城市立交橋高墩現澆箱梁新型支架設計及施工

唐 政

(中國中鐵五局集團貴州投資建設指揮部，貴州 貴陽 550002)

城市立交橋高墩現澆箱梁新型支架設計及施工

唐 政

(中國中鐵五局集團貴州投資建設指揮部，貴州 貴陽 550002)

為研究新型碗口支架系統在城市高墩立交箱梁現澆施工中的應用，以貴龍立交橋為工程背景，進行支架系統的設計計算，對新型高強支架施工及關鍵環節進行了分析和闡述，工程實踐表明：該新型支架系統在力學性能及經濟上具有較強的優勢，為新型高強支架體系的應用奠定了基礎。

橋梁工程，新型支架，支架設計，施工

1 工程概況

支架現澆在城市立交橋施工中較為常見。對于高墩連續梁，隨著橋墩高度的不斷增加，對支架的設計及施工提出更高的挑戰，當支架高度超過30 m時，施工期所面臨的風險也更為突出[1,2]。因此，選擇合理合適的支架形式、支架類別，進行精確的計算分析，不僅關系混凝土澆筑質量，施工安全成敗，更直接影響工程經濟的合理性。

貴陽市東站路4標段主線橋第21聯里程K7+304～K7+394，對應橋墩編號為108～111，高度29.5 m～33 m，設計為3×30 m的等高、等寬預應力混凝土連續梁橋。主梁平面K7+304～K7+372位于R=600的圓曲線上，K7+372～K7+394位于A=346.41,ls=200的緩和曲線上。箱梁為C50預應力混凝土結構，單箱三室斷面，邊腹板斜置，斜度為4∶1。全橋采用等高度截面，截面高度1.8 m，頂、底板設置1.5%的橫坡。箱梁頂寬18 m，底寬12.352 m，跨中處頂板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板寬度為50 cm;端部頂板厚度60 cm，底板厚度50 cm，腹板厚度100 cm。本項目一方面工期緊，設計采取支架現澆施工；另一方面橋面距離地面高度普遍均較高，工程面臨高墩支架現澆風險。因此，在保證工期的前提下，選取何種支架材料、支架形式，以提高施工質量、保證結構施工安全，從而達到合理成橋內力和線形，以及降低施工成本成為本項目面臨的一大難點及挑戰。

2 支架結構特點

傳統碗口式腳手架多采用φ48×3.5 mm的Q235鋼材制造，節間距通常為60 cm。該產品由于推出時間較早，隨著我國橋梁建設的發展，其在經濟、結構安全性等多方面的局限性已漸漸突出[3-5]。鑒于此，為解決工程實際問題，研發新型支架，確保結構安全及經濟合理性具有重要的理論及實踐意義。本項目創造性地大膽采用大力神新型碗口支架，總體布置如圖1所示。支架系統選用φ48.3×3.2 mm的Q345鋼管，桿件節間距最大可達到180 cm，在材料和結構形式上與傳統碗口支架呈現較大的差異，其布置形式如表1所示。

3 支架受力分析

3.1 荷載分析

根據支架搭設方案，支架系統的荷載如下：

1)新澆混凝土(包括鋼筋)容重取25 kN/m3，箱梁自重在橫梁實心段和腹板處取45 kN/m2；空腹段取13.75 kN/m2。

2)參照JGJ 162—2008建筑施工模板安全技術規范，模板荷載取0.5 kN/m2，模板支架自重取0.75 kN/m2，施工荷載取1.0 kN/m2，振搗混凝土產生的荷載取2 kN/m2；當采用內部振搗器時，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側壓力標準值，可按下列公式計算，并取其中的較小值：

其中，F為新澆筑混凝土對模板的最大側壓力，kN/m2；γc為混凝土的重力密度；取25kN/m3；V為混凝土的澆筑速度，m/h；t0為新澆混凝土的初凝時間，h，可按試驗確定；β1為外加劑影響修正系數；β2為混凝土坍落度影響修正系數；H為混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度，m。

3)由于支架較高，需考慮風荷載影響。貴陽地區基本風壓w0=0.35kN/m2，由GB50009—2001建筑結構荷載規范，單根立桿的風荷載為wk=1.4×1.42×0.8×0.35×0.048 3=26.89N/m。

