淺談新型盤扣式支架在現(xiàn)澆箱梁施工的應(yīng)用

竇軍帥

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

1 工程概況

岢嵐至臨縣高速公路是《山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“三縱十二橫十二環(huán)”中西縱高速公路的重要組成部分，也是山西省西部把第四橫（保德—五臺(tái)長城嶺）和第五橫（平定楊樹莊—佳縣）高速公路連接起來的重要路段。岢臨高速公路第LJ1合同段起點(diǎn)位于山西省岢嵐縣高家會(huì)鄉(xiāng)西會(huì)村，終點(diǎn)位于岢嵐縣高家會(huì)鄉(xiāng)草城村，線路起訖樁號(hào)為K1+100—K4+400，路線全長5.5 km，包括路基土方、涵洞、橋梁和岢嵐紐互通工程。

岢嵐樞紐上有7座現(xiàn)澆箱梁橋，全長約為717 m，橋面寬度均為19.5 m。橋上部結(jié)構(gòu)為單箱雙室鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁或預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 施工難點(diǎn)

岢臨高速LJ1標(biāo)現(xiàn)澆箱梁主要位于岢臨樞紐本區(qū)地形切割劇烈，河谷發(fā)育，溝壑縱橫，高差變化較大。本合同段內(nèi)濕陷性黃土一般為Ⅱ級(jí)非自重—Ⅱ級(jí)自重濕陷，濕陷土層厚度5～10 m。由于人工整修，地面多為臺(tái)階地和耕地，且岢保高速和岢保公路斜交，征地工作困難，車流量較大，當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)工程施工干擾性較大?，F(xiàn)澆箱梁施工過程中，存在以下施工難點(diǎn)。

a）現(xiàn)澆箱梁支撐高度為15.5～18.5 m，其中AK1+388.469（第二部），AK1+478.569（第三部分）現(xiàn)澆箱梁橋面寬為19.5 m，架體高度均為18.5 m，翼板處高為20 m。

b）現(xiàn)澆箱梁支撐荷載大，其中AK1+478.569（第三部分）現(xiàn)澆箱梁外腹板高2.15 m，寬0.9 m，及2號(hào)橫梁高2 m，寬2 m直接需搭設(shè)18.5 m的支架來支撐。

c）施工工期非常緊，業(yè)主要求我項(xiàng)目段內(nèi)岢嵐樞紐的現(xiàn)澆橋在3個(gè)月內(nèi)完成所有現(xiàn)澆箱梁的施工，需完成7座現(xiàn)澆箱梁橋，全長約為717 m，橋面寬均為19.5 m，混凝土方量約為1萬m3；而且部分現(xiàn)澆橋下部墩柱還沒有完成，施工任務(wù)重；由于岢嵐入冬較快，施工工期短，箱梁其實(shí)施工時(shí)間不到60 d，且搭設(shè)腳手架的體積達(dá)17萬m3，須一次性投入大量方木及竹膠板等材料，施工任務(wù)難度大。因此選擇較為經(jīng)濟(jì)和安全的施工方案是本工程現(xiàn)澆箱梁施工的重點(diǎn)。

3 施工方案的對(duì)比與選擇

目前，我國滿堂式模板支架絕大部分地區(qū)主要采用碗扣式鋼管腳手架、門式鋼管腳手架、扣件式鋼管腳手架等傳統(tǒng)腳手架，其中以碗扣式鋼管腳手架為現(xiàn)澆箱梁應(yīng)用比較廣泛。

碗扣式鋼管腳手架是采用定型鋼管桿件和碗扣接頭連接的承插式多立桿腳手架。碗扣式鋼管腳手架（以下簡(jiǎn)稱“碗扣架”）。根據(jù)上部荷載大小情況，橫桿通常選用 HG-30、HG-60、HG-90 和 HG-120。平面布置設(shè)計(jì)時(shí)，往往僅僅在斜腹板、中隔板和墩柱處進(jìn)行加密設(shè)計(jì)處理，并設(shè)置縱、橫向垂直鋼管大剪刀撐和水平層鋼管大剪刀撐。垂直高度利用可調(diào)底座、可調(diào)托座和0.3 m立桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。

目前新型承插型盤扣式鋼管支架應(yīng)用比較多，承插型盤扣式鋼管支架由立桿、水平桿、斜桿、可調(diào)底座及可調(diào)托座等構(gòu)配件構(gòu)成。立桿采用套管或連接棒承插連接，水平桿和斜桿采用桿端扣接頭卡入連接盤，用楔形插銷快速連接，形成結(jié)構(gòu)幾何不變體系的鋼管支架[1]。

根據(jù)現(xiàn)澆箱梁的結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)施工條件和工期要求，因此適合本項(xiàng)目施工方案均為碗扣式鋼管腳支架和承插型盤扣式鋼管支架。根據(jù)這兩種支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分別進(jìn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)受力情況的對(duì)比，進(jìn)行選擇適合本工程的施工方法。

