塔山大橋現(xiàn)澆箱梁滿堂支架支撐體系穩(wěn)定性分析

蔡金良

（中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

在當(dāng)前橋梁工程施工中，滿堂支架法現(xiàn)澆箱梁技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其支架支撐體系的穩(wěn)定性關(guān)系到橋梁工程施工的安全與質(zhì)量。如果施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，將可能導(dǎo)致坍塌事故發(fā)生，影響橋梁工程的施工進(jìn)度與施工安全。因此，為保證現(xiàn)澆箱梁安全順利施工，必須確保滿堂支架支撐體系的穩(wěn)定性[1]。本文結(jié)合周寧縣塔山大橋滿堂支架法現(xiàn)澆箱梁施工工程，對(duì)其支撐體系搭設(shè)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 工程概況

塔山大橋位于周寧縣東，跨越東洋溪，橋梁長145.243m，起訖樁號(hào)K67+192.578～K67+337.821，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用U 型臺(tái)配樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用4×25mPC 簡支T 梁+2×20m 鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，其中20m 現(xiàn)澆箱梁為第五跨、第六跨，4#墩墩柱高7.8m，5#墩墩柱高8.0m，擬采用滿堂支架法原位完成現(xiàn)澆。

2 現(xiàn)澆箱梁滿堂支架設(shè)計(jì)概況

塔山大橋平面處于交叉口范圍，為斜彎橋，上部結(jié)構(gòu)采用4×25mPC 簡支T 梁+2×20m 鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，第5跨、第6跨箱梁現(xiàn)澆箱梁部分變寬較大，順路線中心樁號(hào)跨徑為20m，漸變橋面寬：右幅18.857~32.886m、左幅20.609~34.172m，寬箱梁截面類型為單箱多室簡支箱梁，箱梁梁高1.4m，懸臂2.0m，懸臂根部厚0.45m，頂?shù)装搴?.25m，頂板與腹板倒角為1.0×0.2m，底板與腹板倒角為0.5×0.2m，腹板厚0.5~0.7m，橫梁寬1.2m，采用斜腹板設(shè)計(jì)，邊腹板與懸臂設(shè)置R=0.75m倒角，邊腹板與底板設(shè)置R=0.2m倒角。

塔山大橋現(xiàn)澆箱梁采用Φ48mm×3.5mm 碗扣支架搭設(shè)滿堂支架的方法原位完成現(xiàn)澆，箱梁底模離地面高約6.7~7.4m。支架體系由支架基礎(chǔ)（筑島平臺(tái)壓實(shí)+填筑20cm 級(jí)配碎石墊層+20cmC20 混凝土層）、下墊木（8cm×10cm 木方）、底托（可調(diào)托撐）、Φ48×3.5的碗扣腳手鋼管立柱、橫聯(lián)、斜聯(lián)（剪刀撐）、頂托（可調(diào)托撐）、分配梁（8cm×10cm 木方）組成（見圖1）。碗扣式支架立桿平面布置如下：端橫梁部位：立桿柱網(wǎng)90cm×60cm（橫向×縱向），步距120cm，箱室部位：立桿柱網(wǎng)90cm×90cm（橫向×縱向），步距120cm，中腹板部位：立桿柱網(wǎng)60cm×90cm（橫向×縱向），步距120cm，邊腹板部位：立桿柱網(wǎng)60cm×90cm（橫向×縱向），步距120cm。

圖1 支架搭設(shè)跨中橫斷面圖

3 現(xiàn)澆箱梁滿堂支架搭設(shè)

3.1 接頭連接

接頭是立桿間橫桿、斜桿和連接裝置，應(yīng)確保接頭鎖緊[2]。在進(jìn)行接頭連接時(shí)，需要首先將上碗扣擱置在限位鎖上，然后將橫桿、斜桿等接頭插入下碗扣，該過程要求接頭弧面與立桿保持密貼狀態(tài)，在完全插入之后，再將上碗扣套下來。通過榔頭沿著切線按照順時(shí)針方向依次上碗扣凸頭，促使上碗扣被限位銷卡緊。

在連接接頭時(shí)如果上碗扣難以扣緊或者限位銷無法進(jìn)入上碗扣螺旋面，這時(shí)需要檢查如下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)立桿與橫桿兩者之間是否保持垂直;

（2）相鄰?fù)肟凼欠裎挥谕凰矫?

（3）下碗扣與立桿的同軸是否滿足設(shè)計(jì)要求;

（4）下碗扣的水平同立桿軸線直度是否滿足設(shè)計(jì)要求;

（5）橫桿接頭與橫桿是否發(fā)生變形;

（6）橫桿接頭的弧面中心線與橫桿軸線兩者是否垂直;

（7）在下碗扣內(nèi)是否存在充填物等。

檢查結(jié)果如果顯示為裝配原因，需調(diào)整之后再進(jìn)行連接；如果顯示為桿件原因，需要送回修理。

3.2 桿件搭設(shè)

首先安放立桿底座。在已經(jīng)處理好的地基或者墊木上，基于放線位置安放立桿墊座或可調(diào)座，安放之后對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，保障同一層所有立桿節(jié)點(diǎn)均位于一個(gè)水平面內(nèi)，方便后續(xù)橫桿安裝。立桿底座調(diào)整結(jié)束后，在上面插入立桿。第一層采用1.2m 和2.4m 兩種不同尺寸的立桿進(jìn)行交錯(cuò)布置，將所有接頭相互錯(cuò)開[3-4]。第二層均采用2.4m 立桿進(jìn)行布置，頂部可以基于實(shí)際情況合理選擇0.9m、1.2m 或者1.5m 立桿配合可調(diào)頂托找平。立桿安裝過程中同時(shí)安裝掃地桿，通過掃地桿與立桿之間的連接將所有立桿連接成一個(gè)牢固整體，提升支架穩(wěn)定性[5-6]，如圖2所示。