表1 支架布置形式

3.2 結構計算分析

新型大力神碗口支架無論在構造還是材料上均與傳統碗口式支架有較大差異，且大力神支架采用可拼接式雙U型鋼模型，可將轉角底部進行鎖緊連接，并且整根底模U型鋼是連接緊的，保證了底部模型不會外移，同時采用可調支撐鋼和兩對對拉螺栓放置模型外移。荷載首先作用在底模板上，按照“底?！v向方木→U型鋼→碗扣支架→基礎”的傳力順序。支架計算結果如表2所示。

表2 支架驗算結果

立桿作為軸向受力構件，其穩定問題直接關乎結構的安全及使用，本橋支架高度29.5 m～32 m，對立桿的計算按支架高32 m最不利情況進行驗算。大力神DURALOK支撐系統中，立桿規格為φ48.3×3.2 mm的Q345鋼管，其回轉半徑i=1.598，可得L=ml/i=[0.7×(1.5+2×0.35)×100]/1.598=81.03；由GB 50018—2002冷彎薄壁型鋼結構技術規范可得Q345的折減系數為0.623。根據壓桿穩定條件，立桿軸力容許值為：N=fA×[f]=84.74 kN。立桿穩定驗算如表3所示，安全系數均大于1.5，具備較強的安全穩定性。

因橋面距地面較高，立桿作為支架系統重要承載構件，除承受上部傳遞的軸向荷載外，風荷載的影響不容忽視?？紤]風荷載的影響，立桿處于壓彎狀態。經計算，該狀態下立桿所受應力204.83 MPa<[f]=300 MPa，滿足要求。

表3 立桿穩定驗算

對大力神碗口支架系統在強度、剛度及穩定性方面的驗算結果表明該新型支架系統具有工程實用性，各項指標均滿足規范要求，為其大面積推廣實用奠定基礎。文獻[5]對該支架系統和傳統碗口支架在經濟上做了詳細的對比分析，大力神新型碗口支架具有較好的經濟適用性，大大節省了工程造價。采用該支架系統，為本項目工程節約10%的造價。由于節間距的增大，大大減小了節點個數，內外鍍鋅，均降低了安裝風險，減少工程安全隱患。

4 施工工藝及操作要點

該支架體系總體施工流程如圖2所示，需加強以下關鍵施工環節的控制。

4.1 地基處理

按超出箱梁投影2.0 m寬范圍清除箱梁投影區內表層腐殖土，采用石方分層填筑至設計標高。石方填筑采用推土機整平、20 t振動壓路機振動壓實，填筑分層松鋪厚度不超過40 cm，壓實標準0 cm～80 cm范圍壓實度不小于95%，80 cm外不小于93%?；A頂面設置1.5%的橫坡，便于及時排除雨水?；A填筑完畢后檢測地基承載力，要求地基承載力不得低于計算值。為避免雨水浸泡地基導致基礎承載力降低，在處理后的地基頂面上再澆筑15 cm～20 cm厚C20混凝土進行封閉。同時為了克服基層的受力不均勻，在底托下方墊10 cm×15 cm方木，方木橫橋向布置。地基兩側設置排水溝，保證施工期間排水暢通。經檢算，基底局部壓力55.08 kN<874.8 kN，沖切驗算55.08 kN<138.6 kN，滿足要求。

4.2 支架搭拆

在經處理后的基礎上鋪設10 cm×15 cm的方木，立桿地托支在方木上。支架嚴格按照設計的縱、橫間距和步距搭設。支架上下設置天地托，天地托的可調高度控制在5 cm～35 cm之間，在第一層橫桿搭設完成后，通過地托調節，使橫桿處于同一水平上，然后再進行下一層搭設，縱、橫向每3排～4排設置一道橫向、縱向剪刀撐(縱向剪刀撐間距5.4 m，橫向剪刀撐間距4.8 m)。其上橫橋向鋪設U型鋼(成對使用)，U型鋼上縱向鋪設10 cm×10 cm的分布方木，然后在其上鋪設底模，底模采用12 mm厚的竹膠板。

支架按規范設置掃地桿和剪刀撐。剪刀撐采用大力神專用卡口式剪刀撐桿，在安裝剪刀撐桿時要盡量使剪刀撐緊靠節點位置(間距不超過100 mm)?？拷罩目v橫桿支架與墩柱抱緊，并用可調節鋼管與墩柱抵牢，連接處用木模支墊保護墩柱混凝土不受塤壞。

