碗扣式滿堂支架在馬尚特大橋連續梁施工中的應用

李德華

（中鐵二十局集團有限公司，陜西 西安710016）

0 引言

碗扣式滿堂支架施工是膠濟客專一大重難點工程，施工難度大，安全風險高，具有多功能、高攻效、承載力大、工序相對簡單等特點。碗扣式滿堂支架施工設計及載荷計算，可以積累施工經驗，并為今后類似工程進行技術人員儲備。

1 工程概況

膠濟客運專線馬尚雙線特大橋48#-51#墩跨越淄博市張店區西八路，為40+64+40m預應力混凝土連續梁，梁部結構采用單箱單室變截面箱梁，梁全長145.2m，中支點梁高5.2m，端支點及跨中梁高為2.8m，邊支座中心線至梁端0.60m，邊支座橫橋向中心距4.6m，中支座橫橋向中心距4.40m。橋面寬按人行道欄桿內側12.8m，橋面板寬13.0m。線路中心至擋碴墻內側2.2m，軌底至梁頂高度為0.71m，軌底枕以下道碴厚0.35m。

梁體為單箱變高度、變截面結構，箱梁頂板厚度34-60cm，腹板厚度50-70-90cm，底板厚度44-100cm。在端支點、中支點、中跨中共設5個橫隔板，隔板設有孔洞，供檢查人員通過。

2 支架架設方案

2.1 總體方案

本橋（40+64+40）m預應力混凝土連續梁為跨越西八路而設，原設計采用掛藍懸灌施工方法，因當年基礎設施投入較大，掛籃及模板生產廠家定做周期長，為方便施工及加快施工進展，經設計變更采用滿堂支架法(碗扣式腳手架作為支架)分段現澆施工。按地方交通主管部門要求，跨越西八路快車道時單向各予留凈寬6.5m凈高5m的車道,跨越西八路慢車道時單向各予留凈寬2.3m凈高3m的車道,采用大直徑鋼管為立柱、H型鋼為縱橫梁搭設門式架跨越西八路快車道及慢車道。其他地段均直接采用碗扣式腳手架搭設支架。具體見布置圖1。

圖1

2.2 具體架設方案

2.2.1 基礎處理方案

地基發生整體或局部沉降是支架倒塌的重要原因。因此本工程支架搭設前根據場地地質條件先對地基進行處理，確保地基具有良好的承載力。墩身（臺）間原地面鏟除厚40cm表層土，使用壓路機碾壓密實，填筑40cm厚碎石墊層。壓路機碾壓密實后澆筑20cm厚C20混凝土作為腳手架基礎，同時在腳手架基礎順橋方向挖設排水溝。

門式支架采用C30鋼筋混凝土條形基礎，基礎寬度為120cm、厚度為80cm。在條形基礎頂面按立柱間距預埋80×80×1.5cm的鋼板。

2.2.2 支架方案

（1）確定組裝順序：立桿底座→立桿→橫桿→接頭鎖緊→上層立桿→立桿連接鎖→橫桿。支架組裝時,要求到多面層的同一方向,或由同向向兩邊推進,不得從兩邊向中間合龍拼裝,否則,中間橫桿因兩側支架剛度太大而不好安裝。當現澆梁混凝土澆筑需用混凝土輸送泵上料時,應在支架側面縱向搭設輸送泵管道的專用支架。（2）支架加固。本工程現澆梁具有一定的縱、橫坡度,現澆梁支架要承受上部荷載一定的縱、橫分力，因此應當根據支架高度,及時加設剪刀撐加固斷面。剪刀撐鋼管要與其經過的每一根支架立桿全部用鋼管扣件鎖緊。（3）支架調整。支架的高度在達到設計現澆梁板頂部高度之前,應根據縱、橫坡度要求,逐個調整支架立桿頂桿的高度。縱方向的同一斷面上每個頂托的高度應確定在同一平面位置,在調整立桿頂托時,螺栓的外殼高度不宜超過螺栓全長的1/3。具體布置見布置圖2。

