范圍內橫縱按60 cm×60 cm布置,步距120 cm,兩側翼緣4.5 m范圍內按60 cm×100 cm布置,步距120 cm。

2.3 滿堂支架驗算

2.3.1 荷載計算(按支架最高跨計算)

1)箱梁底混凝土荷載:

G=[1 535/100×30-103(翼緣板部分)]×26=9 295 kN。

偏安全考慮,安全系數取K=1.2,假設全部重量作用于底模上,則底模每平方米承受的荷載為:

F1=9 295×1.2/(14.25×30)=26 kN/m2。

2)施工荷載:取 F2=2.5 kN/m2(已考慮安全系數)。

3)振搗混凝土產生荷載:取F3=2.0 kN/m2(已考慮安全系數)。

4)模板荷載:取 F4=3 kN/m2(已考慮安全系數)。總荷載為:F1+F2+F3+F4=33.5 kN/m2。

2.3.2 縱向楞木驗算(按箱梁底計算)

箱梁底寬14.25 m,按支架搭設的方案,支架縱向共設24排楞木,計算荷載時假設所有重量共 14 321 kN(33.5×14.25×30)均由24排方木平均受力,則每排方木的均布荷載為19.89 kN/m。

15×15方木擬采用落葉松,查路橋施工計算手冊P176,落葉松最大抗彎應力[σ]=14.5 MPa,彈性模量 E=11×103MPa。

方木按跨徑L=0.6 m作兩跨連續梁計算,計算如下:

截面抵抗矩:W=bh2/6=150×1502/6=5.625×105mm3。

截面慣性矩:Ⅰ=bh3/12=150×1503/12=4.219×107mm4。

作用在橫梁上的均布荷載為:q=19.89 kN/m。

跨中最大彎矩:M=qL2/8=19.89×0.6×0.6/8=0.895 kN·m。

1)彎拉應力驗算:σ=M/W=8.95×105/5.625×105=1.591 MPa＜[σ]=14.5 MPa。

2)撓度驗算:f=5qL4/384EⅠ=(5×19.89×6004)/(384×11×103×4.219×107)=0.072 mm＜L/400=600/400=1.5 mm。

經驗算,縱向方木滿足受力要求。

2.3.3 立桿受力驗算(按箱梁底計算)

根據支架的搭設方案,箱梁底共需搭設立桿1 188根,計算荷載時假設所有重量共14 573 kN由以上立桿平均受力,則每根桿需受力N=14 573/1 188=12.27 kN。考慮不利因素的影響,步距按2.4 m進行驗算。

立桿長細比:λ=L/i=2 400/15.95=150.5。

由長細比可查得軸心受壓構件的縱向彎曲系數φ=0.302。

立桿截面積:A=242π-212π=424 mm2。

查《路橋施工計算手冊》第185頁,鋼材設計強度 f=205 MPa。

[N]=φ×A×f=0.302×424×205=26 249.8 N=26.25 kN＞N=12.27 kN。

經驗算,支架承載力滿足要求。

3 滿堂支架預壓

3.1 支架預壓

為了檢查支架的承載能力,減小和清除支架的非彈性變形及地基的沉降量,在支設底模模板后對支撐體系進行預壓。預壓采用水箱,最大荷載為設計荷載的1.2倍。加載重量分三次逐漸進行,每次加載時,需對支架進行觀測,如果發現異常情況,應立即停止加載,待查明原因后方可繼續進行。

3.2 預壓觀測

觀測的方法是采用水準儀進行觀測,觀測按每一跨分五個橫斷面(分別為每跨的端點,跨中,L/4處),每個斷面布 3個點進行觀測,在預壓前對底模的標高觀測一次,在預壓的過程中每天觀測3次,時間分別為早、中、晚,觀測至沉降符合設計要求為止(連續三天累計沉降量不大于5 mm)。將預壓荷載卸載后再對底模標高觀測一次,從以上的觀測資料中計算出支架的彈性變形及地基的下沉。

4 支架和模板拆除

箱梁側模在混凝土強度達到規范要求后便可拆除,模板拆除以后注意灑水養護。底模和支架必須在預應力鋼絞束張拉結束,管道壓漿強度達到設計規范要求后,方可拆除。底模拆除時要同步、對稱進行。

5 施工時注意事項

1)施工時必須嚴格按施工方案進行。2)搭設支架使用的材料規格和型號必須符合安全要求。3)作業平臺有足夠的面積,支架必須達到穩定、堅固,保證在各種荷載和氣候條件下不產生變形、傾斜和搖晃。4)搭設結構符合規定,支架桿件連接處要固定牢靠。5)作業層腳手板要鋪滿、鋪穩,綁扎牢固,無探頭板。6)必須有完善的安全防護措施,支架外側設置防護欄,安全擋板以及安全網等。7)高空作業必須系好安全帶。8)拆除腳手架時,禁止無關人員進入危險區域。拆除應按順序由上而下,一步一清,不準上下同時作業。拆除腳手架大橫桿、剪刀撐,應先拆中間扣,再拆兩頭扣,由中間操作人員往下順桿子。拆下的材料應向下傳遞用繩吊下,禁止往下投扔。9)拆除腳手架人員進入作業區后,要系好安全帶,安全帶必須高掛低用。10)拆除腳手架要統一指揮,上下應動作協調。11)實施過程中需加強施工現場鋼管、扣件等產品質量檢測驗收,進場的鋼管、扣件需具有產品生產許可證、質量合格檢測證明、廠家標識;在搭設過程中,用扭力扳手測定螺栓扭力矩,扭力矩不小于 40 N·m,不大于 65 N·m。12)立桿、水平桿、剪刀撐斜桿接頭應錯開在不同的框格中設置,兩根相鄰立桿的接頭不應設置在同步內,同步內隔一根立桿的兩個相隔接頭高度方向錯開的距離不小于50 cm;各接頭中心至主接頭的距離不大于步距的1/3。

[1] JGJ 130-2001,建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規程[S].