圖2 支架搭設(shè)布置圖

然后安裝底層橫桿，該環(huán)節(jié)碗扣式腳手架底層第一步搭設(shè)非常重要，需要嚴(yán)控質(zhì)量。在完成第一橫桿安裝之后，需要進(jìn)行質(zhì)量檢查[7]，內(nèi)容見表1。在頂層搭設(shè)完成之后，基于設(shè)計(jì)要求開始鋪設(shè)方木，為了讓標(biāo)高能夠滿足設(shè)計(jì)要求，需對(duì)頂托進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[8]。之后安裝剪刀撐，模板支撐架應(yīng)在支架的四周及中間的縱、橫向，由底到頂連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐，要求間距不能超過4.5m，剪刀撐斜桿與地面夾角在45°～60°區(qū)間范圍內(nèi)，斜桿每步均需要與立桿扣接，每道剪刀撐跨越4~7 根立桿；支架高度如果超過4.8m，需要在其頂部和底部均安裝水平剪刀撐，并且要求間距應(yīng)不能超過4.8m，剪刀撐的搭接長度不應(yīng)小于1m，應(yīng)等間距設(shè)置3 個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件固定。

表1 安裝完第一步橫桿后的檢查

立桿碰到墩柱時(shí)避開墩柱，連墻桿與腳手架立面及墩柱體保持垂直，沿支架高度方向每2.4m 設(shè)置一層連墻桿，連墻桿與墩柱連接并預(yù)留2cm 距離，每層連墻桿在同一平面，水平間距不大于4跨。

4 支架穩(wěn)定性驗(yàn)算分析

4.1 荷載計(jì)算

根據(jù)塔山大橋現(xiàn)澆箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在施工中涉及到以下荷載：

（1）現(xiàn)澆箱梁自重計(jì)算。

箱梁鋼筋混凝土容重取26kN/m3,計(jì)算箱梁自重：

綜合考慮現(xiàn)澆箱梁施工安全性，取安全系數(shù)r=1.6，假設(shè)梁體全部重量僅作用于底板區(qū)域，右幅第六跨底板面積為362.2m2，計(jì)算單位面積壓力：

（2）模板、支架及附件自重計(jì)算。

根據(jù)JGJ 130-2011，查表4.2.1-3，主梁、次梁及此處模板自重取0.6kN/m2；查表A.0.2，h×la×lb=1.2×0.9×0.9 時(shí)，支模架立桿每米結(jié)構(gòu)自重為0.1716kN/m，支架高度6.8m。

（3）施工人員和施工材料、機(jī)具等行走運(yùn)輸或堆放的荷載計(jì)算（按均布荷載計(jì)算，路橋施工手冊(cè)）：計(jì)算模板及支撐模板楞木取值：q3=2.5kN/m2集中荷載2.5kN/m2。

計(jì)算支撐楞木的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及取值：q3=1.5kN/m2

計(jì)算支架立柱取值：q3=1.0kN/m2

（4）鋼管自重計(jì)算。

其中：碗扣式構(gòu)件每米重38.4N/m,查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表13-4，構(gòu)件磨耗系數(shù)取0.8；

（5）澆筑混凝土沖擊及振搗荷載取值：q5=2.0kN/m2。

（6）荷載計(jì)算。

式中：K——荷載分項(xiàng)系數(shù)，取K1=1.2、K2=1.4

4.2 立桿強(qiáng)度驗(yàn)算

以最大間距橫向×縱向：90cm×90cm驗(yàn)算：

（1）立桿承受荷載強(qiáng)度計(jì)算。

其中：A=489mm2，見扣件式鋼管截面特性，查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表13-4；[σ]=140MPa 見鋼管性能表，查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表8-7；

因此,支架承重滿足要求。

（2）立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。

長細(xì)比:λ=L/i=120×10÷15.78=76.05

其中：橫桿步距L:120cm；

回轉(zhuǎn)半徑i:15.78mm，查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表13-4；

其中：軸心受壓構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)φ：0.695，根據(jù)立桿細(xì)長比，查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》附表3-26；

鋼管支架彎曲容許應(yīng)力[σw]：145MPa，查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表8-7；

因此，立桿穩(wěn)定性滿足要求。

4.3 支架穩(wěn)定性驗(yàn)算

軸心受壓構(gòu)件的支架穩(wěn)定性計(jì)算：

式中：N——軸心壓力；

φ——軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；

A——構(gòu)件的毛截面面積；

fc——鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取205N/mm2；

γm——材料強(qiáng)度附加分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)支架搭設(shè)高度小于25m時(shí)取1.35。

（1）立桿長細(xì)比計(jì)算

鋼管外徑D=48mm，內(nèi)徑d=41mm，壁厚3.5mm。

回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算：

長細(xì)比λ計(jì)算：

式中：長度因數(shù)μ因受壓桿兩端固定，取0.5；

[λ]=150，查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》表12-20；

（2）由長細(xì)比可查得，軸心受壓構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)φ=0.893

（3）立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算因此，支架穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)束語

為保證現(xiàn)澆箱梁安全順利施工，必須高度重視支架支撐體系的安全與穩(wěn)定，結(jié)合周寧縣塔山大橋滿堂支架法現(xiàn)澆箱梁施工實(shí)例，對(duì)其滿堂支架支撐體系構(gòu)造設(shè)置方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，在此基礎(chǔ)上對(duì)支架穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算分析,通過工程實(shí)踐證明，塔山大橋現(xiàn)澆箱梁滿堂支架支撐體系整體穩(wěn)定，能夠保證箱梁施工安全與質(zhì)量。