大跨度現(xiàn)澆箱梁支撐體系的設(shè)計與施工

李 亮，胡 洪 鑫，張 永，王 俊

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

根據(jù)《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》(住建部令第37號)，搭設(shè)高度8 m及以上或搭設(shè)跨度18 m及以上或施工總荷載(設(shè)計值)15 kN/m2及以上或集中線荷載(設(shè)計值)20 kN/m及以上的，均屬超過一定規(guī)模、危險性較大的分部分項工程，必須編制專項施工方案并組織專家進行論證[1]。經(jīng)計算，通江縣環(huán)高明湖經(jīng)濟帶建設(shè)項目緯十三路現(xiàn)澆箱梁跨度為45 m，僅箱梁自重產(chǎn)生的均布荷載即達40.41 kN/m2，故需對該支架進行設(shè)計、編制專項施工方案并組織專家論證、審批后方可組織實施。

緯十三路為核心區(qū)市政道路建設(shè)工程中8條道路之一，道路類型為城市支路，道路紅線寬14 m，道路長776.509 m，其中包括1座1×45 m現(xiàn)澆箱梁橋。橋橫斷面布置為：3 m(人行道及欄桿) +4 m(機動車道)+ 4 m(機動車道)+3 m(人行道及欄桿)=14 m。橋梁斜度為10°。平面內(nèi)，橋梁位于直線上；縱斷面上，全橋位于縱坡4%的直線上，橫坡為雙向1.5%,箱梁梁高2.5 m，邊跨端部設(shè)厚1.5 m的橫梁，箱梁橫斷面見圖1。

2 方案的確定

由于該箱梁為單跨布置，體型較大且現(xiàn)場施工條件較好，項目部結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)條件及成本分析，最終決定采用就地搭設(shè)滿堂支架后綁扎鋼筋、立模并分層澆筑混凝土的現(xiàn)澆箱梁施工工藝進行施工。

圖1 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置圖

從整個施工過程看，滿堂支架的設(shè)計與施工控制是現(xiàn)澆箱梁施工過程中的重要環(huán)節(jié)，對整個施工過程尤為關(guān)鍵。同時，在支架搭設(shè)完成后還須對支架進行預(yù)壓。

3 滿堂支架的設(shè)計

3.1 地基處理

由于路基多為泥質(zhì)頁巖，搭設(shè)滿堂支架前須對路基進行處理。先清除路基中的松散、軟弱層，再采用塊片石回填夯實(平均厚度約50 cm)，然后鋪設(shè)10 cm厚的碎石，再用壓路機碾壓密實(壓實度不小于93%)，最后澆筑20 cm厚的C20混凝土墊層，養(yǎng)生后作為滿堂支架的持力層，再在其上搭設(shè)滿堂支架。

為避免地表水浸泡導(dǎo)致地基下沉，必須有效排除地基周圍的地表水或降雨積水，在橋臺兩側(cè)及順橋梁方向回填區(qū)開挖40 cm×30 cm的排水溝，將順橋梁方向的排水溝做成2%的人字坡使水流匯入兩側(cè)排水溝內(nèi)，橋臺兩側(cè)的排水溝應(yīng)避開立桿布置位置。

橋梁施工完成后，應(yīng)對墊層、行車道及導(dǎo)墻混凝土進行破碎、清理。

3.2 碗扣式滿堂支架的設(shè)計

項目部根據(jù)現(xiàn)場情況及當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)情況經(jīng)對比分析后決定采用碗扣式鋼管腳手架進行現(xiàn)澆箱梁滿堂支架的搭設(shè)。碗扣節(jié)點構(gòu)造見圖2。

1—立桿；2—水平桿接頭；3—水平桿；4—下碗扣；5—限位銷；6—上碗扣圖2 碗扣節(jié)點構(gòu)造圖[2]

