淺談盤扣式支架在現澆箱梁施工中的應用

■黃森勇

(福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350001)

1 工程概況

興田鋪分離式大橋橋位區屬于山前沖洪積U型寬谷地貌，地形坡度約0～5°，橋頭橋臺位于山坡坡腳，橋尾橋臺位于山坡上，地形坡度約10～15°，橋梁橫跨省道，與省道呈 30°。 全橋共五聯：采用[4×30+(3×30+21)+(21+35+30)+(30+50+30)+4×30]m預應力混凝土連續箱梁，橋長554m。下部結構0號橋臺采用肋板式臺，18號橋臺采用柱式臺，橋墩采用柱式花瓶墩配樁基。上部結構為預應力混凝土現澆等高箱梁。箱梁梁高1.8m，單箱三箱室，梁頂寬14.75m，梁底寬 9.75m，兩側翼緣板長度為 2.0m，采用斜腹板形式，頂板厚 25～60cm，底板厚 25～60cm，腹板厚45～145cm，箱梁頂底板平行，橋面橫坡通過箱梁整體旋轉形成，下部花瓶墩墩頂水平，通過調節墊石厚度實現上下部之間的坡度實現。該橋箱梁斷面尺寸圖如圖1～2所示：

圖1 梁體端部斷面

圖2 梁體跨中斷面

2 承插型盤扣式支架結構特點

2.1 材料特點

興田鋪分離式大橋采用滿堂支架法施工，支架采用A型承插型盤扣式鋼管，可調底座采用A-XT型，尺寸為Φ48mm×6.5mm，材質為Q235B；立桿采用A-LG型，尺寸為Φ60mm×3.2mm，材質為Q345A；水平桿采用A-SG型，尺寸為Φ48mm×2.5mm，材質為Q235B；豎向斜桿采用AXG型，尺寸為Φ48mm×2.5mm，材質為 Q195；水平斜桿采用 A-SXG型，尺寸為 Φ48mm×2.5mm，材質為 Q235B；可調托座采用A-ST型，尺寸為Φ48mm×6.5mm，材質為Q235B。盤扣式支架材料屬于低碳合金鋼，其強度是傳統腳手架普碳鋼管的1.5～2倍，采用熱鍍鋅防腐工藝，提高了產品的使用壽命和安全性，保持良好的力學性能。

2.2 結構受力特點

承插型盤扣式支架立桿設置有0.5m模數的連接圓盤，為了保證橫桿和斜桿同圓盤的連接效果，連接端設帶有弧形彎鉤且具自鎖功能的楔形插銷。根據廠家提供的檢測檢驗報告，Φ60mm×3.2mm的盤扣支架單根立桿的最大承載力為20t，而Φ48mm×3.2mm碗口式支架單根立桿的最大承載力為4t。從結構受力來看，盤扣式支架荷載主要通過立桿的軸向傳力，在圓盤處橫桿、斜桿受力軸線交匯形成具有較強軸向抗剪力的節點，由此形成結構穩定的三角空間，與碗扣式支架相比，其結構受力更加穩定，具有更高的支撐承載力。

3 承插型盤扣式支架現澆施工工藝

3.1 地基處理及基礎施工

根據地勘資料和現場查驗，興田鋪分離式大橋位置處地表層主要為素填土，支架基礎清表后持力層0.5m深度范圍內進行換填碾壓，承載力須滿足設計要求的150kPa。換填可采用顆粒級配較為良好的石渣進行，換填厚度依據橋位地址斷面圖進行，換填厚度≥0.5m，頂面采用30cm厚C20混凝土進行封層，并于兩側設置縱向排水溝，隨時排走地面積水，防止地基浸泡失穩破壞。根據箱梁的結構尺寸和盤扣式滿堂支架的構造要求，地基處理寬度為橋寬往兩側各延伸1m。換填石渣利用機械碾壓，分層壓實厚度不大于30cm，壓實度不小于96%；對于承臺基坑回填位置，須采用開挖臺階分層回填夯實，臺階高度為50cm，寬度為50cm，避免支架地基不均勻沉降。處理后的地基承載力必須滿足施工要求，不得有不均勻沉降，更不能有積水現象，并按要求對地基承載力進行檢測校核 (不小于設計要求的160kPa)，檢測合格后進行澆筑30cm厚C20砼，混凝土頂面由中心向兩側設置0.5%橫坡，兩側排水溝采用砂漿抹面，確保排水順暢，防止因積水導致地基軟化引發支架失穩產生的安全隱患和事故。

