滿堂支架在團城湖調節池車行拱橋施工中的應用分析

劉曉鋒

北京市南水北調大寧管理處 北京 102442

1 工程概況

車行拱橋位于團城湖調節池大島與西南角池外擋墻連接處。主拱采用懸鏈線無鉸拱，拱軸線均采用等截面懸鏈線，為1-30m懸鏈線鋼筋混凝土板拱，計算跨徑30m，計算矢高4m，矢跨比f。/L。=1/7.5，拱軸系數3.0；橋梁全長49m，板厚（截面高度）0.8m，寬度：6.5m，橋面寬度：5.9m[1]。

2 支架設計

圖2 橫剖圖

該橋拱圈澆筑施工采用滿堂支架。拱架采用碗扣式腳手架搭設，支架采用Φ48×3.5鋼管做支撐體系，縱橫間距：0.6m×0.6m。步距為1.2m，鋼管頂部采用U型可調頂托。在立桿基礎下用5cm厚的通長木板鋪墊，鋼管支架搭設完成后，在頂托上縱橋向布置10cm×10cm木方。頂托與方木安裝完成后，橫橋向鋪設10cm×10cm木枋，平枋按間距20cm進行鋪設。采用122×244cm規格覆膜竹膠板，板厚1.5cm，竹膠板順橋向、由橋梁中心線向兩側鋪設，底模寬出主拱邊20cm，側模立于底模上，模板調整拱度采用木楔進行起拱[2]。

在架體外側周邊及內部縱、橫向每5跨（且不小于3m），由底至頂設置連續豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為5跨。在豎向剪刀撐頂部交點平面、掃地桿所在平面及立桿中部（第三步）設置三道水平剪刀撐，每道剪刀撐用旋轉扣件固定在與之相交的鋼管支架上，接頭采用對接。

橫向兩側每隔6m對稱設置側支撐，用旋轉式扣件與鋼管支架連接在一起。其高度不超過支撐總高度的2/3，斜撐角度不大于60度[3]。

3 支架驗算

3.1 荷載計算

3.1.1 拱圈混凝土自重(主拱圈及拱上側墻混凝土=213.8m3，新澆混凝土容重取γ=25kN/m3)。N1= （213.8×25）/（30×6.5）=27.41kN/m2=0.02741N/mm2。

3.1.2 拱圈鋼筋自重（拱圈鋼筋25013.4kg），N2=（25013.4×9.8）/（30×6.5）=1.26kN/m2=0.00126N/mm2。

3.1.3 竹膠板底模荷載 (板厚δ=1.5cm 容重γ=10KN/m3)，N3=1×1×0.015×10=0.15 kN/m2=0.00015N/mm2。

3.1.4 10×10方木荷載(10×10cm@20cm 容重γ=8kN/m3由橫向木枋間距@20cm，得單位面積內的計算長度為1/0.2=5m/m2)，N4=5×0.1×0.1×8 =0.4kN/m2=0.0004N/mm2。

3.1.5 10×10方木荷載(10×10cm容重γ=8kN/m3由縱向木枋間距@60cm，得單位面積內的計算長度為1/0.6=1.7m/m2)，N5=1.7×0.10×0.10×8=0.136kN/m2=0.000136N/mm2。

3.1.6 鋼管支架體系自重。按8.3m的支架高度計算鋼管自重荷載(含配件、剪刀撐及水平拉桿等)，φ48×3.5鋼管單位重為3.84kg/m，加配件乘以系數2.0，則立桿自重平均分配到底層的荷載為：g=8.3m×3.84kg/m×系數2×9.8N/1000=0.63kN/根。根據支架設計圖，拱底平均每平方米布置鋼管計算如下：

橫向排數 6.5/0.6+1=12排，縱排數，30/0.6+1=51排，底面積=6.5×30=195m2，每平方米根數=12×51/195=3.14根，則支架體系自重為：N6=0.63kN/根×3.14根=1.98kN/m2=0.00198N/mm2。

3.1.7 施工機具及人員荷載：N7=2.5kN/m2=0.0025N/mm2。

3.1.8 傾倒混凝土產生的荷載 (泵送)：N8=4.0KN/m2=0.004N/mm2。

3.1.9 振搗砼產生的荷載： N9=4.0KN/m2=0.004N/mm2。

分項系數的取值：模板、支架、腳手架等自重，模板按1.0kN/m2=0.001N/mm2進行計算，γi=1.2；新澆混凝土自重按25KN/m3按進行計算，γi=1.2；振搗、傾倒混凝土產生的豎向荷載按4.0KN/m2=0.004N/mm2、施工機具及人員荷載按2.5KN/m2=0.0025N/mm2計算，γi=1.4。