3.2.1 門洞支架的設(shè)計

為滿足施工期間的行車需要，需在搭設(shè)支架時設(shè)置車輛通行門洞，門洞大致位于跨中位置。長度為4.5 m+14.4 m+4.5 m(兩側(cè)各超長4.5 m)；寬度為行車道寬4.7 m，行車限界5.7 m；高度5.5 m。立桿布置為5×90 cm+44×30 cm+5×90 cm，門洞支撐采用3排60 cm×60 cm×60 cm支架搭設(shè)(層間錯開)，橋梁外沿門洞布置為6×90 cm，遇局部長度不符合模數(shù)要求時采用方木、頂托進行調(diào)整。門洞支架立桿內(nèi)側(cè)設(shè)置長28.4 m、平均高度為1 m、厚0.4 m的C20混凝土防護墻，引導(dǎo)段長度為3.5 m，兩側(cè)對稱設(shè)置。門洞縱、橫向布置情況見圖3、4、5。

(1)混凝土防撞墻。基礎(chǔ)置于支架墊層混凝土以下且深度不小于30 cm，基礎(chǔ)清至基巖面后，視現(xiàn)場情況在巖石面人工植筋Φ16@20 cm×20 cm?；炷翝仓瓿珊蟊砻嫱克ⅫS、黑相間的交通引導(dǎo)及警告標(biāo)志，門洞行車道 采 用 30 cm 厚C30混凝土，寬度為4.7 m，長度為28.4 m。

圖3 門洞縱向布置示意圖

圖4 支架平面布置示意圖

(2)工字鋼縱梁。門洞縱梁采用17根I56a工字鋼，工字鋼布置間距為90 cm，單根工字鋼長度為9 m。工字鋼安放完成后及時采用3根Φ25鋼筋進行連接固定。

圖5 支架立面布置示意圖

(3)工字鋼上、下方木。在工字鋼下部的碗扣式支架頂托上鋪設(shè)10 cm×10 cm的方木，間距30 cm，橫橋向布置；工字鋼上部鋪設(shè)15 cm×15 cm方木，單排距與上部碗扣架相同，橫橋向布置。

3.2.2 滿堂支架的設(shè)計

立桿的長度主要采用3 m、2.4 m、1.8 m、1.2 m、0.9 m、0.6 m幾種，頂面局部采用0.3 m長的立桿進行調(diào)節(jié)，立桿接長錯開布置；橫桿長度由1.2 m 、0.9 m、0.6 m三種組成。每根支架底部、頂部采用可調(diào)托撐(底托KTZ-60，頂托KTC-60)，可調(diào)托撐螺桿伸出長度不超過300 mm，插入立桿內(nèi)的長度不小于150 mm。

根據(jù)支架搭設(shè)高度和施工荷載，碗扣支架的布置為：

(1)兩端橫隔梁(L/5)范圍采用縱向×橫向×步距：60 cm×60 cm×60 cm，在架體外側(cè)周邊及內(nèi)部縱、橫向每5跨(不小于3 m)由底至頂設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為5跨。

(2)跨中段及其余段落采用縱向×橫向×步距:90 cm×90 cm×120 cm，在架體外側(cè)周邊及內(nèi)部縱、橫向每4跨(不大于5 m)由底至頂設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為4跨。

(3)張拉操作平臺采用鋼管架斜挑搭設(shè)，寬度不小于1.5 m。

布置過程中，斜桿與地面的傾角應(yīng)在45°～60°之間[3]。

支架設(shè)計完成后，還需對其進行剛度、強度及穩(wěn)定性計算校核，待其滿足相應(yīng)要求后方可進行搭設(shè)施工。

4 支架搭設(shè)施工

4.1 支架搭設(shè)

(1)支架安裝嚴(yán)格按照圖紙施工，安裝時先確定起始安裝位置，根據(jù)地面標(biāo)高確定立桿起始高度并安裝預(yù)制塊，利用可調(diào)底托將標(biāo)高調(diào)平后安裝立桿。第一層拼好之后，檢查其平整度，如高差太大，必須采用底托調(diào)平。