1）0#塊支架

墩頂采用型鋼搭設，頂部采用15×10cm方木為分配梁。墩頂以外部位采用碗扣式腳手架。因腹板處支架承受重量較大，于腹板中心線兩側1.2m(腹板厚及底板厚2倍之和)范圍內立桿橫向間距60cm，順橋方向30cm，其余部位立桿縱橫間距60cm，全橋所有支架橫桿水平間距90cm。支架頂部安設頂托，縱向采用15×12cm方木為分配梁，分配梁上采用12×10cm方木為背楞，背楞上鋪設底模。

2）0#塊以外支架

邊跨位于田地上，支架高度平均為4m，高度較小，支架搭設方法同前。

門式支架立管采用Φ600mm無縫鋼管，立管頂部設400H型鋼作為橫梁，立管高度為4.5m，垂直鐵路方向立管之間采用16號槽鋼作為連接桿。沿鐵路方向于橫梁頂上安設400H型鋼為縱梁，縱梁間距600mm/1050mm（腹板下縱梁間距600mm）。橫梁上鋪設14#槽鋼作為分配梁，間距為60cm。碗口式腳手架立桿支設于槽鋼上。

3 支架檢算

圖2

混凝土容重27kN/m3，竹膠板及方木容重取8.5kN/m3，活載為3kN（按施工人員及設備、振搗混凝土產生的荷載分別取1.0kN/m2、2.0kN/m2）,模板采用15mm厚竹膠板。

3.1 腹板下立桿驗算

取0#塊處腹板支架為驗算對象。該處梁高5.2m，支架立桿橫向間距60cm，縱向間距30cm，橫桿步距90cm，立桿外徑48mm，壁厚取3.25mm。

（1）載荷計算：

1）砼重量：5.2m×0.3m×0.6m×27kN/m3=25272N；

2）模板重量：0.3m×0.6m×0.015m×8.5kN/m3=23N；

3）活載：3kN/m2×0.3m×0.6m=540N；

4）方木：(0.3m×0.12m×0.15m+0.6m×0.12m×0.1m)×8.5kN/m3=107N。

5）荷載總計：1）+2）+3)+4)=25942N。

（2）單根立桿受力計算：

單 根 立 桿 軸 慣 性 矩：I=（D14-D24）×π/64=（484-41.54）×π/64=114917.7mm4；

截面積：A=（482-41.52）×3.14/4=456.7mm2；

回轉半徑i=sqrt（I/A）=sqrt（114917.7/456.7）=15.87mm；

橫桿步距為0.9m，長細比：λ=900/15.87=57.0；根據長細比，穩定系數λ取0.829；Q235A鋼材抗拉、抗壓和抗彎強度設計值取205N/mm2；單根立桿受力：N=f×A×λ=205N/mm2×456.7mm2×0.829=77614N。

（3）安全系數：79614N/25942=2.99

可靠性系數達到2.326時概率為99%，此方案符合要求。

3.2 普通底板下支架驗算

取0#塊箱梁底板下支架為計算對象,該處立桿縱橫間距60cm,水平橫桿90cm.0#塊箱梁處底板100cm,頂板69cm.

