淺析滿堂支架設(shè)計(jì)及支架施工控制措施

(合誠工程咨詢集團(tuán)股份有限公司 福建 廈門 361000)

淺析滿堂支架設(shè)計(jì)及支架施工控制措施

周智亮

(合誠工程咨詢集團(tuán)股份有限公司 福建 廈門 361000)

目前，使用比較廣泛的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)支撐架是碗扣式滿堂支架，尤其是在現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用，因其支架構(gòu)件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、運(yùn)輸便利等優(yōu)點(diǎn)。本文闡述了碗扣式滿堂支架設(shè)計(jì)中,支架的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和地基承載力的驗(yàn)算過程和要求,以及支架施工的控制措施。

滿堂支架；設(shè)計(jì)；控制措施

現(xiàn)澆箱梁施工中，支架作為梁體重要的承重支撐結(jié)構(gòu)，支架搭設(shè)質(zhì)量對(duì)現(xiàn)澆梁施工安全、質(zhì)量的影響起到直接、關(guān)鍵作用，所以在支架設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)項(xiàng)目施工需要進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)算,在保證施工安全、質(zhì)量的情況下,支架搭設(shè)不但必須符合相關(guān)施工技術(shù)、規(guī)范要求,還要具有一定的經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)結(jié)合連霍高速G30吐小項(xiàng)目吐魯番地區(qū)境內(nèi)一座跨線橋現(xiàn)澆箱梁的支架計(jì)算及施工為例,介紹一下實(shí)際施工中的應(yīng)用。該橋上部結(jié)構(gòu)采用四跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu),梁跨設(shè)計(jì)為20+30×2+20m,分左右幅布置。箱梁斷面尺寸頂寬為12m,底寬7.375m,高1.75m,為單箱雙室混凝土結(jié)構(gòu)。箱梁混凝土強(qiáng)度為C50,共848.8m3,箱梁使用普通鋼筋共重128.2t,預(yù)應(yīng)力鋼絞線重32.2t。

1 支架設(shè)計(jì)

該橋滿堂支架采用碗扣式鋼管架搭設(shè),支架鋼管采用外徑48mm、壁厚3.5mm的Q235鋼管。梁體跨中支架立桿縱、橫向步距按0.9×0.9m布置、橫桿層間距按1.2m布置,梁端變截面段支架立桿縱、橫向步距按0.6×0.9m布置、橫桿層間距按1.2m布置,支架平均高度7m。滿堂支架基礎(chǔ)為15cm厚C20混凝土,基礎(chǔ)以下為天然砂礫地基。

1.1支架承載力驗(yàn)算

1.1.1 荷載組合

經(jīng)分析和查閱《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》,計(jì)算支架上部荷載時(shí)主要考慮：模板、支承梁（楞）及碗扣支架自重；新澆筑混凝土、鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋自重；施工人員、設(shè)備荷載；振搗砼時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)荷載等。

1.1.2 荷載計(jì)算

取箱梁跨中標(biāo)準(zhǔn)截段為例進(jìn)行支架的相關(guān)計(jì)算和驗(yàn)算，各參數(shù)計(jì)算如下：

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙截面尺寸將頂板(翼緣板另考慮)、腹板和底板混凝土折算成有效底板混凝土板厚為0.54m(按最不利荷載情況考慮)，鋼筋砼容重按25KN/m3(由建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范查得)

①鋼筋砼梁體自重：Q1=25×0.54=13.5KPa

②模板、支承梁（楞）及碗扣支架自重按梁體混凝土自重的5%計(jì),則:

③施工人員、設(shè)備荷載：Q3=2.0KPa（由路橋施工計(jì)算手冊(cè)查得）

④振搗砼時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)荷載：Q4=2.0KPa（由路橋施工計(jì)算手冊(cè)查得）

1.1.2 支架強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算

單根立桿的堅(jiān)向受力為其所支撐底面積內(nèi)的單元體荷載，標(biāo)準(zhǔn)段立桿縱橫歩距均為0.9m，立桿豎向受力符合單肢立桿軸向力特點(diǎn)，按照《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》荷載效應(yīng)組合公式進(jìn)行計(jì)算(不考慮風(fēng)荷載等影響)：

