滿堂支架現(xiàn)澆施工控制技術(shù)

丁 潔 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路軌道交通開(kāi)發(fā)有限公司

滿堂支架現(xiàn)澆法施工應(yīng)用較廣泛，其優(yōu)點(diǎn)為①不需要進(jìn)行場(chǎng)地預(yù)制及吊裝、架梁設(shè)備，便于施工；②不中斷整個(gè)梁體的鋼筋，確保橋梁具有較好的整體剛度；③結(jié)構(gòu)體系不發(fā)生轉(zhuǎn)換，不引起恒載徐變二次矩；④防止預(yù)制安裝過(guò)程中形成接縫；⑤防止梁體顏色差別過(guò)大。但若施工過(guò)程控制不嚴(yán)易存在以下問(wèn)題；支架失穩(wěn)、支架變形甚至支架坍塌造成嚴(yán)重的安全事故；現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體因沉降不均勻或沉降過(guò)大而開(kāi)裂；結(jié)構(gòu)線形不順直，混凝土表面毛糙、污染或底板振動(dòng)不實(shí)等質(zhì)量問(wèn)題。

導(dǎo)致這些問(wèn)題產(chǎn)生的因素主要為①對(duì)滿堂支架支撐體系的承載能力和穩(wěn)定性以及模板的檢算缺失或疏漏；②檢算時(shí)未能全面考慮可能出現(xiàn)的荷載因素，導(dǎo)致支架和模板的承載能力預(yù)設(shè)強(qiáng)度不夠；③支架預(yù)壓過(guò)程不當(dāng)；④混凝土澆筑過(guò)程控制不當(dāng)，導(dǎo)致施工過(guò)程中的負(fù)荷分布不均勻，導(dǎo)致支撐坍塌；⑤支架卸落順序不正確。這些因素在施工過(guò)程中若控制較好則可避免出現(xiàn)安全、質(zhì)量問(wèn)題。下面結(jié)合工程實(shí)例對(duì)大尺寸構(gòu)筑物滿堂支架現(xiàn)澆施工的安全、質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行闡述。

1 工程實(shí)例

虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)（一期）與中國(guó)博覽會(huì)會(huì)展人行地下通道工程為上海市決戰(zhàn)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)重點(diǎn)工程，該工程與既有滬昆線正交（見(jiàn)圖1）。一孔，凈寬11 m，含四段高度不同的箱涵結(jié)構(gòu)：鐵路線下頂進(jìn)施工段總高度9.6 m、長(zhǎng)度21 m，鐵路西側(cè)頂進(jìn)基坑內(nèi)現(xiàn)澆段一總高度7.95 m、長(zhǎng)度29.3 m，現(xiàn)澆段二總高度9.6 m、長(zhǎng)度7.74 m，鐵路東連接段總高度最高處8.8 m(最低處7.13 m)、長(zhǎng)度7.138 m?，F(xiàn)澆段一頂板設(shè)置0.5 m厚封堵板，現(xiàn)澆段二底板設(shè)置1 m長(zhǎng)底板過(guò)渡塊。四段均為滿堂支撐體系，混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

圖1 工程與既有線平面位置關(guān)系圖

2 施工控制要點(diǎn)

2.1 地基承載力

本工程滿堂碗扣式支架搭設(shè)在0.95 m厚度的C40、P8箱涵混凝土底板上，不會(huì)發(fā)生地基沉陷，使梁體混凝土澆筑后不產(chǎn)生沉降，保證立桿底座與基底均勻傳遞荷載。地基抗壓強(qiáng)度完全滿足要求。

2.2 支架安全質(zhì)量控制

2.2.1 控制目標(biāo)

合理布置支架立桿間距，底模板強(qiáng)度及剛度、橫橋向方木強(qiáng)度及剛度、縱橋向工字鋼承載力、保證立桿的受力、模板對(duì)拉螺栓承受的拉力均滿足要求。

2.2.2 支架與模板檢算

2.3.2.1 支架布設(shè)方案

表1 各部位影響支架布設(shè)方案的參數(shù)（單位m）

根據(jù)各部位影響支架布設(shè)方案的參數(shù)（見(jiàn)表1），采用滿堂碗扣支架，現(xiàn)澆段一、東連接段箱涵的支架立桿間距按0.6 m×0.6 m布置，現(xiàn)澆段一支架高度5.65 m、東連接段支架高度最高6.7 m、最低5.03 m；頂進(jìn)段與現(xiàn)澆段二箱涵的支架立桿間距按0.9 m×0.6 m布置，支架高度以7.8 m計(jì)。橫桿步距均為1.2 m，縱橫向每隔6 m加設(shè)剪刀撐一道，另設(shè)上下兩道水平剪刀撐。支架頂托縱向放10#槽鋼，間距0.6 m；槽鋼頂部橫向設(shè)置10 cm×10 cm方木（間距0.2 m），方木頂部設(shè)置15 mm厚竹膠板。頂進(jìn)段支架側(cè)立面見(jiàn)圖3，頂進(jìn)段支架橫立面見(jiàn)圖4。

