淺談盤(pán)扣式支架在現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用

■黃森勇

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，福州 350001)

1 工程概況

興田鋪分離式大橋橋位區(qū)屬于山前沖洪積U型寬谷地貌，地形坡度約0～5°，橋頭橋臺(tái)位于山坡坡腳，橋尾橋臺(tái)位于山坡上，地形坡度約10～15°，橋梁橫跨省道，與省道呈 30°。 全橋共五聯(lián)：采用[4×30+(3×30+21)+(21+35+30)+(30+50+30)+4×30]m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋長(zhǎng)554m。下部結(jié)構(gòu)0號(hào)橋臺(tái)采用肋板式臺(tái)，18號(hào)橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，橋墩采用柱式花瓶墩配樁基。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆等高箱梁。箱梁梁高1.8m，單箱三箱室，梁頂寬14.75m，梁底寬 9.75m，兩側(cè)翼緣板長(zhǎng)度為 2.0m，采用斜腹板形式，頂板厚 25～60cm，底板厚 25～60cm，腹板厚45～145cm，箱梁頂?shù)装迤叫?，橋面橫坡通過(guò)箱梁整體旋轉(zhuǎn)形成，下部花瓶墩墩頂水平，通過(guò)調(diào)節(jié)墊石厚度實(shí)現(xiàn)上下部之間的坡度實(shí)現(xiàn)。該橋箱梁斷面尺寸圖如圖1～2所示：

圖1 梁體端部斷面

圖2 梁體跨中斷面

2 承插型盤(pán)扣式支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 材料特點(diǎn)

興田鋪分離式大橋采用滿堂支架法施工，支架采用A型承插型盤(pán)扣式鋼管，可調(diào)底座采用A-XT型，尺寸為Φ48mm×6.5mm，材質(zhì)為Q235B；立桿采用A-LG型，尺寸為Φ60mm×3.2mm，材質(zhì)為Q345A；水平桿采用A-SG型，尺寸為Φ48mm×2.5mm，材質(zhì)為Q235B；豎向斜桿采用AXG型，尺寸為Φ48mm×2.5mm，材質(zhì)為 Q195；水平斜桿采用 A-SXG型，尺寸為 Φ48mm×2.5mm，材質(zhì)為 Q235B；可調(diào)托座采用A-ST型，尺寸為Φ48mm×6.5mm，材質(zhì)為Q235B。盤(pán)扣式支架材料屬于低碳合金鋼，其強(qiáng)度是傳統(tǒng)腳手架普碳鋼管的1.5～2倍，采用熱鍍鋅防腐工藝，提高了產(chǎn)品的使用壽命和安全性，保持良好的力學(xué)性能。

2.2 結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

承插型盤(pán)扣式支架立桿設(shè)置有0.5m模數(shù)的連接圓盤(pán)，為了保證橫桿和斜桿同圓盤(pán)的連接效果，連接端設(shè)帶有弧形彎鉤且具自鎖功能的楔形插銷(xiāo)。根據(jù)廠家提供的檢測(cè)檢驗(yàn)報(bào)告，Φ60mm×3.2mm的盤(pán)扣支架單根立桿的最大承載力為20t，而Φ48mm×3.2mm碗口式支架單根立桿的最大承載力為4t。從結(jié)構(gòu)受力來(lái)看，盤(pán)扣式支架荷載主要通過(guò)立桿的軸向傳力，在圓盤(pán)處橫桿、斜桿受力軸線交匯形成具有較強(qiáng)軸向抗剪力的節(jié)點(diǎn)，由此形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的三角空間，與碗扣式支架相比，其結(jié)構(gòu)受力更加穩(wěn)定，具有更高的支撐承載力。