3.1 安全性分析比較

根據(jù)碗扣式鋼管腳支架和承插型盤扣式鋼管支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行安全性分析，見表1支架安全性分析表。

表1 支架安全性分析表

在實(shí)際施工過程中，承插型盤扣式鋼管支架比碗扣式鋼管腳支架的安全性優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a）盤扣式支架在節(jié)點(diǎn)形式上為半剛性連接，其為了防止水平桿和斜桿的桿端扣接頭的插銷與連接盤在支架使用過程中滑脫，插銷設(shè)計(jì)為具有自鎖功能的楔形，同時(shí)插銷端頭設(shè)計(jì)有弧形彎鉤段確保插銷不會(huì)滑脫。在插銷未用榔頭擊緊的條件下，插銷的抗拔力達(dá)到0.5～1 kN，在一般榔頭擊緊2～3下的條件下，插銷的抗拔力達(dá)到2.5～5 kN，能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)扣接頭在使用過程中的防滑脫拔出要求。支架搭設(shè)完成后，直接可以目測(cè)檢查扣接頭插銷的插入狀況和擊緊程度。而碗扣式支架的碗扣接頭連接須等4個(gè)橫桿安裝后，再用榔頭擊緊的方式，不能直接檢查其擊緊程度，且存在漏擊緊的情況，留下安全隱患。

b）碗扣支架的穩(wěn)定性主要靠豎向和橫向剪刀撐，在設(shè)計(jì)時(shí)施工間距都符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，但是施工過程往往由于扣件用量不足，特別是與各立桿交點(diǎn)處扣件嚴(yán)重不足，這也給支架整體穩(wěn)定打了一個(gè)很大的折扣；而盤扣式支架專門設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化豎向斜桿，帶有自鎖式插銷，為支架的搭設(shè)保證了架體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

c）盤扣式支架采用熱鍍鋅浸鋅工藝，有效地防止了構(gòu)件在使用期內(nèi)因材料腐蝕而造成的承載力下降，確保產(chǎn)品性能的一致。而且架體外觀呈銀灰金屬色，色澤美觀統(tǒng)一，達(dá)到安全文明施工的要求；而碗扣支架目前市場(chǎng)的大多數(shù)為銹蝕的碗扣件，且按現(xiàn)行安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定承重主立桿壁厚為3.5 mm，然而市場(chǎng)上小部分僅有3.0 mm，更大部分僅有2.75 mm，基本上沒有3.5 mm，再加上內(nèi)外表面銹蝕，承載力大大減少。實(shí)際施工過程中，存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 方案的經(jīng)濟(jì)比較

主要是碗扣支架和盤扣式支架的取舍，對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。擬建造價(jià)費(fèi)用如表2。

表2 方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

從表2可見，盤扣式支架的方案低于傳統(tǒng)碗扣支架的費(fèi)用。盤扣支架的價(jià)格包括了支架的搭設(shè)和拆除及材料組織與運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工與安全管理等全部環(huán)節(jié)，由專業(yè)的施工隊(duì)伍進(jìn)行集中管理和施工，使工程中腳手架專項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)降至最低。其中，盤扣式支架用新型設(shè)計(jì)的工字型鋁梁代替了方木，大大減少了前期成本的投入同時(shí)也降低了施工成本。

3.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)比

a）碗扣型腳手架是帶齒碗扣接頭連接各種桿件，采用立桿（φ48×3.5）A3焊接鋼管作為主構(gòu)件，立桿和頂桿是在一定長度的鋼管上每隔0.6 m安裝一套碗扣接頭制成，碗扣分上碗和下碗。連接時(shí)，將橫桿接頭插入碗扣內(nèi)，將上碗扣沿限位銷扣起，形成框架結(jié)構(gòu)。

b）盤扣式支架立桿均使用Q345B低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，圓盤式節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，自鎖式插銷設(shè)計(jì)，比傳統(tǒng)腳手架所用的Q235普通碳鋼管材質(zhì)有大幅提升，特別使得立桿（φ60×3.2）的承載力得到大幅度提升（單桿極限荷載可達(dá)20 t）。盤扣節(jié)點(diǎn)構(gòu)成由焊接于立桿上的連接盤、水平桿桿端扣接頭和斜桿桿端扣接頭組成，特有的斜拉桿設(shè)計(jì)，形成穩(wěn)定的格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)。

表3 承插型盤扣式鋼管支架主要構(gòu)配件材質(zhì)

從兩種腳手架結(jié)構(gòu)對(duì)比，盤扣式支架相比碗扣式支架框架結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定的格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)，使得腳手架的整體穩(wěn)定性大大提升，且結(jié)構(gòu)計(jì)算模型簡(jiǎn)單，極大提高了設(shè)計(jì)方案的可靠性。其中采用鋁合金工字梁，強(qiáng)度高，彈性模量E=70 100 N/mm2,慣性矩I=6 035 000 mm4,截面尺寸為70×150 mm，重量輕，在U型槽內(nèi)鑲嵌有木條，便于釘模板，代替了方木，有效地提高了使用率，降低施工成本。