圖2 頂進(jìn)段支架側(cè)立面圖

圖3 頂進(jìn)段支架橫立面圖

2.2.2.2 支架與模板檢算

最不利頂板厚度值取1.1 m。最不利支架高度值取7.8 m。適合將現(xiàn)澆段一、東連接段的箱涵支架布設(shè)方案一并檢算，另將頂進(jìn)段、現(xiàn)澆段二的箱涵支架布設(shè)方案一并檢算。

（1）現(xiàn)澆段一、東連接段支架檢算

荷載取值見(jiàn)表2。

表2 荷載取值

荷載組合：

（1）計(jì)算強(qiáng)度：模板承受線荷載組合q1=1.35×（①+②）+1.4×（③+④+⑤）=52.7 kN/m；

（2）計(jì)算剛度：模板承受荷載組合q2=①+②=29.2 kPa。

底模檢算：

①荷載組合取q1=52.7 kN/m；

②截面參數(shù)及材料力學(xué)性能指標(biāo)：截面模量W=3.75×104 mm3，截面慣性矩I=2.81×105mm4，極限強(qiáng)度［σ］=60 MPa，彈性模量E=5×103MPa

承載力檢算：

③產(chǎn)生的最大彎矩值Mmax=0.21 kN·m；

底模板的受彎強(qiáng)度計(jì)算值σ=5.6 MPa≤[σ]=60 MPa，竹膠膜板強(qiáng)度滿足要求。

④底模板撓度：荷載組合取q2=29.2 kN/m，底模板撓度f(wàn)=0.22 mm＜[f]=200/400=0.5 mm，竹膠模板撓度符合要求。

10×10方木檢算：

（1）荷載組合：q（強(qiáng)度計(jì)算線荷載組合)=q1×0.2=10.54 kN/m，q(剛度計(jì)算線荷載組合)=5.84 kN/m。

（2）材料截面參數(shù)及力學(xué)性能指標(biāo)

截面模量W=1.67×105 mm3，截面慣性矩I=8.3×106 mm4，

極限強(qiáng)度［σ］=11.7 MPa，彈性模量E=8.1×103MPa。

（3）承載力檢算：

方木強(qiáng)度：產(chǎn)生最大彎矩值Mmax=0.38 kN·m，方木受彎強(qiáng)度計(jì)算值σ=Mmax/W5=2.3 MPa≤極限強(qiáng)度［σ］=11.7 MPa，方木強(qiáng)度滿足要求。

方木撓度：f=0.08 mm＜[f]=600/400=1.5 mm，方木撓度滿足要求。

10#槽鋼檢算：

q(強(qiáng)度計(jì)算線荷載)=q1×0.6=31.62 kN/m，q(剛度計(jì)算線荷載)=q2×0.6=17.52 kN/m。

槽鋼承載力檢算：

產(chǎn)生的最大彎矩值Mmax=1.14 kN·m，槽鋼受彎強(qiáng)度計(jì)算值σ=Mmax/W=28.72 MPa≤［σ］=140 MPa，槽鋼強(qiáng)度滿足要求。

槽鋼撓度f(wàn)=0.04 mm＜[f]=600/400=1.5 mm，槽鋼剛度滿足要求。

滿堂式鋼管支架檢算：

單根鋼管立柱所承受的最大豎向力為：N=19.34 kN；

檢算其穩(wěn)定性，按設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算立桿壓應(yīng)力：fc=N/A=45.6 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；

按穩(wěn)定性計(jì)算立桿壓應(yīng)力：fc=N/φA=59.2 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；

立桿強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足要求。

得出結(jié)論1：現(xiàn)澆段一、東連接段支架布設(shè)方案完全滿足要求。

（2）頂進(jìn)段、現(xiàn)澆段二箱涵支架檢算

荷載取值：

鋼筋砼自重22.1 kPa（頂板厚取0.85 m）。模板重量0.44 kPa。其它取值同上。

荷載組合：模板承受線荷載組合q1=43.73 kN/m，模板承受荷載組合q2=22.54 kPa。

底模板、10×10方木檢算：

因頂進(jìn)段、現(xiàn)澆段二箱涵的模板承受的強(qiáng)度荷載組合q1、剛度荷載組合q2均小于現(xiàn)澆段一、東連接段對(duì)應(yīng)荷載組合，故底模板與10×10方木均滿足強(qiáng)度、剛度要求。

10#槽鋼檢算：

q(強(qiáng)度計(jì)算線荷載)=26.24 kN/m，q(剛度計(jì)算線荷載)=13.52 kN/m。

槽鋼承載力：

產(chǎn)生的最大彎矩值Mmax=2.13 kN·m；

槽鋼受彎強(qiáng)度計(jì)算值σ=Mmax/W=53.65 MPa≤［σ］=140 MPa；

槽鋼強(qiáng)度滿足要求。

槽鋼撓度f(wàn)=0.03 mm＜[f]=600/400=1.5 mm；

槽鋼撓度滿足要求。

滿堂式鋼管支架檢算：

單根鋼管立柱所承受的最大豎向力N=23.994 kN；

檢算其穩(wěn)定性：按設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算立桿壓應(yīng)力：fc=N/A=56.6 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；按穩(wěn)定性計(jì)算立桿壓應(yīng)力：fc=N/φA=73.5 N/mm2＜[fc]=215 N/mm2；