3.2 立桿受力計算

模板支架立桿的軸向力設計值：N=（（27.41+1.26+0.15+0.4+0.136+1.98）×1.2+（2.5+4+4）×1.4）×(0.6×0.6) =18.83KN。

橫縱間距0.6m，步距1.2m，則單根立桿受力：N=18.83KN＜[N]=30KN，立桿滿足受力要求[4]。

3.3 支架立桿穩定性驗算

碗扣式滿堂支架是組裝構件，單根碗扣在承載力允許范圍內就不會失穩，因此以軸心受壓的單根立桿進行驗算：公式：N≤[N]= ΦA[ó]。

碗扣件采用外徑48mm，壁厚3.5mm，A＝489mm2，A3鋼，I＝10.78×104mm4則，回轉半徑i=(I/A)1/2=1.58cm。跨中底板按橫桿步距：h=120cm計算。跨中底板鋼管長細比λ＝L/i=120/1.58=75.9＜[λ]=250取λ＝76；軸心受壓桿件，Q235A鋼管軸心受壓構件的穩定系數Φ＝0.744，[ó]=205MPa。鋼管所受的垂直荷載N=18.83KN。

計算立桿段有風荷載設計值產生的彎距；MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10，WK=0.7uz×us×w0。uz取1.14，us取0.9，w0取0.3KN/m2。故：WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.14×0.9×0.3=0.22KN。

La—立桿縱距0.6m；h—立桿步距1.2m，故：MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.85×1.4×0.22×0.6×1.22/10=0.023KN

W— 截面模量查表：W=5.08×103mm3，則，N/ΦA+MW/W＝18.83×103/(0.744×489)+0.023×106/(5.08×103)＝51.12KN/mm2≤f＝205KN/mm2，計算結果說明支架是安全穩定的[5]。

3.4 地基承載力計算

持力層為原狀砂礫層、局部為回填沙礫料（相對控制密度0.75），容許承載力標準值300KPa，折減系數0.4。

4 支架預壓

采用沙袋靜壓法。材料為1t的沙礫料帆布袋，共683袋。加載順序為從拱圈兩邊拱腳→拱頂→拱圈1/4段位置。靜載試驗需要測設的數據主要有底模板的撓度，測量時對各測量點做詳細標記。測點共設21個，縱向每3.75m布設一個斷面，每個斷面左中右3點。預壓前，設置變形觀測點，做好標記，第一次進行數據測量與記錄。第一級根據混凝土施工澆筑順序均勻加載達到60%，在加載完成后及12h后進行二次觀測記錄。第二級加載達到80%，在加載完成后及12h后進行二次觀測記錄。第三級加載達到100%，在加載完成后及24h、48h、72h進行觀測記錄。壓重全部卸載后6h，進行觀測并記錄[6]。

對各次觀測數據進行分析整理，得出移動模架的非彈性變形值和彈性變形值。60%加載12h后平均沉降量為1.19mm：小于2mm，合格；80%加載12h后平均沉降量為0.48mm：小于2mm，合格；100%加載72h后平均沉降量為2.19mm，小于5mm，合格。彈性變形：斷面1～7的21個測點平均彈性變形最大11mm，最小6mm。

5 結束語

根據計算，本支架方案是安全可靠的，實際施工中也采用了該方案。

用正確可行的計算理論對滿堂支架進行受力分析，對各項安全要求進行全面計算，驗證支架設計的穩定性。

通過嚴格的預壓裝載和卸載的過程測量，確定鋼管支架的強度、剛度、穩定性均滿足施工要求，鋼管支撐架的承載力和穩定性均合格。支架受載后桿件的擠壓和卸落設備壓縮而產生的非彈性變形均得到有效的消除。

支架預壓是拱圈施工非常重要的一道工序。通過對觀測數據分析，為該拱橋的成功施工提供了重要條件，對同類工程的施工有著很好的借鑒作用。

落架作業是主拱圈澆筑的最后一道工序，也是關鍵的一道工序。本工程中主拱圈混凝土強度達到設計的100%后，進行主拱圈卸架，提高了安全保證度。