4 盤扣式支架的設(shè)計(jì)

根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙（岢嵐樞紐AK1+388.469匝道橋（第二部分）為例），其上部結(jié)構(gòu)跨徑組成為5×20+6×20 m單箱雙室鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，進(jìn)行盤扣式支架計(jì)算。

4.1 盤扣式支架設(shè)計(jì)

盤扣式支撐架搭設(shè)方式為滿堂紅，支撐架設(shè)計(jì)方式是從處理后的地面標(biāo)高處開始搭設(shè)，地基處理先采用10 cm混凝土，而后在混凝土上鋪設(shè)木跳板，架體支撐在木跳板上。往上直到箱梁梁下，上鋪雙根鋁合金工字梁作為梁的主龍骨，排列間距為1 200 mm、1 500 mm，次龍骨采用單根鋁合金工字梁作為次龍骨，排列間距腹板下采用，腹板下間距為100 mm，其他為200 mm。

架體布置：墩柱兩側(cè)2 m范圍內(nèi)設(shè)2排縱向間距1.2 m支架，其余部分縱向間距1.5 m。腹板下立桿間距采用1.2×1.5 m格構(gòu)柱，底、頂板下立桿間距采用1.5 m×1.2 m、1.5 m×1.5 m、1.5 m×1.2 m、1.8 m×1.5 m。格構(gòu)內(nèi)水平桿和豎向斜桿布置步距為1.5 m。連接格構(gòu)水平桿布置步距為3 m，按盤扣式支架設(shè)計(jì)圖紙實(shí)際搭設(shè)。詳見架體布置圖。

圖1 AK1+388.469（第二部分）現(xiàn)澆箱梁盤扣支架搭設(shè)平面圖

4.2 盤扣式支架受力分析

根據(jù)施工圖紙和箱梁特點(diǎn)，以箱梁最不利位置立桿出的中線梁高為1.6 m漸變梁邊高1.92 m，立桿承重混凝土斷面面積1.42 m2，橫向長度為1.2 m；縱向間距1.5 m，進(jìn)行支撐架體承載力驗(yàn)算。

圖2 箱梁橫斷面圖

4.2.1 箱梁荷載

4.2.1.1 荷載

a）鋼筋及混凝土自重取 26 kN/m3×1.42 m2×1.5 m=55.38 kN；

b）模板及主次龍骨取1.2 kN/m2×1.2 m×1.5 m=2.16 kN；

c）支撐架體自重取0.15 kN/m3×1.2 m×1.5 m×19.8 m（作用架體高度）=5.35 kN；

d）施工人員及設(shè)備荷載取3 kN/m2×1.2 m×1.5 m=5.4 kN；

e）振搗荷載為 2 kN/m2×1.2 m×1.5 m=3.6 kN.

4.2.1.2 荷載組合

恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。則 q1=a+b+c+d+e=71.89 kN，q2=1.2×（a+b+c）+1.4×(d+e)=88.07 kN[1].

4.2.2 箱梁穩(wěn)定性驗(yàn)算

按照《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ 231——2010），不組合風(fēng)荷載計(jì)算。

4.2.2.1 立桿的截面特性

A=571 mm2，i=20.10 mm，f=300 N/mm2，E=2.06×105N/mm2，L=1 500 mm。A為立桿截面面積；i為回轉(zhuǎn)半徑；f為立桿壓彎強(qiáng)度；E為立桿彈性模量；L為自由強(qiáng)度。

根據(jù)《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ 231—2010）中 5.3.2-1公式計(jì)算：

支架的單立桿計(jì)算長度（一般取最大值）

式中：l0為支架立桿計(jì)算長度；h’為支架立桿頂層水平步距，m，宜比最大步距減少一個(gè)盤扣的距離；k為懸臂計(jì)算長度折減系數(shù)，可取0.7；a為支架可調(diào)托座支撐點(diǎn)至頂層水平桿中心線的距離，m。

4.2.2.2 立桿穩(wěn)定性計(jì)算不組合風(fēng)荷載

式中：φ為軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)立桿長細(xì)比 λ=l0/i=1 800 mm/20.1 mm=90，按《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ 231—2010）中，附錄 D取值，φ=0.550。

故穩(wěn)定性滿足要求。從結(jié)果上看，盤扣式支架間距大，而且立桿承載能力好穩(wěn)定性較好[2]。

5 結(jié)語

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形和條件，在現(xiàn)澆箱梁施工過程中，充分展示出支架材料用量少，安裝和拆除工效高，不僅保證了施工安全、工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全，還大大提高了現(xiàn)場(chǎng)文明施工程度，提高了施工技術(shù)含量，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)盤扣式支架的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，節(jié)約施工成本，同時(shí)保證施工安全。由于工期短，盤扣式支架的施工方案施工成本較低，避免了碗扣式支架管理和施工各方面的問題。