淺議盤(pán)扣式支架在高速公路現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用

羅 文 廣， 張 元 兵， 陳 亮， 劉 瀟 瑜

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

近年來(lái)，越來(lái)越多的高速公路正在建設(shè)中。然而，在其建設(shè)過(guò)程中，由于支架坍塌造成重大人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失的事故屢有發(fā)生。因此，現(xiàn)澆箱梁滿(mǎn)堂支架施工的安全問(wèn)題應(yīng)該引起高度的重視。筆者所參與施工的某公路項(xiàng)目高度40 m以下的現(xiàn)澆箱梁全部采用盤(pán)扣式支架現(xiàn)澆施工，筆者從盤(pán)扣式支架施工的基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)、受力驗(yàn)算、預(yù)壓等方面分析了盤(pán)扣式支架在山區(qū)高速公路建設(shè)中的安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性，可為類(lèi)似工程施工提供借鑒。

2 盤(pán)扣式支架搭設(shè)的參數(shù)及其具有的優(yōu)點(diǎn)

2.1 盤(pán)扣式支架參數(shù)

某公司生產(chǎn)的M60型承插型盤(pán)扣式支架由立桿、橫桿、斜拉桿、可調(diào)底座、標(biāo)準(zhǔn)底座、豎向斜桿、U形可調(diào)頂托等系列產(chǎn)品組成。焊接在橫桿上的插頭與焊接在立桿上的圓盤(pán)通過(guò)有斜度的楔型銷(xiāo)將橫桿與立桿緊密連接，銷(xiāo)板采用銷(xiāo)釘固定限位，其連接方式見(jiàn)圖1。

盤(pán)扣式支架立桿采用φ60×3.25 mm的普通鍍鋅鋼管，材質(zhì)為Q345B鋼，橫桿采用φ48×2.75 mm的普通鋼管，材質(zhì)為Q345B鋼，斜桿采用φ48×2.5 mm的普通鋼管，材質(zhì)為Q345B鋼。水平剪刀采用φ48、壁厚3.5 mm的普通鍍鋅鋼管(扣件式)。井子架采用φ48、壁厚3.5 mm的普通鍍鋅鋼管(扣件式)。

2.2 盤(pán)扣式支架具有的優(yōu)點(diǎn)

(1)承載力。

碗扣式與扣件式支架的立桿、橫桿、斜桿規(guī)格均為φ48×3 mm的普通鍍鋅鋼管，材質(zhì)為Q235B鋼，而盤(pán)扣式支架的主要承重構(gòu)件為φ60×3.25 mm的普通鍍鋅鋼管，材質(zhì)為Q345B鋼，其單根承載力為碗扣式支架立桿的兩倍，承載能力明顯增強(qiáng)。

圖1 盤(pán)扣式支架連接方式示意圖

(2)安全性及穩(wěn)定性。

盤(pán)扣式支架采用自鎖式連接盤(pán)和銷(xiāo)子，銷(xiāo)子插接后靠自重即可鎖緊，且其橫向和豎向斜桿使每個(gè)單元均為固定的三角形格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，架體受到橫向和縱向的力之后均不會(huì)發(fā)生變形，且盤(pán)扣支架是一個(gè)完整的體系，每個(gè)單元均為格構(gòu)式，安全性高。

(3)使用壽命長(zhǎng)。

盤(pán)扣式支架采用統(tǒng)一的熱鍍鋅表面處理方式(即徹底刷漆和噴漆的表面處理)，這種不掉漆、不生銹的表面處理方式不僅減少了高額的人工保養(yǎng)成本，而且外觀精致，鍍鋅的表面處理方法亦延長(zhǎng)了鋼管壽命15～20 a。

(4)材料用量少。

在傳統(tǒng)的橋梁支撐施工中，大部分碗扣支架的間距均在1.2 m以下，甚至達(dá)到0.6 m和0.9 m，材料使用量大；而盤(pán)扣式支架立桿采用Q345b低合金結(jié)構(gòu)鋼，提高了承載力，立桿的間距為1.5 m、1.8 m，橫桿的步距為1.5 m，最大間距可以達(dá)到3 m，步距達(dá)到2 m。故在相同支撐體積下的用量會(huì)比傳統(tǒng)產(chǎn)品減少1/2, 重量會(huì)減少1/2～1/3 ，極大地減少了材料的使用量。

