現澆系桿滿堂支架施工過程安全評估

劉洪斌

（山西省交通建設工程監理總公司，山西 太原 030012）

1 工程概況

某系桿拱橋項目線路總長324.7 m，其中橋梁段101.56 m。橋梁正常段寬36.5 m，橫斷面布置為：4 m（人行道）+2.304 m（索區）+0.38 m（護欄）+3 m（非機動車道）+0.566 m（隔離墩）+16 m（機動車道）+0.566 m（隔離墩）+3 m（非機動車道）+0.38 m（護欄）+2.304 m（索區）+4 m（人行道）＝36.5 m。

橋梁拱腳段寬39.5 m，橫斷面布置為：4 m（人行道）+3.804 m（索區）+0.38 m（護欄）+3 m（非機動車道）+0.566 m（隔離墩）+16 m（機動車道）+0.566 m（隔離墩）+3 m（非機動車道）+0.38 m（護欄）+3.804 m（索區）+4 m（人行道）＝39.5 m。

圖1 橋型布置圖

下部結構橋臺分3部分設計，中間機動車道處橋臺臺帽高2.5 m，寬2.5 m，下接單排3根直徑1.5 m鉆孔灌注樁基礎，樁長15 m。兩側非機動車道、索區、人行道部分橋臺臺帽高2.5 m，寬6.4 m，下設雙排6根直徑1.5 m鉆孔灌注樁基礎，樁長28 m。

上部結構由拱肋、系梁與橋面板、吊桿、拱肋橫撐、橋面系組成。

a）系梁采用預應力混凝土剛性變截面加勁系梁，端橫梁處4.5 m段系梁高度3.2 m，跨中正常段系梁高度2.2 m，縱向兩側各設置2 m過渡段。

b）橫梁采用預應力混凝土結構與系梁剛性連接。吊桿處橫梁采用“T”形斷面，腹板寬度0.6 m，吊桿處腹板加寬至0.8 m，由于橫坡影響，橫梁高度為2.07～2.26 m。拱腳處端橫梁采用箱形斷面，橫梁寬度4.5 m，箱室壁厚0.6 m，箱內橫隔板厚度0.3 m，由于橫坡影響，橫梁高度為3.05～3.24 m。橋面板厚度為25 cm，與橫梁剛性連接形成整體，施工時橫梁預留施工接頭，橋面板二次澆筑。

2 滿堂支架施工方案

2.1 測量放樣

施工前對搭設支架的現場地形高程進行測量，采集標高數據；然后對橋梁處需要搭設支架及吊裝平臺[2]位置進行放樣。

2.2 基礎處理

依據前期對地基的承載力檢測，橋址范圍內地基承載力達不到支架受力要求，需要對地基進行處理，處理后地基承載力達到要求方可搭設支架，具體處理方法如下：

a）首先依據測量放設的支架基礎范圍坡腳線，涉水的位置用素土分層填筑頂寬3.0 m圍堰，圍堰向外放1∶1.25坡，防止基槽開挖時水潭水進入基槽。

b）圍堰完成后排干基礎范圍內的積水，再依照從基礎中間向兩側推進的方式開挖換填回填土層，依據設計地勘資料換填深度為1.5 m，換填分層碾壓密實，要求地基承載力達到250 kPa。

c）基槽開挖后從兩側向中間推進分層填筑片石，用振動壓路機碾壓密實，換填完成后在片石層上分層填筑1.5 m砂礫土，分層碾壓密實，壓實度達到95%，地基承載力不小于250 kPa。填筑最后一層砂礫層以橋梁縱向中心線向兩側設置1.0%橫向排水坡。

d）砂礫層完成后分兩層攤鋪40 cm厚二灰碎石隔水層，分層碾壓密實，壓實度要求達到95%，地基承載力不小于250 kPa，二灰碎石攤鋪完成后需斷交灑水養護7 d以上。

e）二灰碎石養護合格后修整基礎邊坡，坡度均為1∶1.25，坡度修整達到要求后從碎土圍堰頂面起（回填砂礫層坡腳）砌筑40 cm厚漿砌片石護坡，防止雨水沖刷邊坡，對基礎造成破壞，同時防止砂礫進入水潭造成污染。

f）基礎處理合格后澆筑25 cm厚的C20混凝土，并在支架基礎兩側設置縱向排水溝。

2.3 支架搭設[3]

采用φ48×3.5碗扣式支架順橋向布置，在橫梁處為0.6×0.6 m×1.2 m（縱距×橫距×豎向步距），其余均為0.9×0.6 m×1.2 m（縱距×橫距×豎向步距）布置；支架頂部布設縱、橫向分配梁，縱向分配梁采用兩根φ48×3.5鋼管，按照立桿間距置于頂部的頂托盤上，橫向分配梁置在縱分配梁上，采用100 mm×100 mm方木，分別按照30 cm間距布置。立桿下設底托調整支架水平，立桿頂端設頂托調整模板平整及坡度。立桿高度用可調底托和頂托來調節，搭設支架時應保證可調底座高度基本一致，以便使碗扣支架連接橫桿安裝牢固。施工時根據梁底的凈高合理搭配立桿和頂托，確保頂托在調節范圍內工作。搭設支架必須注意支架的高度變化。保證幾何尺寸準確，并保證有足夠的剛度，使每行、列的腳手架連成整體，盡量減少支架的自由長度，最后用腳手架鋼管在側面搭設剪刀撐加固，縱向剪刀撐每隔5 m設一道，橫向剪刀撐每隔5 m設置一道。剪刀撐設置成45°～60°左右角度交叉用十字扣鎖緊。鋼管宜用直扣進行連接，在采用十字扣搭接時在搭接長度范圍必須設置兩道十字扣。支架在安裝完成后，應對其平面位置、頂部高程、節點連接及縱橫向穩定性進行全面檢查，符合要求后方可進行下一步工序。特別是縱橫向剪刀撐的檢查，其數量滿足要求后方可進行模板的拼裝工作。

