現(xiàn)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(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

1 工程概況

某系桿拱橋項(xiàng)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(qū)）+0.38 m（護(hù)欄）+3 m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.566 m（隔離墩）+16 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.566 m（隔離墩）+3 m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.38 m（護(hù)欄）+2.304 m（索區(qū)）+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(qū)）+0.38 m（護(hù)欄）+3 m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.566 m（隔離墩）+16 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.566 m（隔離墩）+3 m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.38 m（護(hù)欄）+3.804 m（索區(qū)）+4 m（人行道）＝39.5 m。

圖1 橋型布置圖

下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)分3部分設(shè)計(jì)，中間機(jī)動(dòng)車道處橋臺(tái)臺(tái)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(chǔ)，樁長15 m。兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道、索區(qū)、人行道部分橋臺(tái)臺(tái)帽高2.5 m，寬6.4 m，下設(shè)雙排6根直徑1.5 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長28 m。

上部結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)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(cè)各設(shè)置2 m過渡段。

b）橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shí)橫梁預(yù)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(shè)支架的現(xiàn)場地形高程進(jìn)行測量，采集標(biāo)高數(shù)據(jù)；然后對橋梁處需要搭設(shè)支架及吊裝平臺(tái)[2]位置進(jìn)行放樣。

2.2 基礎(chǔ)處理

依據(jù)前期對地基的承載力檢測，橋址范圍內(nèi)地基承載力達(dá)不到支架受力要求，需要對地基進(jìn)行處理，處理后地基承載力達(dá)到要求方可搭設(shè)支架，具體處理方法如下：

a）首先依據(jù)測量放設(shè)的支架基礎(chǔ)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(shí)水潭水進(jìn)入基槽。

b）圍堰完成后排干基礎(chǔ)范圍內(nèi)的積水，再依照從基礎(chǔ)中間向兩側(cè)推進(jìn)的方式開挖換填回填土層，依據(jù)設(shè)計(jì)地勘資料換填深度為1.5 m，換填分層碾壓密實(shí)，要求地基承載力達(dá)到250 kPa。

c）基槽開挖后從兩側(cè)向中間推進(jìn)分層填筑片石，用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓密實(shí)，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(shí)，壓實(shí)度達(dá)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(cè)設(shè)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(shí)，壓實(shí)度要求達(dá)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(yǎng)護(hù)7 d以上。

e）二灰碎石養(yǎng)護(hù)合格后修整基礎(chǔ)邊坡，坡度均為1∶1.25，坡度修整達(dá)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(hù)坡，防止雨水沖刷邊坡，對基礎(chǔ)造成破壞，同時(shí)防止砂礫進(jìn)入水潭造成污染。

f）基礎(chǔ)處理合格后澆筑25 cm厚的C20混凝土，并在支架基礎(chǔ)兩側(cè)設(shè)置縱向排水溝。

2.3 支架搭設(shè)[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(shè)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(shè)底托調(diào)整支架水平，立桿頂端設(shè)頂托調(diào)整模板平整及坡度。立桿高度用可調(diào)底托和頂托來調(diào)節(jié)，搭設(shè)支架時(shí)應(yīng)保證可調(diào)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(shí)根據(jù)梁底的凈高合理搭配立桿和頂托，確保頂托在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。搭設(shè)支架必須注意支架的高度變化。保證幾何尺寸準(zhǔn)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(cè)面搭設(shè)剪刀撐加固，縱向剪刀撐每隔5 m設(shè)一道，橫向剪刀撐每隔5 m設(shè)置一道。剪刀撐設(shè)置成45°～60°左右角度交叉用十字扣鎖緊。鋼管宜用直扣進(jìn)行連接，在采用十字扣搭接時(shí)在搭接長度范圍必須設(shè)置兩道十字扣。支架在安裝完成后，應(yīng)對其平面位置、頂部高程、節(jié)點(diǎn)連接及縱橫向穩(wěn)定性進(jìn)行全面檢查，符合要求后方可進(jìn)行下一步工序。特別是縱橫向剪刀撐的檢查，其數(shù)量滿足要求后方可進(jìn)行模板的拼裝工作。