支架立桿放樣：先用全站儀放出箱梁中心線、邊線及每條縱肋中心線，然后根據支架布置圖，用鋼尺放出底座十字線，標示清楚；然后，嚴格按標示的底座位置準確安放底座和立桿。

碗扣鋼管桿件組裝順序是：立桿底座→立桿→橫桿→水平撐→斜撐→橫桿→頂撐→縱橫分配梁→底模→側?！祟^模。安裝一般以梁體結構中心線位置開始往兩側安裝。

安裝第一層水平桿：將水平桿接頭插入立桿最下端碗扣內，調整水平桿位置，使第一層水平桿處在同一平面上，然后將上碗扣沿限位銷扣下并順時針旋轉將其鎖緊。立桿接長時，將上部立桿底端連接孔同下部立桿頂端連接孔對齊，插入立桿連接銷鎖定。在搭設立桿的過程中，按要求同步安裝剪刀撐。支架搭設到設計標高后，安裝可調頂托。

碗扣支架拆除順序：先松開頂托，對支架進行卸載，然后按自上而下，從跨中向兩端順序拆除。支架拆除前，在其下方設置警示區域，現場配置專職安全監督人員負責整個拆除過程中的安全

防護。拆除過程中，嚴禁從高空拋擲桿件及配件，拆下來的桿件和配件及時進行清理，并堆碼整齊。

4.3 支架預壓

支架搭設完畢，方木鋪設，底模和側摸拼裝后，按照橋梁結構荷載的分布，吊裝預壓物對支架進行預壓。預壓材料采用鋼筋、水箱或沙袋等，加載重量為箱梁設計總量的1.2倍。按每1/4跨布置一個監測斷面，每個監測斷面布點不宜少于3個，對稱布置，如圖3所示。

預壓分級進行，按箱梁自重的50%,75%,100%，120%四個階段劃分。在前三個階段，每個階段靜停12 h，每4 h進行一次沉降觀測；后一個階段靜停24 h，每8 h進行一次沉降觀測。全部加載完成后，當各監測點最初24 h的沉降量平均值小于1 mm或各監測點最初72 h的沉降量平均值小于5 mm時，即可判斷預壓合格。

5 結語

大力神新型碗口支架，采用Q345鋼材制造，相對普通Q235碗口支架，強度更高，計算結果及工程實踐表明該新型支架系統具有較高的承載力，安全儲備較大，節間距最大可做到120 cm×180 cm，大大減少了節點個數，支架材料用量減少，桿件定型，內外鍍鋅，不易丟失和損壞，均降低了安裝風險，減少工程安全隱患。

新型碗口支架比普通碗扣式腳手架節約1/3數量，直接縮減了搭、拆腳手架的時間，提高施工速度和經濟效益，比傳統碗口支架更具優勢和競爭力，其較高的安全性能增強其運用前景。

[1] 康勝旗.大跨度城市立交跨既有橋梁現澆支架施工及檢測技術[J].鐵道建筑技術，2010(S1)：142-145.

[2] 吳偉國,蔣 鑫,杜召華,等.高墩連續梁橋滿堂碗扣式支架施工安全控制研究與應用[J].公路工程，2013,38(6)：206-212.

[3] 陳 斌，金志高,李繼剛.腳手架與模板支架安全計算中若干問題的探討[J].四川建筑科學研究，2008,34(5)：189-191.

[4] 席趙虎.談上跨高速公路現澆橋梁施工技術[J].山西建筑，2013,39(35)：199-200.

[5] 蔣雪峰，吳紀東.高強度碗扣支架在橋梁施工中的應用[J].企業科技與發展，2014(16)：68-71.

Design and construction of the new scaffolding

for cast-in-situ concreting of box girders of high-pier urban overpass

Tang Zheng

(InvestmentandConstructionHeadquartersofGuizhouProvince,

ChinaRailwayNo.5EngineeringGroupCo.,Ltd,Guiyang550002,China)

To study the application of the new bowl shaped support scheme for cast-in-situ concreting of box girders of high-pier urban overpass, this paper presents the scaffolding design and calculation for Guilong overpass, and some key process in construction stage are analyzed and elaborated. Construction experience indicates that it has strong advantages in mechanical behavior and the economy of this new support scheme, that lay the foundation for the application of the new high-strength scaffolding.

bridge engineering, new scaffolding, design of the scaffolding, construction

2015-01-25

唐 政(1974- )，男，工程師，全國一級建造師

1009-6825(2015)11-0171-03

U445.35

A