(5)綜合效益。

碗扣式支架、盤(pán)扣式支架的施工費(fèi)用組成主要為：運(yùn)費(fèi)、搭設(shè)費(fèi)及租賃費(fèi)。

①運(yùn) 費(fèi)。

與碗扣式支架相比，盤(pán)扣式支架每m3搭設(shè)的用量為14.6 kg，而碗扣式支架每m3搭設(shè)的用量為25 kg，施工中盤(pán)扣式支架的用量只有碗扣式支架的58.4%，運(yùn)費(fèi)較低。

②搭設(shè)費(fèi)。

盤(pán)扣式支架用量小，搭拆快捷，施工效率是碗扣式支架的4～5倍，機(jī)械費(fèi)、人工費(fèi)較為節(jié)省。

③租賃費(fèi)用。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，按照每聯(lián)現(xiàn)澆箱梁支架租賃期在85 d內(nèi)完成的盤(pán)扣式支架為1 917元/t，碗扣式支架為1 120元/t。該工程箱梁澆筑周期大約為1.5 a，盤(pán)扣式支架的租賃費(fèi)用基本與碗扣式支架相差不大。不同型號(hào)支架性能比較情況見(jiàn)表1。

表1 不同型號(hào)支架性能比較表

綜上所述，盤(pán)扣式支架承載力強(qiáng)，穩(wěn)定性與安全性高，壽命周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益好，可廣泛應(yīng)用于各種工程。

3 實(shí)際工程應(yīng)用

3.1 工程概況

重慶江習(xí)高速四面山互通為樞紐式互通，位于江津區(qū)四面山景區(qū)東北約6 km處，采用迂回式方案。互通主線(xiàn)范圍為K50+700～K52+135，總長(zhǎng)1 435 m，其中含A～D四條橋總長(zhǎng)3 244.538 m?；ネㄔ训涝O(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋7座，長(zhǎng)1 681.5 m，其中最大現(xiàn)澆箱梁支架高度超過(guò)40 m?；ネ▍^(qū)構(gòu)造屬中低山地地貌區(qū)，位于一單面斜坡地形，整個(gè)斜坡坡向?yàn)?5°～60°，梁立體交叉施工及支架搭設(shè)施工難度大。

3.2 施工工序

施工工序見(jiàn)圖2。

3.3 基礎(chǔ)處理

不同于平原高速公路建設(shè)，山區(qū)高速公路多穿越崇山峻嶺，橋位區(qū)多為陡坡地形，支架搭設(shè)時(shí)需進(jìn)行基礎(chǔ)整平處理。為減少開(kāi)挖量，對(duì)于坡度大于45°的地形設(shè)置臺(tái)階，臺(tái)階高度及跨度按照立桿間距1.5 m的倍數(shù)設(shè)置?；A(chǔ)整平后，利用18 t壓路機(jī)碾壓，對(duì)壓路機(jī)不能碾壓到的部位采用蛙式打夯機(jī)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)并檢測(cè)地基承載力，并保證承載力不小于0.25 MPa，最后采用20 cm厚C20混凝土硬化。

圖2 盤(pán)扣式支架搭設(shè)施工工序圖

3.4 支架搭設(shè)

四面山互通C匝道2號(hào)橋箱梁為單箱多室截面，箱梁等高，梁高1.8 m,懸臂長(zhǎng)1.75 m；箱梁頂板厚度為25 cm，底板厚22 cm，邊腹板厚50 cm，中腹板厚50 cm，腹板在支點(diǎn)附近增大為90 cm。箱梁端橫梁厚1.5 m，中橫梁厚2 m，橋面凈寬10.5 m。

箱梁底板位置橫向采用間距1.2 m(用于橫橋向?qū)嶓w位置)和1.5 m(用于橫橋向翼板位置)，縱向間距采用1.5 m，高度方向步距1.5 m。架體頂托上方鋪設(shè)主龍骨，主龍骨采用14號(hào)工字鋼，次龍骨采用100 mm×100 mm方木，上鋪15 mm厚的竹膠合板?？v橫向分別設(shè)置剪刀撐，沿線(xiàn)路方向每隔6 m在橫截面上設(shè)置一道，剪刀撐與地面的夾角為45°。鋼管上下均采用可調(diào)節(jié)支撐，所有支架均依據(jù)搭設(shè)高度每隔6 m設(shè)置水平剪刀撐。支架橫斷面見(jiàn)圖3。

3.5 結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

考慮結(jié)構(gòu)自重、模板自重、混凝土荷載、施工荷載后的箱梁斷面尺寸見(jiàn)圖4。通過(guò)模型簡(jiǎn)化，對(duì)四面山互通C匝道2號(hào)橋箱梁各部位支架進(jìn)行了承載力、抗彎強(qiáng)度及地基承載力等方面的驗(yàn)算。