2.4 底模拼裝

底模、側(cè)模采用15 mm厚竹膠板，規(guī)格為1.22 m×2.44 m，底板及翼緣板位置，橫橋向鋪設(shè)1.22 m，縱橋向鋪設(shè)2.44 m，要求縱橫向拼縫均拉線對齊，做到美觀順直。同時(shí)模板拼縫貼好2 mm雙面膠條，并擠緊，做到拼縫平整、嚴(yán)密。模板的背面應(yīng)設(shè)置背肋和次肋作為其支承系統(tǒng)，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(cè)腹板應(yīng)加強(qiáng)模板外側(cè)的斜向支撐，同時(shí)要加強(qiáng)底部支架的橫向聯(lián)結(jié)和斜撐（剪刀撐）。

2.5 支架堆載預(yù)壓

為防止支架變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，模板變形導(dǎo)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(jìn)行堆載預(yù)壓試驗(yàn)，以消除非彈性變形。通過試驗(yàn)求出彈性變形，作為模板高程預(yù)留量的依據(jù)，并消除支架平面的不均勻變形。預(yù)壓荷載嚴(yán)格按規(guī)范要求，按混凝土和模板荷載和的1.1倍；設(shè)計(jì)預(yù)壓重為不小于1.2倍的結(jié)構(gòu)重。采取砂袋進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)，土（砂）袋堆碼應(yīng)整齊、緊密，在底模及側(cè)模安裝完畢后進(jìn)行。

圖2 支架預(yù)壓監(jiān)控點(diǎn)布置圖

3 施工過程安全評價(jià)

3.1 底模安全性評價(jià)[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(yàn)算模板強(qiáng)度采用小肋間距L=30 cm、截面計(jì)算寬度為b=100 cm的平面竹膠板，按三跨連續(xù)梁來計(jì)算彎矩。其截面特性為：

式中：b為計(jì)算寬度；h為計(jì)算厚度或高度；q為計(jì)算線荷載；I為慣性矩。

模板強(qiáng)度滿足要求。

模板剛度滿足要求。

3.2 分配梁安全性評價(jià)

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(jì)算寬度；h為計(jì)算厚度或高度；q為計(jì)算線荷載；I為慣性矩。

橫梁強(qiáng)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(jià)

立桿實(shí)際承受的荷載為：

式中：NG1K為支架結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力；NG2K為構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力；NQK為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(fù)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(qiáng)度滿足要求。

3.4 地基安全性評價(jià)

支架基礎(chǔ)原地面標(biāo)高以下150 cm回填土換填片石壓實(shí)，地基承載力達(dá)到250 kPa，上分層填筑1.5 m厚砂礫層壓實(shí)度達(dá)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(shí)度達(dá)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(yàn)算若繼續(xù)采用擴(kuò)散角法計(jì)算，則支架各鋼管下應(yīng)力通過擴(kuò)散后，會(huì)出現(xiàn)多重應(yīng)力疊加，計(jì)算偏離真實(shí)的地基承載力；故依《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》利用角點(diǎn)附加應(yīng)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(jì)算對應(yīng)中心位置的疊加角點(diǎn)附加應(yīng)力值，此處（立桿中心）的應(yīng)力附加值為σz，計(jì)算該附加應(yīng)力作用下，原土地基承載力即可。

式中：αc為應(yīng)力系數(shù)，中心角點(diǎn)位置處的附加應(yīng)力系數(shù)查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》表K內(nèi)插為0.262。

同理可驗(yàn)算回填片石層下原土地基承載力。

式中：αc為應(yīng)力系數(shù)，中心角點(diǎn)位置處的附加應(yīng)力系數(shù)查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》表K內(nèi)插為0.122。

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

4 結(jié)語

本文以某系桿拱橋?yàn)槔?，對該橋滿堂支架的施工方案進(jìn)行了介紹，同時(shí)對底模、分配梁、支架及支架基礎(chǔ)進(jìn)行了較全面的安全評價(jià)，分別進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析計(jì)算，通過強(qiáng)度、剛度分析明確了施工過程中構(gòu)件的最大應(yīng)力及變形，為支架的可靠性提供依據(jù)，可供類似工程借鑒。