(2)安裝立桿時必須檢查其垂直度，防止立桿偏心受力，接頭部位必須連接牢固。枕木與基礎(chǔ)混凝土之間要密貼、達到面受力的效果。

(3)橫向鋼管間若有空隙，需采用粗鋼筋焊接或用直扣件將兩根鋼管連成一體。支架搭拼完之后，用扣件式鋼管設(shè)置剪刀撐。剪刀撐的設(shè)置應(yīng)從頂?shù)降走B續(xù)，搭接頭的長度不小于60 cm，接頭卡不少于2個，與水平橫桿的夾角為45°～60°，兩剪刀撐不允許自相交，要求布置在立桿兩側(cè)。

(4)兩側(cè)腹板采用3 m長短鋼管斜向支撐，使用轉(zhuǎn)扣與碗扣架固定，操作平臺及張拉平臺根據(jù)現(xiàn)場高度設(shè)置，臨邊設(shè)高度不小于1.2 m的安全欄桿，欄桿下方設(shè)置水平兜網(wǎng)，外側(cè)設(shè)置安全密目網(wǎng)。

(5)在門洞導(dǎo)墻兩端起點采用100 mm×6 m方鋼管設(shè)置限高、限寬裝置，方管表面涂刷紅、黑相間的油漆并懸掛限高、限寬標(biāo)志；兩端導(dǎo)墻沿行車道方向40 m安設(shè)水碼；水碼終點處兩側(cè)各設(shè)置太陽能交通警示信號燈。在門洞支架立面外露面張貼反光條。

4.2 支架預(yù)壓

為檢驗支架及地基的強度及穩(wěn)定性，消除整個支架的塑性變形，消除地基的沉降變形并測出支架的彈性變形量，在箱梁底模鋪裝完成后須對其進行預(yù)壓，預(yù)壓荷載為梁體自重與模板重量之和的110% 。

預(yù)壓范圍及順序：支架預(yù)壓加載范圍不應(yīng)小于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)物的實際投影面。當(dāng)縱向加載時，宜從混凝土結(jié)構(gòu)跨中開始向支點處進行對稱布載；當(dāng)橫向加載時，應(yīng)從混凝土結(jié)構(gòu)中心線向兩側(cè)進行對稱布載。該橋采用噸袋裝填河砂，每袋重量按2 t控制。為避免污染模板，預(yù)壓前應(yīng)在模板上滿鋪彩條布予以保護。

預(yù)壓采用分級加載方法：每級持荷時間不小于30 min，最后一級為1 h?，F(xiàn)場在荷載分別達到60%、80%、100%預(yù)壓荷載時，分別測定支架和支架梁的變形值。

測點布置情況：沿箱梁縱向每隔11 m(1/4跨徑)布置一個，共計5個監(jiān)測斷面；每個監(jiān)測斷面上對稱布置5個監(jiān)測點(中心點1個，對稱的腹板位置各1個，兩側(cè)翼緣板處各1個)。

預(yù)壓時間：加載完畢，持續(xù)預(yù)壓7 d，以滿足施工時混凝土澆筑后所產(chǎn)生的一定強度及預(yù)應(yīng)力張拉需要。

預(yù)壓合格判定：全部加載完成后，在支架預(yù)壓檢測過程中，各監(jiān)測點最初72 h沉降量平均值為4.7 mm<5 mm，支架預(yù)壓合格[4]。

4.3 施工預(yù)拱度

支架預(yù)壓變形預(yù)拱度δ：

(1)支架在荷載作用下的彈性壓縮量δ1。架體跨中斷面荷載組合經(jīng)計算取值為N=39.37 kN/m2，支架高h為9.81 m，鋼管彈 性 模 量E=2.1×105MPa;鋼管縱、橫向間距：0.9 m×0.9 m,則每根鋼管承受的荷載N=39.37×0.9×0.9=31.89(kN)。