3.2 承插型盤扣式支架搭設施工

3.2.1 支架搭設流程

支架立桿的搭設應先按支架平面圖放樣確定位置準確擺放墊木、可調底座，再搭設立桿、水平桿、斜桿，組成節點單元，以此擴展搭設形成整個支架體系。支架縱橋向按150cm間距布置，墩頂加厚區為120cm。支架橫橋向布置間距腹板處采用90cm，箱式及翼緣板處均采用120cm。對于肋板式橋臺腹板處采用60cm和90cm兩種橫向布置間距，箱室及翼緣板處采用120cm和150cm兩種橫向布置間距。全橋支架步距均按100cm設置，部分調整步距按50cm考慮，架體整體底層以及頂層均設置水平剪刀撐，墩、臺周邊排架應與墩臺身形成抱箍式連接，豎向間距不宜超過兩步距，支架標高微調可通過頂托絲桿來實現。

3.2.2 支架搭設施工控制要點

(1)支架搭設前須在硬化面上用墨斗彈線，先彈出中線，再按照支架設計步距由兩側向跨中分，以防止支架搭偏錯位；

(2)支架可調托座絲桿外露長度嚴禁超過40cm，插入立桿長度不得小于15cm；

可調底座絲桿外露長度不應大于30cm，最底層水平桿作為掃地桿件離地高度不應大于55cm；

(3)在同一水平高度內相鄰立桿連接套管接頭的位置錯開高度不宜小于7.5cm；

圖3 盤扣式支架搭設立面圖

(4)同圓盤連接的各桿件接頭插銷應擊緊至規定深度的刻度線；

(5)每搭完一步支架后，應及時校正立桿、水平桿的步距，檢查立桿的垂直偏差和水平桿的水平偏差；

(6)搭設作業人員必須經過專業技術培訓取得資格證書，持證上崗，且在施工前經過技術和安全作業交底；

(7)進入施工現場的鋼管支架及構配件應進行復檢，在外觀質量和力學性能滿足規范要求的后方可使用。

3.3 承插型盤扣式支架預壓施工

3.3.1 預壓荷載計算

為了保證箱梁滿足設計的外形尺寸和撓度要求，檢驗支架的整體穩定性和承載能力，克服支架的不均勻沉降引發的箱梁開裂，在澆筑箱梁砼前必須對支架預壓。本橋梁采用砂袋進行壓載，加載重量為箱梁自身重量(包括芯模、結構體系自重及相關活載)的1.2倍。預壓過程嚴格按照施工順序和砼澆筑順序確定其加載順利，擬采用一次澆筑成型、水平分層澆筑，因此由一側墩頂開始全斷面分層鋪壓，直到荷載滿足規范要求。

為了確認沙袋數量，取標準箱梁 (寬：14.75m,高：1.8m)跨中截面為例，取1m梁段計算，其他類型截面在施工前做詳細技術交底，由于箱梁翼緣板相對較薄，故翼緣板處支架可不進行預壓。

圖4 標準箱梁跨中截面

標準箱梁跨中截面如圖4所示。圖中，S1=1.32m2，S2=0.79m2，S3=1.54m2，S4=1.04m2，S5=1.54m2，S6=0.79m2，S7=1.32m2。

恒載：

S1、S7部分恒載總量為：1.32×2.6=3.43t

S2、S6部分恒載總量為：0.79×2.6=2.05t

S4部分恒載總量為：1.04×2.6=2.70t

活載：

總活載(含人員、機具設備、砼振搗力、風荷載)取：5.86t

分攤到S1、S7部分的重量為：1313/14750×5.86=0.52t

分攤到S2、S6部分的重量為：1570/14750×5.86=0.62t

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分攤到S3、S5部分的重量為：1450/14750×5.86=0.58t

分攤到S4部分的重量為：2084/14750×5.86=0.83t

支架預壓荷載組合：設計要求加載重量為箱梁階段重量的1.2倍。

S1、S7部分荷載組合為：M1=(3.43+0.52)×1.2=4.74t

S2、S6部分荷載組合為：M2=(2.05+0.62)×1.2=3.20t

S3、S5部分荷載組合為：M3=(4+0.58)×1.2=5.50t

S4部分荷載組合為：M4=(2.7+0.83)×1.2=4.24t

3.3.2 預壓加載與卸載

支架沉降觀測點布設在底模上，橫橋向觀測點布置在腹板位置，順橋向觀測點布置在箱梁兩個支點、1/4、2/4、3/4處；采用強度較好直順的鉛錘絲垂掛在觀測點上，在鉛垂絲上標記標高，采用精密水準儀測出各觀測點的初始標高值H1并做記錄。