3 承插型盤(pán)扣式支架現(xiàn)澆施工工藝

3.1 地基處理及基礎(chǔ)施工

根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)，興田鋪分離式大橋位置處地表層主要為素填土，支架基礎(chǔ)清表后持力層0.5m深度范圍內(nèi)進(jìn)行換填碾壓，承載力須滿足設(shè)計(jì)要求的150kPa。換填可采用顆粒級(jí)配較為良好的石渣進(jìn)行，換填厚度依據(jù)橋位地址斷面圖進(jìn)行，換填厚度≥0.5m，頂面采用30cm厚C20混凝土進(jìn)行封層，并于兩側(cè)設(shè)置縱向排水溝，隨時(shí)排走地面積水，防止地基浸泡失穩(wěn)破壞。根據(jù)箱梁的結(jié)構(gòu)尺寸和盤(pán)扣式滿堂支架的構(gòu)造要求，地基處理寬度為橋?qū)捦鶅蓚?cè)各延伸1m。換填石渣利用機(jī)械碾壓，分層壓實(shí)厚度不大于30cm，壓實(shí)度不小于96%；對(duì)于承臺(tái)基坑回填位置，須采用開(kāi)挖臺(tái)階分層回填夯實(shí)，臺(tái)階高度為50cm，寬度為50cm，避免支架地基不均勻沉降。處理后的地基承載力必須滿足施工要求，不得有不均勻沉降，更不能有積水現(xiàn)象，并按要求對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)校核 (不小于設(shè)計(jì)要求的160kPa)，檢測(cè)合格后進(jìn)行澆筑30cm厚C20砼，混凝土頂面由中心向兩側(cè)設(shè)置0.5%橫坡，兩側(cè)排水溝采用砂漿抹面，確保排水順暢，防止因積水導(dǎo)致地基軟化引發(fā)支架失穩(wěn)產(chǎn)生的安全隱患和事故。

3.2 承插型盤(pán)扣式支架搭設(shè)施工

3.2.1 支架搭設(shè)流程

支架立桿的搭設(shè)應(yīng)先按支架平面圖放樣確定位置準(zhǔn)確擺放墊木、可調(diào)底座，再搭設(shè)立桿、水平桿、斜桿，組成節(jié)點(diǎn)單元，以此擴(kuò)展搭設(shè)形成整個(gè)支架體系。支架縱橋向按150cm間距布置，墩頂加厚區(qū)為120cm。支架橫橋向布置間距腹板處采用90cm，箱式及翼緣板處均采用120cm。對(duì)于肋板式橋臺(tái)腹板處采用60cm和90cm兩種橫向布置間距，箱室及翼緣板處采用120cm和150cm兩種橫向布置間距。全橋支架步距均按100cm設(shè)置，部分調(diào)整步距按50cm考慮，架體整體底層以及頂層均設(shè)置水平剪刀撐，墩、臺(tái)周邊排架應(yīng)與墩臺(tái)身形成抱箍式連接，豎向間距不宜超過(guò)兩步距，支架標(biāo)高微調(diào)可通過(guò)頂托絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 支架搭設(shè)施工控制要點(diǎn)

(1)支架搭設(shè)前須在硬化面上用墨斗彈線，先彈出中線，再按照支架設(shè)計(jì)步距由兩側(cè)向跨中分，以防止支架搭偏錯(cuò)位；

(2)支架可調(diào)托座絲桿外露長(zhǎng)度嚴(yán)禁超過(guò)40cm，插入立桿長(zhǎng)度不得小于15cm；

可調(diào)底座絲桿外露長(zhǎng)度不應(yīng)大于30cm，最底層水平桿作為掃地桿件離地高度不應(yīng)大于55cm；

(3)在同一水平高度內(nèi)相鄰立桿連接套管接頭的位置錯(cuò)開(kāi)高度不宜小于7.5cm；

圖3 盤(pán)扣式支架搭設(shè)立面圖

(4)同圓盤(pán)連接的各桿件接頭插銷(xiāo)應(yīng)擊緊至規(guī)定深度的刻度線；

(5)每搭完一步支架后，應(yīng)及時(shí)校正立桿、水平桿的步距，檢查立桿的垂直偏差和水平桿的水平偏差；

(6)搭設(shè)作業(yè)人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)取得資格證書(shū)，持證上崗，且在施工前經(jīng)過(guò)技術(shù)和安全作業(yè)交底；

(7)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼管支架及構(gòu)配件應(yīng)進(jìn)行復(fù)檢，在外觀質(zhì)量和力學(xué)性能滿足規(guī)范要求的后方可使用。