式中：Lx、Ly—單肢立桿縱向及橫向間距（m）

1.1.2.1 立桿受力計(jì)算

單根立桿的豎向受力計(jì)算：

1.1.2.2 承載力檢算

碗扣式腳手管截面積A=489mm2、鋼管容許應(yīng)力[σ]＝210Mpa（由路橋施工計(jì)算手冊(cè)查得），則立桿所受應(yīng)力：

σ=18.31×1000/489=37.4Mpa＜[σ]＝210Mpa,說明立桿承載力滿足要求。

1.1.2.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算

碗扣式支架立桿受橫桿與縱桿的約束,在受力分析時(shí),立桿與橫桿、縱桿的鏈接按兩端鉸接考慮。在立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí),考慮支架層高為1.2m,取1.2m作為立桿受力長度計(jì)算長細(xì)比λ。立桿回轉(zhuǎn)半徑i=15.78mm（由路橋施工計(jì)算手冊(cè)查得）：

長細(xì)比λ＝μ×h/i＝1.0×1200/15.78＝76.05，由此可查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》附錄C，可知立桿穩(wěn)定系數(shù)φ＝0.74375。

所以，立桿軸向荷載[N]=φ A [σ]=0.74375×489×210

=76KN>N=18.3KN，說明支架穩(wěn)定性滿足要求。

1.1.3 地基承載力驗(yàn)算

支架底托尺寸為10×10cm，則單根立桿通過底托向下傳遞到混凝土表面的壓力面積為0.1×0.1=0.01m2，厚15cm的C20混凝土抗壓強(qiáng)度[fc]至少在20Mpa以上，則混凝土局部抗壓強(qiáng)度為：

P＝N/A=18.31/0.01=1.831Mpa＜[fc]=20Mpa(經(jīng)驗(yàn)算滿足要求)

C20混凝土容重為24KN/m3,其擴(kuò)散角取45°;經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),清表后壓實(shí)度達(dá)95%的天然砂礫地基承載力在250kPa以上。C20混凝土墊層底對(duì)天然砂礫地基的壓力為:

天然砂礫地基安全系數(shù)為250/118=2.1，說明天然砂礫地基承載力安全系數(shù)較大，滿足施工要求。

2 支架地基加固處理

在滿堂支架搭設(shè)之前,為確保地基基礎(chǔ)滿足施工要求,需對(duì)天然地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理,以消除或減少地基基礎(chǔ)沉降對(duì)支架的影響。

首先,清除地基原地面表層松散砂礫土,并用天然砂礫進(jìn)行整平處理,按原地面線分臺(tái)階設(shè)置,壓實(shí)度不小于95%。用C20混凝土作為支架基礎(chǔ)墊層,澆筑15cm厚。吐魯番地區(qū)氣候炎熱干燥,年平均降雨量僅27mm,蒸發(fā)量達(dá)2700多mm,因此不考慮雨水影響,基礎(chǔ)表面不設(shè)置排水橫坡,但上游天山地區(qū)時(shí)常降雨,汛期會(huì)形成地表漫流,為防止地基被水浸泡,在支架上游和周邊開挖排水溝進(jìn)行導(dǎo)流,排水溝距支架基礎(chǔ)1m以外。

3 支架搭設(shè)

3.1 在搭設(shè)之前,必須按照《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》的要求對(duì)進(jìn)場(chǎng)的碗扣架構(gòu)配件進(jìn)行檢查和驗(yàn)收,經(jīng)驗(yàn)收檢查不合格的桿件應(yīng)禁止使用。

3.2 支架搭設(shè)施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行:

(1)用白灰按搭設(shè)方案確定的立桿歩距畫出縱橫定位線,確定立桿底托布設(shè)位置。

(2)滿堂支架搭設(shè)順序:應(yīng)按照從一端開始向另一端延伸、從中間向兩側(cè)擴(kuò)展的的順序進(jìn)行搭設(shè),按照立桿布設(shè)位置依次豎起立桿、安裝縱橫水平桿插緊碗扣插銷,確保碗扣不松動(dòng)。

(3)底層縱橫水平桿安裝完成后,應(yīng)及時(shí)調(diào)整同水平面基礎(chǔ)上立桿底托螺帽使縱橫水平桿處于同一平面內(nèi)。

(4)當(dāng)立桿縱橫水平桿安裝好后,應(yīng)及時(shí)調(diào)整立桿垂直度,保證立桿縱、橫向成排,豎向豎直,待下層支架調(diào)整好后,再安裝上層支架。