鋼管橫截面積A=3.14×(482-44.52)/4=254.14(mm2)。

鋼管應(yīng)力σ=N/A=41.07×103/254.14=125.48(N/mm2)。

則，δ1=σ×h/E=125.48×9.81/2.1×105=6(mm)。

(2)受載后桿件接頭擠壓和卸架設(shè)備壓縮產(chǎn)生的非彈性變形δ2。

接頭擠壓變形取值為2 mm，卸架設(shè)備壓縮變形取值為2 mm，則δ2=2+2=4(mm)。

(3)支架基礎(chǔ)在受載后的非彈性壓縮δ3=10 mm。

則：δ=δ1+δ2+δ3=6+4+10=20(mm)。

由于該橋在設(shè)計時按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進行了計算，故梁的撓度(設(shè)計預(yù)拱度)可不予考慮[5]，施工預(yù)拱度只需根據(jù)支架預(yù)壓變形所計算出的預(yù)拱度作為施工預(yù)拱度的最高值，設(shè)置在梁的跨徑中點，支座處預(yù)拱度為0，其他各點按式(1)進行分配計算：

δx=4δ·x·(L-x)/L2

(1)

式中 δx為距左支座x處的預(yù)拱度值，mm；x為距左支座的距離，m；L為跨長。

主要特征點計算分配預(yù)拱度值見表1。

表1 支架預(yù)壓變形主要特征點預(yù)拱度分配表

4.4 支架拆除

張拉縱向鋼束前必須拆除箱梁側(cè)模。張拉壓漿完成后，方可拆除翼板和外腹板的模板及翼板下方的支架，其它各孔模板支架拆卸同理。

5 質(zhì)量控制要點

(1)支架搭設(shè)前，對進場的支架進行檢查，支架 、鋼管 、扣件的質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范要求，不準(zhǔn)使用銹蝕、彎癟、滑牙和有裂縫的金屬桿件 。

(2)立桿的接長縫應(yīng)錯開，即第一層立桿應(yīng)用長2.4 m和3 m的立桿錯開布置，往上則均采用3 m長的立桿，至頂層再用1.5 m、0.9 m和0.6 m三種長度的頂桿找平。

(3)應(yīng)對立桿的垂直度嚴(yán)格加以控制：高度30 m以下的架子按1/400控制且其全高的垂直偏差應(yīng)不大于10 cm。

(4)支架拼裝到位時，應(yīng)用經(jīng)緯儀檢查橫桿的水平度和立桿的垂直度，并在無荷載情況下逐個檢查立桿底座有否松動或空浮情況并及時旋緊可調(diào)底托或用薄鋼板調(diào)整墊實。

6 安全控制要點

(1)搭、拆作業(yè)前應(yīng)對操作人員進行專項安全教育、安全技術(shù)交底簽字手續(xù)，作業(yè)人員應(yīng)持證上崗。

(2)安裝時應(yīng)隨支架搭設(shè)高度設(shè)置“四步一隔離”設(shè)施，保障施工人員安全。支架縱橫向連接桿須用扣件扣緊，不準(zhǔn)使用銹蝕鐵絲作拉結(jié)和綁扎；鋼性拉結(jié)與支架里立桿連接點不準(zhǔn)采用電焊焊接。

(3)遇惡劣氣候影響施工安全時(如風(fēng)力大于6級、大雨、霧等天氣情況)不得進行高處支架的搭、拆作業(yè)。對已搭、拆部分作固定處理，防止其倒塌。

(4)支架頂層兩側(cè)掛安全網(wǎng)，防止物件落下造成人員傷害。

(5)搭、拆時應(yīng)設(shè)置警戒區(qū)，由專人負責(zé)監(jiān)控并記錄。

7 結(jié) 語

該項目于2018年7月開始根據(jù)現(xiàn)場情況對緯十三路現(xiàn)澆箱梁滿堂支架進行設(shè)計及驗算，并按危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定組織專家進行了評審及審批后組織實施。實施過程中嚴(yán)格按方案施工，從2018年8月初至11月底順利完成了支架搭設(shè)、預(yù)壓、后續(xù)扎筋、立模、澆筑、張拉、支架拆除等工序施工，橋梁各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求，所取得的經(jīng)驗可為類似大跨度橋梁等支架設(shè)計施工提供一定的借鑒和參考。