3.3 承插型盤(pán)扣式支架預(yù)壓施工

3.3.1 預(yù)壓荷載計(jì)算

為了保證箱梁滿足設(shè)計(jì)的外形尺寸和撓度要求，檢驗(yàn)支架的整體穩(wěn)定性和承載能力，克服支架的不均勻沉降引發(fā)的箱梁開(kāi)裂，在澆筑箱梁砼前必須對(duì)支架預(yù)壓。本橋梁采用砂袋進(jìn)行壓載，加載重量為箱梁自身重量(包括芯模、結(jié)構(gòu)體系自重及相關(guān)活載)的1.2倍。預(yù)壓過(guò)程嚴(yán)格按照施工順序和砼澆筑順序確定其加載順利，擬采用一次澆筑成型、水平分層澆筑，因此由一側(cè)墩頂開(kāi)始全斷面分層鋪壓，直到荷載滿足規(guī)范要求。

為了確認(rèn)沙袋數(shù)量，取標(biāo)準(zhǔn)箱梁 (寬：14.75m,高：1.8m)跨中截面為例，取1m梁段計(jì)算，其他類(lèi)型截面在施工前做詳細(xì)技術(shù)交底，由于箱梁翼緣板相對(duì)較薄，故翼緣板處支架可不進(jìn)行預(yù)壓。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)箱梁跨中截面

標(biāo)準(zhǔn)箱梁跨中截面如圖4所示。圖中，S1=1.32m2，S2=0.79m2，S3=1.54m2，S4=1.04m2，S5=1.54m2，S6=0.79m2，S7=1.32m2。

恒載：

S1、S7部分恒載總量為：1.32×2.6=3.43t

S2、S6部分恒載總量為：0.79×2.6=2.05t

S4部分恒載總量為：1.04×2.6=2.70t

活載：

總活載(含人員、機(jī)具設(shè)備、砼振搗力、風(fēng)荷載)?。?.86t

分?jǐn)偟絊1、S7部分的重量為：1313/14750×5.86=0.52t

分?jǐn)偟絊2、S6部分的重量為：1570/14750×5.86=0.62t

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分?jǐn)偟絊3、S5部分的重量為：1450/14750×5.86=0.58t

分?jǐn)偟絊4部分的重量為：2084/14750×5.86=0.83t

支架預(yù)壓荷載組合：設(shè)計(jì)要求加載重量為箱梁階段重量的1.2倍。

S1、S7部分荷載組合為：M1=(3.43+0.52)×1.2=4.74t

S2、S6部分荷載組合為：M2=(2.05+0.62)×1.2=3.20t

S3、S5部分荷載組合為：M3=(4+0.58)×1.2=5.50t

S4部分荷載組合為：M4=(2.7+0.83)×1.2=4.24t

3.3.2 預(yù)壓加載與卸載

支架沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在底模上，橫橋向觀測(cè)點(diǎn)布置在腹板位置，順橋向觀測(cè)點(diǎn)布置在箱梁兩個(gè)支點(diǎn)、1/4、2/4、3/4處；采用強(qiáng)度較好直順的鉛錘絲垂掛在觀測(cè)點(diǎn)上，在鉛垂絲上標(biāo)記標(biāo)高，采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)出各觀測(cè)點(diǎn)的初始標(biāo)高值H1并做記錄。

預(yù)壓加載采用三級(jí)均勻加載，即：第一次加載從跨中向兩側(cè)，依次加載至計(jì)算總重的 50%；第二次加載至計(jì)算總重的100%；第三次加載至計(jì)算總重120%。

預(yù)壓砂袋尺寸為1.0m×1.0m×1.0m，考慮沙袋不能裝滿，每袋砂重取1.6t，采用吊車(chē)分碼吊至相應(yīng)部位，人工配合擺放。S1、S7部分荷載組合為：n1=4.74/1.6=2.9袋，取整數(shù) 3 袋；S2、S6 部分荷載組合為：n2=3.2/1.6=2 袋；S3、S5部分荷載組合為：n3=5.5/1.6=3.4袋，取整數(shù)4袋；S4部分荷載組合為：n4=4.42/1.6=2.8袋，取整數(shù)3袋。每次分級(jí)加載結(jié)束后立即對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高H2進(jìn)行測(cè)量并做好相應(yīng)記錄，當(dāng)連續(xù)2次沉降差小于1mm后，間隔2h才能繼續(xù)加載；當(dāng)加載至計(jì)算總量120%后，維持荷載72h，卸載前測(cè)量各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高值H3并記錄；卸載過(guò)程的操作基本與加載過(guò)程相反，卸載完成后測(cè)量各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高值H4；非彈性變形量=H1-H4，通過(guò)試壓以后，可認(rèn)為支架、模板、方木等的非彈性變形已經(jīng)消除；彈性變形量=H4-H3，根據(jù)該彈性變形值設(shè)置預(yù)拱度，保證成型后梁體線形滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.3 預(yù)壓控制要點(diǎn)