1）砼重量：1.69m×0.6m×0.6m×27kN/m3=16427N；

2）模板重量（15mm竹膠板,考慮地板底模、頂模以及頂板底模）：0.6m×0.6m×0.015m×3×8.5kN/m3=138N；

3）活載：3KN/m2×0.6m×0.6m=1080N；

4）方木：(0.3m×0.12m×0.15m+0.6m×0.12m×0.1m)×8.5kN/m3=107N；

5）荷載總計：17752N；

6）單根立桿受力及安全計算：

單根立桿受力計算同4.1-（2），安全系數：77614N/17752N=4.37

可靠性系數達到2.326時概率為99%，此方案符合要求。

3.3 立桿下地基承載力計算

取0#塊下腹板下立桿為計算對象,立桿下為20cm厚砼和40cm厚的碎石墊層，按照45度擴散角考慮，腹板下立桿于地基上受力面積：0.3m×0.6m=0.18m2；

地基受力：25942N/0.18m2=0.144N/mm2；

按照設計圖紙該處原狀土允許承載力0.15N/mm2，滿足要求。

3.4 立桿頂部15cm×12cm（豎向為15cm）方木分配梁計算

計算跨度取0.6m；q=0.6m×5.2m×27kN/m3=84240N/m；

方木及模板重量較小，忽略不計，彎矩M=q×l2/8=84240×0.62/8=3790.8N·m；

4 門式架施工

由于道路路面鋪設氈布作為隔離層后立模澆注混凝土（為了防止門式架因不利因素產生位移，在條形基礎中心每3m設置一道1.5m長φ20錨固鋼筋，鋼筋錨入路面一下1m），澆注混凝土時將固定立管用的螺栓及底座鋼板預埋混凝土中。立管間距260cm，安裝立管時，立管的豎直度偏差≯1%。

立管頂部設400H型鋼作為橫梁，橫梁與立管頂座鋼板接觸面采用連續焊縫焊接。焊縫高度不小于10mm。

立管高度為4.5m，垂直鐵路方向立管之間采用16號槽鋼作為連接桿以提高立管側向剛度。

沿鐵路方向于橫梁頂上安設400H型鋼為縱梁，縱梁間距600mm/1050mm(腹板下縱梁間距600mm)，縱橫梁接觸面采用連續焊接，焊縫厚度不小于10mm。

5 支架預壓

支架預壓重量根據箱梁實際斷面計算平均到底模上。

測點布置：預壓前先在底模及支架基礎上布設觀測點，測量位置設在支點、梁跨的1/6、1/3、1/2、2/3和5/6處。每點橫向3點，預壓前，測量觀測點原始標高，并做詳細記錄。

支架預壓采用砂袋進行分段預壓，預壓荷載為該段支架實際承重的1.3倍。預壓的目的是為了測出支架的彈性變形和消除支架的非彈性變形，以及支架的穩定性，以利于設置托架的預拱度。預壓荷載分三級進行，第一級為0.5倍，第二級為1.0倍，第三級為1.3倍。

第一級加載1小時后即可進行測量工作,采集數據，每集數據采集完后，即可進行下一級加載。

三級加載且測量完成后，靜載24小時，每4小時測量一次,采集數據。靜載后即可進行卸載。依次卸至1.0倍、0.5倍、0倍。每級同樣進行觀測，并將卸載時的數據與加載時的數據進行比較，每級加載時的變形數據減去該級卸載時的數據，即為該級的彈性變形量，卸載完成時的變形量即為支架的非彈性變形量。根據支架預壓所收集的測量結果繪制出荷載-變形量曲線圖，指導施工需要。

支架預拱度設置：根據測出梁段荷載作用下支架產生的彈性變形量、地基下沉量、張拉以后的起拱量與施工控制中提出的因其它因素需要設置的預拱度疊加，算出施工時應當采用的預拱度，按算出的預拱度調整底模標高以確保成橋后的梁體線性滿足設計要求。

為了減小梁體的伸縮磨阻力，支架可先搭設0-4號塊，隨拆隨搭設4-8號塊支架，支架拆除必須待該節段混凝土預應力張拉完畢，強度達到設計強度并與支架脫離后方可進行。

6 支架施工安全控制措施

6.1 施工準備

（1）對進入現場的腳手架構配件，使用前應對其質量進行復檢。

（2）構配件應按品種、規格分類放置在堆料區內或碼放在專用架上，清點好數量備用。腳手架堆放場地排水應暢通，不得有積水。

（3）腳手架搭設場地必須平整、堅實、排水措施得當。

（4）腳手架地基基礎必須按施工設計進行施工，按地基承載力要求進行驗收。

（5）地基高低差較大時，可利用立桿0.6m節點位差調節。

（6）腳手架基礎經驗收合格后，應按施工設計或專項方案的要求放線定位。

6.2 支架搭設及使用

（1）根據腳手架工程的特點，加強安全教育，設立專職安全員，堅持安全檢查制度。

（2）在支架上操作時，必須在支架南北兩側設置人行上下梯道，梯道兩側設置1.5m高的鋼管護手，在上部翼板位置外側搭設1.2m高的鋼管護手，并掛安全圍網。

（3）確保底架支撐穩固，方可上架作業。架子工作人員必須持證上崗，并佩戴安全帽、帶及穿防滑鞋。傳遞和安裝桿件時要求多人協調配合。要盡量創造安全的作業條件。剪刀撐及其這條性拉桿應隨架子高度的上升及時安裝，確定整架穩定；桿件的垂直度和水平度，各節點構造和緊固程度符合施工規范要求。