立桿強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足要求。

得出結(jié)論2：經(jīng)立桿間距調(diào)整后，頂進(jìn)段、現(xiàn)澆段二箱涵支架布設(shè)方案完全滿足要求。

（3）模板對(duì)拉螺桿采用14號(hào)圓鋼螺桿檢算

新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力P′=K×Υ×h=1×26×0.94=24.44 kPa；

對(duì)拉螺栓拉力：F′=F×P′/P。

據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》對(duì)拉螺栓拉力計(jì)算表8-25中查得F=10 800 N、P=30 kPa。

據(jù)《對(duì)拉螺栓力學(xué)性能表》，螺栓直徑14 mm的容許拉力為17 800 N，故對(duì)拉螺栓拉力：F′=F×P′/P=10 800×24.44/30=8 798.4 N＜螺栓直徑14mm的容許拉力17800N。

得出結(jié)論3：模板對(duì)拉螺桿采用14號(hào)圓鋼螺桿（直徑14 mm）完全滿足要求。

2.3 支架預(yù)壓控制要點(diǎn)

①預(yù)壓前先在最大受力部位進(jìn)行預(yù)壓，比對(duì)實(shí)際沉降值與理論值。

②預(yù)壓采用沙袋，按梁部砼重量分布情況進(jìn)行分配荷載，加載重量按設(shè)計(jì)要求為大于箱梁自重的1.2倍。

③加載前先在底模上沿支點(diǎn)、梁跨的L/6、L/4、L/3、L/2、2L/3、5L/6截面處，橫橋向布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

④砂袋選取中砂，單位重量為16 kN/m3，每個(gè)砂袋裝砂平面尺寸為1×1×0.8 m，砂袋自重為16×1×1×0.8=12.8 kN。

⑤支架預(yù)壓的加載順序按混凝土澆筑的順序進(jìn)行，先底板、腹板，后頂板、翼板。按照20%→60%→80%→100%→120%分級(jí)進(jìn)行加載。

⑥當(dāng)支架穩(wěn)定后按加載的逆序進(jìn)行卸載，對(duì)稱、同時(shí)進(jìn)行。

2.4 混凝土現(xiàn)澆控制要點(diǎn)

2.4.1 材料選用

根據(jù)鋼筋最小間距進(jìn)行骨料最大粒徑的選用，并確保其具有良好的和易性。

2.4.2 澆筑過(guò)程

①箱涵頂板應(yīng)對(duì)稱澆筑（從中間向兩邊墩臺(tái)進(jìn)行連續(xù)澆筑），避免因降差在支架現(xiàn)澆施工中產(chǎn)生混凝土裂縫。

②澆筑混凝土?xí)r應(yīng)確保下層混凝土初凝前進(jìn)行上一層混凝土澆筑作業(yè)。先澆筑兩邊側(cè)墻，以30 cm至50 cm循環(huán)澆筑。

③按照最大混凝土澆筑方量對(duì)每次混凝土澆筑中的混凝土緩凝時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免混凝土澆筑施工中混凝土坍落度不符合施工要求，有效控制混凝土澆筑的分層高度，并在混凝土終凝時(shí)間內(nèi)完成單次澆筑作業(yè)混凝土澆筑。

2.4.3 搗振過(guò)程

①選用插入式搗振器，每次搗振器的移動(dòng)半徑必須控制在其作用半徑的150%以內(nèi)，插入深度一般為5 cm～10 cm之間，不能有欠振和超振情況。

②搗振棒在搗振過(guò)程中不能接觸鋼筋、模板及波紋管。選用直徑較小的搗振棒進(jìn)行鋼筋設(shè)置密集位置施工。

2.5 支架卸落

從梁撓度最大的支架節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，逐步卸落相鄰兩側(cè)的支架，并對(duì)稱、均勻有順序的進(jìn)行；同時(shí)分多次進(jìn)行卸落，使梁的沉落曲線逐步加大，可從跨中向兩端進(jìn)行，從而避免梁體受力發(fā)生變化導(dǎo)致梁的破壞。

2.6 變形監(jiān)測(cè)

支架搭設(shè)、使用、拆除過(guò)程中，要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)支架內(nèi)力、沉降、位移和變形等。對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)措施、報(bào)警值的設(shè)置等方面要特別注意。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)滿堂支架現(xiàn)澆施工的支架穩(wěn)定性和模板對(duì)拉螺桿檢算、施工關(guān)鍵技術(shù)控制，全面了解支撐體系的受力狀態(tài)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)支架結(jié)構(gòu)，合理控制混凝土的澆筑順序，正確進(jìn)行支架預(yù)壓和支架拆卸，加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)測(cè)，確保不發(fā)生任何安全質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)對(duì)立桿間距的調(diào)整合理地控制了經(jīng)濟(jì)成本,，可供同類施工借鑒。