預壓加載采用三級均勻加載，即：第一次加載從跨中向兩側，依次加載至計算總重的 50%；第二次加載至計算總重的100%；第三次加載至計算總重120%。

預壓砂袋尺寸為1.0m×1.0m×1.0m，考慮沙袋不能裝滿，每袋砂重取1.6t，采用吊車分碼吊至相應部位，人工配合擺放。S1、S7部分荷載組合為：n1=4.74/1.6=2.9袋，取整數 3 袋；S2、S6 部分荷載組合為：n2=3.2/1.6=2 袋；S3、S5部分荷載組合為：n3=5.5/1.6=3.4袋，取整數4袋；S4部分荷載組合為：n4=4.42/1.6=2.8袋，取整數3袋。每次分級加載結束后立即對各觀測點標高H2進行測量并做好相應記錄，當連續2次沉降差小于1mm后，間隔2h才能繼續加載；當加載至計算總量120%后，維持荷載72h，卸載前測量各測點標高值H3并記錄；卸載過程的操作基本與加載過程相反，卸載完成后測量各測點標高值H4；非彈性變形量=H1-H4，通過試壓以后，可認為支架、模板、方木等的非彈性變形已經消除；彈性變形量=H4-H3，根據該彈性變形值設置預拱度，保證成型后梁體線形滿足設計要求。

3.3.3 預壓控制要點

(1)預載過程中如發現支架變形過大、基礎凹陷等現象，必須立即停止加載并卸載，分析查找原因，采取相應補救措施后才可重新預壓。

(2)砂袋碼砌必須逐層咬邊錯縫，禁止任意堆碼，防止高度過大發生傾倒事故。

(3)支架預壓過程中，應設有專職安全員值班，隨時檢查處理預壓出現的各種情況，及時向作業人員發出相應信號，制止非施工人員進入支架預壓安全警戒線內。

4 盤扣式支架性能分析

以該大橋一聯三跨預應力混凝泥土箱梁結構 (21+35+30m)為例，對盤扣式支架與碗扣式支架性能進行比較：

(1)從節點連接比較，碗扣式支架節點連接通過碗口接頭將上碗扣沿限位銷扣下并旋轉將橫桿和立桿連接，加載后需要重新檢查逐個扣緊，而盤扣式支架的八角圓盤對于橫桿的水平位移的限制比碗扣式支架要好，在加載后節點能夠自動逐漸鎖緊。

圖5 碗扣式支架節點接頭

圖6 盤扣式支架節點接頭

(2)從支架垂直度比較，碗扣式支架立桿之間連接通過承插式連接，垂直度比扣件式支架略好，而盤扣式支架立桿端部焊接有連接套筒且設有插銷，用于連接和固定立桿，垂直度較碗扣式支架好。

圖7 碗扣式支架垂直度

圖8 盤扣式支架垂直度

(3)從支架支撐密度比較，碗扣式支架受桿件材料和節點的性能限制，構造加固只能用剪刀撐，支架節點抗扭能力不足，支架布置的靈活性較低，遇到較為復雜的梁板結構，為了保證結構穩定性只能采取增加支撐密度；而盤扣式支架節點可靠，立桿、橫桿與斜桿通過八角圓盤銷接為半剛性連接，搭設成穩定三角形塔架單元后穩定性較高，支撐密度也相對較低。

圖9 碗扣式支架的支撐密度

圖10 盤扣式支架垂直度

5 盤扣式支架經濟分析

盤扣式支架經濟分析與碗扣式支架的經濟比較如表1所示。

以該大橋一聯三跨預應力混凝泥土箱梁結構 (21+35+30m)為例，支架搭設高度6m，寬15m，長86m，需要搭設7740m3，通過對比發現，盤扣式支架的搭設費用明顯高于碗扣式支架，但從運輸費用、工期、利潤及質量等綜合方面來看具有一定的優勢，特別是涉及平整基礎較大的地形時，在經濟性方面優于碗扣式支架，且滿足節材、高效和環保的要求。

表1 盤扣式與碗扣式支架的經濟比較

6 結語

實踐證明，盤扣式支架同碗扣式支架相比在承載力、整體穩定性、安全性、經濟效益等具有明顯優勢，且盤扣式支架具有輕質高強結構、標準化、裝配化和多功能的優勢，可為今后類似工程施工提供參考依據。