滿堂支架在現澆預應力連續箱梁澆筑中的應用

鄭信勇

1 工程概況

西安市三環路系統西三環C02標段科技路分離式立交橋。橋梁全長131.12 m，上部結構采用單箱三室，梁高1.4 m，箱梁頂板全寬17.0 m，翼緣板懸臂長度2.50 m，底板全寬12.0 m，懸臂端部厚0.15 m，根部厚0.45 m，頂板厚0.20 m，底板厚0.20 m～0.40 m，腹板厚0.35 m～0.50 m，端橫梁寬1.5 m，中橫梁寬2.0 m。下部采用雙柱式橋墩，工字形承臺，鉆孔灌注樁基礎。箱梁混凝土設計標號為C50。

箱梁采用滿堂支架現澆施工，首先現澆1跨～3跨，待混凝土達到90%，張拉1跨～3跨的預應力束，預應力束采用兩端張拉，張拉完成后，再現澆4跨～5跨，待混凝土強度達到90%，張拉4跨～5跨的預應力束，預應力束采用單端張拉。

2 施工方法

2.1 滿堂支架基底處理

為提高地基承載力及避免地基不均勻沉降，確保箱梁支撐體系穩定，需對支架搭設范圍內地基進行加固處理。處理范圍為箱梁投影線向外2 m，首先對地基進行整平、翻松30 cm，待含水量合適的時候用18 t振動壓路機進行碾壓，使其壓實度達到96%以上。然后澆筑20 cm厚C10混凝土基礎。同時在投影線外側位置開挖縱橋向暢通的排水溝，排水溝深度為0.2 m，每隔20 m～30 m設置一集水坑(50×50×50)cm，以便將雨水及施工用水及時排出，減少對地基的不良影響。

2.2 支架布置

支架采用φ48×3.5 mm扣件式鋼管支架，支架高度為3 m～9 m。在橋墩兩側各2 m長度范圍按照60 cm×40 cm布置立桿(縱向×橫向)，其余范圍按照60 cm×60 cm布置立桿，水平橫桿按照120 cm步距布置，中間縱橫向每5 m在橫斷面設連續剪刀撐，兩側面及端面分別設置剪刀撐，每4.5 m高設置一道水平剪刀撐。豎向調節鋼管扣件全部采用3個扣件扣住。為了保證扣件的受力滿足設計及規范要求，均需在立桿下段添加一根縱向掃地管。

2.3 支架及基礎承載力計算

2.3.1 橋墩兩側2 m范圍內支架及扣件受力計算

在橋墩兩側各2 m范圍內擬按照60 cm×40 cm布置立桿(縱向×橫向)，箱梁底寬為12 m，該位置一側長度為2.0 m。對該位置進行支架檢算:

1)該斷面面積為:A=16.8 m2。

鋼筋混凝土重量按26 kN/m3計。

每延米重量為:16.8×1×26=436.8 kN。

單位面積承重為:q1=436.8 kN/(12×1)=36.4 kN/m2。

則單根承載力為:36.4 kN/m2×0.6×0.4=8.736 kN/根。

2)底模及內模構造荷載，取q2=5 kN/m2。

3)腳手板自重:q3=0.35 kN/m2(按表4.2.1-1取值)。

4)欄桿與擋腳板自重:q4=0.14 kN/m2(按表4.2.1-2取值)。

5)扣件式鋼管支架自重(按最長9 m高度計算)。

a.立桿自重(采用φ48×3.5 mm鋼管單位重量為3.84 kg/m):

6)施工活荷載(參照規范4.2.2表中結構腳手架施工均布活荷載標準值，為3 kN/m2，基于安全考慮按4 kN/m2取值)。

q6=4 kN/m2。

7)單根鋼管設計軸向力。

荷載組合:

施工恒載:

8)鋼管支架的穩定性檢算。

查表5.1.7可得單根鋼管截面面積(基于安全考慮按0.8的折減系數計):A=489×0.8=391.2 mm2;回轉半徑:i=1.58 cm。

由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127。

查得 φ=0.412。

N/(φ×A)=14569/(0.412×391.2)=90.4 MPa＜205 MPa(查表5.1.6 Q235鋼管容許應力為205 MPa)。

根據以上計算可知，鋼管立桿的穩定性符合要求，安全系數為205/90.4=2.27。

根據當地氣象資料顯示基本風壓小于0.35 kN/m2驗算腳手架立桿的穩定性時未考慮風荷載作用。

9)扣件受力分析。

對于底板及腹板位置的鋼管均采用搭接控制標高，主要依靠扣件進行受力，現我部施工的搭接全部采用3個扣件搭接，現對扣件抗滑力進行驗算:

從整體驗算結果可知:

單根鋼管承載力為:14.569 kN/根。

單個扣件受力為:14.569/3=4.9 kN/個。

根據《規范》表5.1.7中知:直角扣件、旋轉扣件(抗滑)承載力設計值為8.0 kN，所以扣件抗滑符合要求，安全系數為:8/4.9=1.63。

2.3.2 橋梁正常段支架受力計算

除在橋墩兩側各2 m范圍內按照50 cm×30 cm布置立桿，其他段均按照正常段60 cm×60 cm(縱向×橫向)布設立桿，箱梁底寬為12 m，該位置長度為22 m。對該位置進行支架檢算:

1)該斷面面積為:A=10.8 m2。

鋼筋混凝土重量按26 kN/m3計。

每延米重量為:10.8×1×26=280.8 kN。

單位面積承重為:q1=280.8 kN/(12×1)=23.4 kN/m2。

則單根承載力為:23.4 kN/m2×0.6×0.6=8.424 kN/根。

2)底模及內模構造荷載，取q2=5 kN/m2。

3)腳手板自重:q3=0.35 kN/m2(按表4.2.1-1取值)。

4)欄桿與擋腳板自重:

假如大多數學生畫得像老師，這是好事，說明師生傳承有序，文脈相通，香火接續。問題是，當下的學生作品，幾乎個個不像老師，業界以不像老師為榮，以像老師為恥。

q4=0.14 kN/m2(按表4.2.1-2取值)。

5)扣件式鋼管支架自重(按最長9 m高度計算)。

a.立桿自重(采用φ48×3.5 mm鋼管單位重量為3.84 kg/m):

q51=0.0384 kN/m×9 m=0.346 kN/根。

b.可調托座:

q52=0.045 kN/m×1個=0.045 kN/根。

c.橫桿自重:

q53=0.0384 kN/m×8×(0.6+0.6)=0.369 kN/根。

d.扣件自重:

q54=0.0132 kN/m×(8×2+3)個=0.251 kN/根。

對接扣件:

q55=0.0184 kN/m×1個=0.0184 kN/根。

扣件式鋼管支架自重:

6)施工活荷載(參照規范4.2.2表中結構腳手架施工均布活荷載標準值，為3 kN/m2，基于安全考慮按4 kN/m2取值)。

q6=4 kN/m2。

7)單根鋼管設計軸向力。

荷載組合:

施工恒載:

活荷載:

NQK=q6×0.6×0.6=4×0.6×0.6=1.44 kN/根。

軸向力:

8)鋼管支架的穩定性檢算。

查表5.1.7可得單根鋼管截面面積(基于安全考慮按0.8的折減系數計):A=489×0.8=391.2 mm2;回轉半徑:i=1.58 cm。

由于 λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127。

查得 φ=0.412。

N/(φ×A)=15730/(0.412×391.2)=97.6 MPa＜205 MPa(查表5.1.6 Q235鋼管容許應力為205 MPa)。

根據以上計算可知，鋼管立桿的穩定性符合要求，安全系數為205/97.6=2.10。

根據當地氣象資料顯示基本風壓小于0.35 kN/m2，驗算腳手架立桿的穩定性時未考慮風荷載作用。

9)扣件受力分析。

對于底板及腹板位置鋼管均采用搭接控制標高，主要依靠扣件進行受力，現我部施工的搭接全部采用3個扣件搭接，現對扣件抗滑力進行驗算:

從整體驗算結果可知:

單根鋼管承載力為:15.73 kN/根。

單個扣件受力為:15.73/3=5.2 kN/個。

根據《規范》表5.1.7中知:直角扣件、旋轉扣件(抗滑)承載力設計值為8.0 kN，所以扣件抗滑符合要求，安全系數為:8/5.2=1.54。

2.3.3 地基承載力計算

按最不利位置計算荷載組合，單根鋼管軸向力為:

軸向力:

由于鋼管以60 cm×40 cm布置，單位面積荷載為:

14.569/(0.6×0.4)=60.7 kN/m2。

即60.7×1000/(9.8×100×100)=0.619 kg/cm2。

通過對地基進行壓實后，澆筑20 cm厚C10混凝土基礎，承載力可以滿足要求。

2.4 支架搭設

所有構配件必須采用經檢驗合格的，且應按品種、規格分類，堆放整齊、平穩，堆放場地不得有積水。

在地基處理完畢待基礎混凝土強度形成后方可進行支架搭設，每搭完一步腳手架后，應校正步距、縱距、橫距及立桿的垂直度。

2.5 支架預壓

預壓分支架基礎預壓和支架預壓。

2.5.1 支架基礎預壓

預壓荷載按1.2倍(混凝土結構恒載+鋼管支架重+模板重)，預壓范圍按混凝土結構投影兩側各加寬1 m，在預壓范圍內劃分成若干個預壓單元，加載沿混凝土結構縱橫向對稱進行加載，加載采用一次性加載。根據布設的沉降監測點連續24 h的沉降量平均值小于1 mm或者各監測點連續72 h的沉降量平均值小于5 mm，視為支架基礎預壓合格。

2.5.2 支架預壓

支架預壓應在支架基礎預壓合格后進行，加載范圍為結構物實際投影，預壓荷載按1.1倍(箱梁結構物恒載+模板重量)，根據荷載分布情況事先把預壓平臺劃分成若干個預壓單元，并在箱梁1/4跨徑處布置一個監測斷面(對稱布置5個點，在支架的頂、底部對應位置也應布點)作為沉降監測點，在支架預壓過程中對支架的沉降量進行觀測，支架預壓按預壓單元分3級進行加載，(即60%，80%，100%)，每級加載完成后應先停止下一級加載，并每間隔12 h對支架沉降量進行一次觀測，沉降量小于2 mm時，再進行下一級加載。

2.6 拆除

混凝土澆筑完強度滿足要求后方可拆卸模板和支架，拆除支架時，應符合下列規定:

1)拆除順序和措施，經監理工程師批準后方可實施;2)拆除作業必須由上而下逐層進行，嚴禁上下同時作業。

3 結語

通過滿堂支架在西三環C02標段科技路橋中的實際應用，上述控制措施科學、合理，在安全、質量、進度方面都達到了預期的階段目標。

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

[2]JGJ T194-2009，鋼管滿堂支架預壓技術規程[S].

[3]GB 50005-2003，木結構設計規范[S].

[4]黨新義.滿堂支架現澆預應力箱梁施工技術[J].山西建筑，2010，36(14):300-301.