4 加載預(yù)壓

4.1預(yù)拱度設(shè)置

按模板設(shè)計(jì)方案安裝底模和縱橫向支撐梁,根據(jù)施工方案預(yù)拱度計(jì)算值設(shè)置模板初步預(yù)拱度,預(yù)拱度包括結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的預(yù)拱度和支架、地基的彈性、非彈性變形產(chǎn)的預(yù)拱度兩部分。結(jié)構(gòu)本身的預(yù)拱度為設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑臄?shù)值,施工需要的預(yù)拱度要根據(jù)計(jì)算的支架彈性壓縮值和經(jīng)驗(yàn)預(yù)估非彈性壓縮值及地基沉降量得出。實(shí)際設(shè)置預(yù)拱度時(shí)應(yīng)比計(jì)算值要稍偏大點(diǎn),將極大降低卸載后預(yù)拱度調(diào)整的工作量和難度,最終預(yù)拱度設(shè)置值要根據(jù)卸載后預(yù)壓沉降監(jiān)測(cè)成果報(bào)告進(jìn)行調(diào)整,確定最終支架模板頂面標(biāo)高。

4.2加載

4.2.1加載荷載計(jì)算

根據(jù)《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》5.1.5條規(guī)定:支架預(yù)壓荷載不應(yīng)小于支架承受的混凝土結(jié)構(gòu)恒載與模板、支架自重之和的1.1倍。因此，該橋支架預(yù)壓荷載按梁體自重與模板、支架等重量之和的1.1倍考慮,該跨箱梁自重685t,模板、支承梁(楞)及碗扣支架自重按梁體自重的5%計(jì)算,則預(yù)壓荷載為788t。支架預(yù)壓采用砂袋預(yù)壓,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)稱量天然砂礫石容重為1.6t/m3,單個(gè)預(yù)壓砂袋重約1.8t,抽樣稱重不少于總砂袋數(shù)的20%。預(yù)壓荷載按照結(jié)構(gòu)荷載和施工荷載工況進(jìn)行分部,經(jīng)計(jì)算,支架箱室底板預(yù)壓荷載折合砂袋高1.88m、共368袋,翼緣板底板預(yù)壓荷載折合砂袋高0.66m、共70袋。

4.2.2 加載順序

加載時(shí),按照縱向從跨中向兩端,橫向從梁中心線向兩側(cè),先底板、后翼緣板,左右對(duì)稱、分層均衡加載的原則進(jìn)行,防止偏心受壓。按三階段加載重量分別計(jì)算各階段需加載沙袋數(shù)量,第一階段需加載262袋,第二、三階段分別加載88袋，加載總袋數(shù)為368袋。實(shí)際加載時(shí),翼緣板單個(gè)加載沙袋重量控制在1t左右,能有效使荷載較均勻分部。

加載部位加載階段段 第一階段 第二階段 第三階段底板(1.8t) 220 60 88兩側(cè)翼緣板(1t) 76 50

4.2.3 加載速率控制

加載過程分三個(gè)階段進(jìn)行中,每階段分別加載預(yù)壓總荷載的60%、20%、20%,在第三階段加載結(jié)束達(dá)到總預(yù)壓荷載重量。每階段加載完成后,應(yīng)暫停止下一階段的加載,而要每間隔12h對(duì)支架沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)各測(cè)點(diǎn)12h的沉降速率小于2mm/h時(shí),才可進(jìn)入下一階段的加載。從第二階段加載開始,應(yīng)降緩加載速率,在第三階段應(yīng)嚴(yán)格控制加載速度,避免加載過快造成支架局部均勻沉降過大。

4.3測(cè)點(diǎn)布置及堆載監(jiān)測(cè)

4.3.1 觀測(cè)點(diǎn)布置

沉降觀測(cè)點(diǎn)布置在底板按縱向每隔1/8跨徑布置一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，以底板中心線左右對(duì)稱布置。同時(shí)，支架沉降觀測(cè)點(diǎn)在支架頂部和支架基礎(chǔ)相對(duì)應(yīng)的位置上下分別布置。

4.3.2 預(yù)壓期監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

在每階段加載開始前,均應(yīng)觀測(cè)并記錄斷面底模各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高和支架基礎(chǔ)各測(cè)點(diǎn)加載前的標(biāo)高,第三階段加載完成后預(yù)壓觀測(cè)期不少于3天,第一天每12h觀測(cè)一次,以后每天每24h觀測(cè)一次,并繪制時(shí)間—沉降曲線,及時(shí)分析總結(jié)沉降變化情況。