(1)支架的主要計(jì)算參數(shù)。

計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2與表3。

表2 架體各配件力學(xué)性能表

表3 設(shè)計(jì)荷載集合及荷載組合取值表

(2)支架受力驗(yàn)算。

利用Midas 2015結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立三維空間模型進(jìn)行分析計(jì)算，按空間整體結(jié)構(gòu)建模，包括頂層支撐模板層(其中包括木板、方木)和滿(mǎn)堂支架，其中將受壓面為0.04 m厚的鋼面板作為加載單元，其自重相當(dāng)于模板自重2 kN/m2，其余均采用梁?jiǎn)卧Ｐ睏U較密集，考慮到斜撐的作用，未考慮剪刀撐的作用。

坐標(biāo)軸按照右手規(guī)則確定。由分區(qū)壓力面荷載模擬箱梁自重，支架、工字鋼、木枋、角鋼、鋼管等采用梁?jiǎn)卧M，模板采用板單元模擬，立桿底部約束6個(gè)方向的自由度?？紤]到節(jié)點(diǎn)間變形的協(xié)調(diào)性，立桿頂部與工字鋼分配梁、工字鋼分配梁與縱向木方均采用彈性連接方式。為防止發(fā)生位移，對(duì)上部模板支撐層釋放Z方向的位移約束，對(duì)其他5個(gè)自由度進(jìn)行約束處理，對(duì)底部節(jié)點(diǎn)約束6個(gè)自由度。支架受力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表4～7。

3.6 支架預(yù)壓

圖3 支架橫斷面圖(單位:m)

表4 箱梁翼緣板位置受力驗(yàn)算表

表5 箱梁底板位置受力驗(yàn)算表

表6 箱梁實(shí)體位置受力驗(yàn)算表

表7 地基計(jì)算承載力驗(yàn)算表

圖4 箱梁荷載分配斷面圖

為進(jìn)一步保證施工安全、檢驗(yàn)支架的安全性和施工沉降數(shù)據(jù)，消除地基和支架的非彈性變形，為支架的合理起拱提供依據(jù)，對(duì)盤(pán)扣式支架采用1.1的荷載系數(shù)進(jìn)行了單跨預(yù)壓和一聯(lián)預(yù)壓處理。預(yù)壓分三級(jí)加載, 單跨箱梁預(yù)壓重量見(jiàn)表8，一聯(lián)箱梁預(yù)壓重力分配情況見(jiàn)表9。

表8 單跨箱梁預(yù)壓重量表 /t

表9 一聯(lián)箱梁預(yù)壓重力分配表 /t

預(yù)壓結(jié)果表明：通過(guò)支架預(yù)壓前的沉降觀測(cè)，隨后按照加載順序分別對(duì)預(yù)壓60%、80%、100%、110%的重量進(jìn)行沉降觀測(cè)記錄，全部加載完成后的觀測(cè)結(jié)果顯示：最初24 h各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均沉降為0.8 mm，最初72 h各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均沉降為3 mm，小于規(guī)范要求的5 mm，說(shuō)明支架安全有保證，搭建結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.7 結(jié)果分析

以上5個(gè)表格中的驗(yàn)算結(jié)果表明：盤(pán)扣式腳手架采用的立桿、膠合板、支架強(qiáng)度、14#工字鋼、整體穩(wěn)定性及基礎(chǔ)承載力完全滿(mǎn)足要求。根據(jù)預(yù)壓檢驗(yàn)驗(yàn)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知：所采取的基礎(chǔ)處理方式及支架搭設(shè)方案完全滿(mǎn)足承載力及穩(wěn)定性要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)上述分析，筆者得出以下結(jié)論：

(1)盤(pán)扣式支架采用Q345B低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，比傳統(tǒng)支架所用的Q235普通鋼管材質(zhì)有大幅度的提升，承載能力高。

(2)盤(pán)扣式支架采用斜拉桿設(shè)計(jì)，形成了穩(wěn)定的格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了支架的整體穩(wěn)定性。

(3)盤(pán)扣式支架采用熱鍍鋅工藝，有效防止了構(gòu)件在施工過(guò)程中因材料腐蝕造成的立桿承載力下降問(wèn)題，保證了施工安全。

盤(pán)扣式支架在現(xiàn)澆箱梁施工中，其施工安全性高，施工速度快，施工工藝簡(jiǎn)單，可以在工程中廣泛使用。該項(xiàng)目盤(pán)扣式支架搭設(shè)方量高達(dá)60多萬(wàn)m3，現(xiàn)澆箱梁全部澆筑完成，支架施工安全可靠，箱梁澆筑高程得到了精確控制，誤差小。