2.4 底模拼裝

底模、側模采用15 mm厚竹膠板，規格為1.22 m×2.44 m，底板及翼緣板位置，橫橋向鋪設1.22 m，縱橋向鋪設2.44 m，要求縱橫向拼縫均拉線對齊，做到美觀順直。同時模板拼縫貼好2 mm雙面膠條，并擠緊，做到拼縫平整、嚴密。模板的背面應設置背肋和次肋作為其支承系統，次肋沿橋梁縱向采用兩根φ48×3.5鋼管；背肋沿橋梁橫向，采用100 mm×100 mm的方木。箱梁外側腹板應加強模板外側的斜向支撐，同時要加強底部支架的橫向聯結和斜撐（剪刀撐）。

2.5 支架堆載預壓

為防止支架變形導致結構開裂，模板變形導致截面尺寸削弱或混凝土超方，必須確保支架及模板具有足夠的剛度。支架及底模安裝完畢后進行堆載預壓試驗，以消除非彈性變形。通過試驗求出彈性變形，作為模板高程預留量的依據，并消除支架平面的不均勻變形。預壓荷載嚴格按規范要求，按混凝土和模板荷載和的1.1倍；設計預壓重為不小于1.2倍的結構重。采取砂袋進行預壓試驗，土（砂）袋堆碼應整齊、緊密，在底模及側模安裝完畢后進行。

圖2 支架預壓監控點布置圖

3 施工過程安全評價

3.1 底模安全性評價[4]

系梁底模采用竹膠板，板厚t=15 mm，竹膠板方木背肋間距為30 cm，背肋尺寸為10 cm×10 cm。所以驗算模板強度采用小肋間距L=30 cm、截面計算寬度為b=100 cm的平面竹膠板，按三跨連續梁來計算彎矩。其截面特性為：

式中：b為計算寬度；h為計算厚度或高度；q為計算線荷載；I為慣性矩。

模板強度滿足要求。

模板剛度滿足要求。

3.2 分配梁安全性評價

縱向分配梁為兩根φ48×3.5鋼管，橫橋向跨徑為60 cm，最小間距為60 cm。

則1根鋼管分配的荷載為：q=41.3/2=23.05 kN/m，

式中：b為計算寬度；h為計算厚度或高度；q為計算線荷載；I為慣性矩。

橫梁強度滿足受力要求。

橫梁剛度滿足受力要求。

綜上，背肋滿足受力要求。

3.3 支架安全性評價

立桿實際承受的荷載為：

式中：NG1K為支架結構自重標準值產生的軸向力；NG2K為構配件自重標準值產生的軸向力；NQK為施工荷載標準值。

梁下碗扣式鋼管支架立橫向間距為60 cm，縱向間距為60 cm，豎向步距為120 cm。

單位長φ48×3.5鋼管重0.04 kN；立桿所承受支架自重NG2K=0.46 kN；立桿分配到的施工荷載、模板及排架產生的荷載NQK=0.6×0.6×4.5×1.4=2.27 kN.

立桿所受豎向力為：N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4ΣNQK=33.38 kN.

考慮到鋼管的反復多次使用，故取0.8 Nu為鋼管容許承載力：

[N]=0.8 Nu=0.8×48.9=39.1 kN，N=33.38＜[N]=39.1 kN.

所以立桿強度滿足要求。

3.4 地基安全性評價

支架基礎原地面標高以下150 cm回填土換填片石壓實，地基承載力達到250 kPa，上分層填筑1.5 m厚砂礫層壓實度達到95%，地基承載力250 kPa，砂礫層上分兩層鋪40 cm厚二灰碎石隔水層壓實度達到95%，地基承載力250 kPa，上澆筑25 cm厚C20混凝土墊層。支架底托面積15 cm×15 cm。

圖3 荷載傳遞路徑

換填片石層地基承載力驗算若繼續采用擴散角法計算，則支架各鋼管下應力通過擴散后，會出現多重應力疊加，計算偏離真實的地基承載力；故依《建筑地基基礎設計規范》利用角點附加應力法，最大受力在立桿中心投影位置，將砂礫層頂面作為受豎向均布荷載的矩形面積，取60 cm×60 cm矩形受荷面積均分為4塊計算對應中心位置的疊加角點附加應力值，此處（立桿中心）的應力附加值為σz，計算該附加應力作用下，原土地基承載力即可。

式中：αc為應力系數，中心角點位置處的附加應力系數查《建筑地基基礎設計規范》表K內插為0.262。

同理可驗算回填片石層下原土地基承載力。

式中：αc為應力系數，中心角點位置處的附加應力系數查《建筑地基基礎設計規范》表K內插為0.122。

式中：[P]為該層地基承載力特征值，按設計地勘資料取160 kPa，故原土地基承載力滿足要求。

4 結語

本文以某系桿拱橋為例，對該橋滿堂支架的施工方案進行了介紹，同時對底模、分配梁、支架及支架基礎進行了較全面的安全評價，分別進行了強度、剛度及穩定性分析計算，通過強度、剛度分析明確了施工過程中構件的最大應力及變形，為支架的可靠性提供依據，可供類似工程借鑒。