《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》5.1.5條規(guī)定滿堂支架預(yù)壓合格標(biāo)準(zhǔn)為:支架各測(cè)點(diǎn)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到連續(xù)24h沉降量平均值小于1mm或連續(xù)三天沉降量平均值小于5mm時(shí),就可以進(jìn)行卸載。卸載6h后,要再次復(fù)測(cè)各斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高,并對(duì)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,計(jì)算支架和地基的彈性變形量、支架和地基的非彈性變形量,形成各監(jiān)測(cè)斷面預(yù)壓成果報(bào)告并調(diào)整預(yù)拱度設(shè)置值。支架模板的最終標(biāo)高要根據(jù)調(diào)整后的預(yù)拱度值,通過支架頂部的可調(diào)頂托進(jìn)行調(diào)整。

5 控制措施

5.1地基加固質(zhì)量控制措施

⑴清除表層松散砂礫土壓實(shí)后,采用天然砂礫石處理時(shí)應(yīng)整平、壓實(shí)保證混凝土墊層澆筑厚度不小于15cm。

⑵應(yīng)根據(jù)地形坡度分段開挖臺(tái)階整平,碾壓密實(shí)。

⑶在進(jìn)行混凝土墊層施工時(shí),要保證墊層平整度和厚度符合要求,墊層養(yǎng)生3天后可進(jìn)行支架搭設(shè),但要持續(xù)養(yǎng)生至7天時(shí)間,確保墊層砼的強(qiáng)度滿足要求。

⑷當(dāng)墊層局部不平整時(shí),應(yīng)對(duì)設(shè)置的混凝土墊塊用高強(qiáng)度砂漿進(jìn)行座槳處理,確保墊塊能均勻分散和傳遞立桿壓力。

5.2支架搭設(shè)施工控制措施

⑴嚴(yán)格檢查驗(yàn)收進(jìn)場(chǎng)的碗扣式鋼管外觀質(zhì)量,碗扣和桿件不得有裂紋、凹陷、銹蝕，鋼管厚度應(yīng)符合要求，配件齊全、有效。

⑵支架搭設(shè)時(shí),掃地桿距地面高度應(yīng)控制在25cm以內(nèi),并按《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》要求設(shè)置架體四周和中間的縱橫向豎向剪刀撐。

⑶斜桿跨度宜為六跨,并與立桿扣接牢固,斜桿不能交叉疊加設(shè)置,應(yīng)分別設(shè)置在立桿的兩側(cè)。

⑷支架安裝過程中應(yīng)及時(shí)復(fù)核立桿垂直度,及時(shí)調(diào)整，使立桿在全高范圍內(nèi)的垂直度偏差復(fù)核技術(shù)規(guī)范要求。

⑸應(yīng)制定支架檢查表，定期檢查支架搭設(shè)質(zhì)量或分段檢查驗(yàn)收，及時(shí)對(duì)存在問題進(jìn)行整改。

5.3支架預(yù)壓控制措施

⑴沉降觀測(cè)儀器應(yīng)為高精度水準(zhǔn)觀測(cè)儀,安排測(cè)量人員專職負(fù)責(zé),始終使用同一臺(tái)測(cè)量儀器,防止、減小出現(xiàn)的人為和儀器誤差。

⑵做好水準(zhǔn)點(diǎn)位的保護(hù),觀測(cè)期內(nèi)至少復(fù)核水準(zhǔn)點(diǎn)一次。

⑶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際沉降觀測(cè)結(jié)果,繪制支架、地基的彈性和塑性變形曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,如曲線出現(xiàn)突變點(diǎn),說明存在異常數(shù)據(jù),應(yīng)予以重視,要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況分析原因,不得擅自修改數(shù)據(jù)作假。

⑷觀測(cè)期內(nèi),應(yīng)安排專人檢查地基、支架變形情況,并做好現(xiàn)場(chǎng)檢查記錄。

⑸在加載和觀測(cè)過程中如出現(xiàn)觀測(cè)沉降量數(shù)據(jù)過大,現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)墊層凹陷或裂紋,支架出現(xiàn)明顯變形等現(xiàn)象,應(yīng)立即停止堆載并卸載,并查明原因后再采取補(bǔ)救措施。

[1]中華人民共和國交通部標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011

[2]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ166-2008

[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》JGJ/T194-2009

[4]周水興、何兆益、鄒毅松等編著，路橋施工計(jì)算手冊(cè)，人民交通出版社

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1007-6344（2017）06-0037-02