(1)預(yù)載過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)支架變形過(guò)大、基礎(chǔ)凹陷等現(xiàn)象，必須立即停止加載并卸載，分析查找原因，采取相應(yīng)補(bǔ)救措施后才可重新預(yù)壓。

(2)砂袋碼砌必須逐層咬邊錯(cuò)縫，禁止任意堆碼，防止高度過(guò)大發(fā)生傾倒事故。

(3)支架預(yù)壓過(guò)程中，應(yīng)設(shè)有專(zhuān)職安全員值班，隨時(shí)檢查處理預(yù)壓出現(xiàn)的各種情況，及時(shí)向作業(yè)人員發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，制止非施工人員進(jìn)入支架預(yù)壓安全警戒線內(nèi)。

4 盤(pán)扣式支架性能分析

以該大橋一聯(lián)三跨預(yù)應(yīng)力混凝泥土箱梁結(jié)構(gòu) (21+35+30m)為例，對(duì)盤(pán)扣式支架與碗扣式支架性能進(jìn)行比較：

(1)從節(jié)點(diǎn)連接比較，碗扣式支架節(jié)點(diǎn)連接通過(guò)碗口接頭將上碗扣沿限位銷(xiāo)扣下并旋轉(zhuǎn)將橫桿和立桿連接，加載后需要重新檢查逐個(gè)扣緊，而盤(pán)扣式支架的八角圓盤(pán)對(duì)于橫桿的水平位移的限制比碗扣式支架要好，在加載后節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)逐漸鎖緊。

圖5 碗扣式支架節(jié)點(diǎn)接頭

圖6 盤(pán)扣式支架節(jié)點(diǎn)接頭

(2)從支架垂直度比較，碗扣式支架立桿之間連接通過(guò)承插式連接，垂直度比扣件式支架略好，而盤(pán)扣式支架立桿端部焊接有連接套筒且設(shè)有插銷(xiāo)，用于連接和固定立桿，垂直度較碗扣式支架好。

圖7 碗扣式支架垂直度

圖8 盤(pán)扣式支架垂直度

(3)從支架支撐密度比較，碗扣式支架受桿件材料和節(jié)點(diǎn)的性能限制，構(gòu)造加固只能用剪刀撐，支架節(jié)點(diǎn)抗扭能力不足，支架布置的靈活性較低，遇到較為復(fù)雜的梁板結(jié)構(gòu)，為了保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性只能采取增加支撐密度；而盤(pán)扣式支架節(jié)點(diǎn)可靠，立桿、橫桿與斜桿通過(guò)八角圓盤(pán)銷(xiāo)接為半剛性連接，搭設(shè)成穩(wěn)定三角形塔架單元后穩(wěn)定性較高，支撐密度也相對(duì)較低。

圖9 碗扣式支架的支撐密度

圖10 盤(pán)扣式支架垂直度

5 盤(pán)扣式支架經(jīng)濟(jì)分析

盤(pán)扣式支架經(jīng)濟(jì)分析與碗扣式支架的經(jīng)濟(jì)比較如表1所示。

以該大橋一聯(lián)三跨預(yù)應(yīng)力混凝泥土箱梁結(jié)構(gòu) (21+35+30m)為例，支架搭設(shè)高度6m，寬15m，長(zhǎng)86m，需要搭設(shè)7740m3，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，盤(pán)扣式支架的搭設(shè)費(fèi)用明顯高于碗扣式支架，但從運(yùn)輸費(fèi)用、工期、利潤(rùn)及質(zhì)量等綜合方面來(lái)看具有一定的優(yōu)勢(shì)，特別是涉及平整基礎(chǔ)較大的地形時(shí)，在經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)于碗扣式支架，且滿足節(jié)材、高效和環(huán)保的要求。

表1 盤(pán)扣式與碗扣式支架的經(jīng)濟(jì)比較

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，盤(pán)扣式支架同碗扣式支架相比在承載力、整體穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)效益等具有明顯優(yōu)勢(shì)，且盤(pán)扣式支架具有輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化和多功能的優(yōu)勢(shì)，可為今后類(lèi)似工程施工提供參考依據(jù)。