（4）起重指揮站在能顧全面的地點，信號統一、準確。吊運材料嚴格按安全制度執行。

整體架拼裝完成后，檢查所有連接扣件是否松緊。施工期間隨時對支架進行全面檢查，發現異常情況及時通報，必要時采取果斷措施。

（5）腳手架使用中，應定期檢查下列項目：①桿件設置和連接是否符合要求？②底座是否松動脫空？③扣件是否松動？④立桿的沉降與垂直度偏差是否滿足要求？⑤安全防護措施是否滿足要求？⑥是否超載等？

（6）梁、板砼澆灌時，采用汽車泵，砼入模從跨中預拱度最大的地方先澆，以減小不均勻變形量。特別要求在澆筑砼時，在梁板的底部兩側檢查支架整體受力情況，若有意外，則必須立即通知處理。

（7）有六級以上的大風和雨天時停止腳手架的搭設作業；雨后上架應穿防滑鞋；身體狀況不適的施工人員，不得上架作業。

（8）在橋兩側搭設安全網，只有在確認安全網可靠后，方可進行上層作業。地面應設圍欄和警示標志，并派人看守。

6.3 支架拆除

支架拆除時設專人指揮，施工人員統一有序進行，并配好相應的安全防護用品；地面應設圍欄和警示標志，并派人看守；有六級以上的大風和雨天時停止腳手架的拆除作業。

箱梁混凝土強度達到《混凝土結構工程施工質量驗收規范》中混凝土強度的有關規定。方可拆除支架、完成現澆箱梁的施工。拆除施工前由項目部組織對支架進行全面檢查批準后方可實施拆除作業；碗扣支架拆除前現場工程技術人員對在崗操作工人進行有針對性的安全技術交底。

拆除步驟：松動頂托可調螺栓→撬動格柵模板下落與頂托大格柵→抽出箱梁兩側托架外運→抽出中間底模外運→拆除縱向橫向剪刀撐→自上而下拆除碗扣支架橫桿和立桿，自上而下逐層拆碗扣式支架斜拉桿。

拆除順序：遵循全孔多點、對稱、緩慢、均勻的原則，拆除作業嚴格遵守拆除順序——自跨中向兩端梁對稱，由上而下逐層進行，杜絕上下層同時拆除。全部頂托卸完后抽出底模膠合板、木板和槽鋼。拆除時應有專人負責施工安全，作業面下方嚴禁人員進出；拆除的構配件應成捆用起重設備吊運或人工傳遞到地面，輕拿輕放，以免沖擊變形，影響模板的平整度；拆除的構配件應分類堆放，以便于運輸、維護和保管。

7 結束語

碗扣型多功能腳手架是在吸取國外同類型腳手架的先進接頭和配件工藝的基礎上，結合我國實際情況而研制的一種新型腳手架，接頭構造合理，制作工藝簡單，作業容易，使用范圍廣，現代滿堂支架施工技術亦朝著大噸位、大跨徑方向發展，常規滿堂支架鋼管桿件本身承載能力有限，所以探討如何實現在特殊大噸位箱梁、高墩、大斷面現澆箱梁等工況條件下的現澆箱梁施工是橋梁建設者經常考慮的問題之一。筆者通過對馬尚特大橋滿堂支架計算的介紹，拋磚引玉，希望對類似工程起到一定的參考作用。

［1］江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2013.

［2］高秋利.碗扣式鋼管腳手架施工現場實用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2012.

［3］余宗明.腳手架結構計算及安全技術[M].北京：中國建筑工業出版社,2007.

［4］JGJ/T194-2009鋼管滿堂支架預壓技術規程[S].