滿堂支架在團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池車行拱橋施工中的應(yīng)用分析

劉曉鋒

北京市南水北調(diào)大寧管理處 北京 102442

1 工程概況

車行拱橋位于團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池大島與西南角池外擋墻連接處。主拱采用懸鏈線無鉸拱，拱軸線均采用等截面懸鏈線，為1-30m懸鏈線鋼筋混凝土板拱，計(jì)算跨徑30m，計(jì)算矢高4m，矢跨比f。/L。=1/7.5，拱軸系數(shù)3.0；橋梁全長(zhǎng)49m，板厚（截面高度）0.8m，寬度：6.5m，橋面寬度：5.9m[1]。

2 支架設(shè)計(jì)

圖2 橫剖圖

該橋拱圈澆筑施工采用滿堂支架。拱架采用碗扣式腳手架搭設(shè)，支架采用Φ48×3.5鋼管做支撐體系，縱橫間距：0.6m×0.6m。步距為1.2m，鋼管頂部采用U型可調(diào)頂托。在立桿基礎(chǔ)下用5cm厚的通長(zhǎng)木板鋪墊，鋼管支架搭設(shè)完成后，在頂托上縱橋向布置10cm×10cm木方。頂托與方木安裝完成后，橫橋向鋪設(shè)10cm×10cm木枋，平枋按間距20cm進(jìn)行鋪設(shè)。采用122×244cm規(guī)格覆膜竹膠板，板厚1.5cm，竹膠板順橋向、由橋梁中心線向兩側(cè)鋪設(shè)，底模寬出主拱邊20cm，側(cè)模立于底模上，模板調(diào)整拱度采用木楔進(jìn)行起拱[2]。

在架體外側(cè)周邊及內(nèi)部縱、橫向每5跨（且不小于3m），由底至頂設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為5跨。在豎向剪刀撐頂部交點(diǎn)平面、掃地桿所在平面及立桿中部（第三步）設(shè)置三道水平剪刀撐，每道剪刀撐用旋轉(zhuǎn)扣件固定在與之相交的鋼管支架上，接頭采用對(duì)接。

橫向兩側(cè)每隔6m對(duì)稱設(shè)置側(cè)支撐，用旋轉(zhuǎn)式扣件與鋼管支架連接在一起。其高度不超過支撐總高度的2/3，斜撐角度不大于60度[3]。

3 支架驗(yàn)算

3.1 荷載計(jì)算

3.1.1 拱圈混凝土自重(主拱圈及拱上側(cè)墻混凝土=213.8m3，新澆混凝土容重取γ=25kN/m3)。N1= （213.8×25）/（30×6.5）=27.41kN/m2=0.02741N/mm2。

3.1.2 拱圈鋼筋自重（拱圈鋼筋25013.4kg），N2=（25013.4×9.8）/（30×6.5）=1.26kN/m2=0.00126N/mm2。

3.1.3 竹膠板底模荷載 (板厚δ=1.5cm 容重γ=10KN/m3)，N3=1×1×0.015×10=0.15 kN/m2=0.00015N/mm2。

3.1.4 10×10方木荷載(10×10cm@20cm 容重γ=8kN/m3由橫向木枋間距@20cm，得單位面積內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度為1/0.2=5m/m2)，N4=5×0.1×0.1×8 =0.4kN/m2=0.0004N/mm2。

3.1.5 10×10方木荷載(10×10cm容重γ=8kN/m3由縱向木枋間距@60cm，得單位面積內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度為1/0.6=1.7m/m2)，N5=1.7×0.10×0.10×8=0.136kN/m2=0.000136N/mm2。

3.1.6 鋼管支架體系自重。按8.3m的支架高度計(jì)算鋼管自重荷載(含配件、剪刀撐及水平拉桿等)，φ48×3.5鋼管單位重為3.84kg/m，加配件乘以系數(shù)2.0，則立桿自重平均分配到底層的荷載為：g=8.3m×3.84kg/m×系數(shù)2×9.8N/1000=0.63kN/根。根據(jù)支架設(shè)計(jì)圖，拱底平均每平方米布置鋼管計(jì)算如下：

橫向排數(shù) 6.5/0.6+1=12排，縱排數(shù)，30/0.6+1=51排，底面積=6.5×30=195m2，每平方米根數(shù)=12×51/195=3.14根，則支架體系自重為：N6=0.63kN/根×3.14根=1.98kN/m2=0.00198N/mm2。

3.1.7 施工機(jī)具及人員荷載：N7=2.5kN/m2=0.0025N/mm2。

3.1.8 傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載 (泵送)：N8=4.0KN/m2=0.004N/mm2。

3.1.9 振搗砼產(chǎn)生的荷載： N9=4.0KN/m2=0.004N/mm2。

分項(xiàng)系數(shù)的取值：模板、支架、腳手架等自重，模板按1.0kN/m2=0.001N/mm2進(jìn)行計(jì)算，γi=1.2；新澆混凝土自重按25KN/m3按進(jìn)行計(jì)算，γi=1.2；振搗、傾倒混凝土產(chǎn)生的豎向荷載按4.0KN/m2=0.004N/mm2、施工機(jī)具及人員荷載按2.5KN/m2=0.0025N/mm2計(jì)算，γi=1.4。

3.2 立桿受力計(jì)算

模板支架立桿的軸向力設(shè)計(jì)值：N=（（27.41+1.26+0.15+0.4+0.136+1.98）×1.2+（2.5+4+4）×1.4）×(0.6×0.6) =18.83KN。

橫縱間距0.6m，步距1.2m，則單根立桿受力：N=18.83KN＜[N]=30KN，立桿滿足受力要求[4]。

3.3 支架立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

碗扣式滿堂支架是組裝構(gòu)件，單根碗扣在承載力允許范圍內(nèi)就不會(huì)失穩(wěn)，因此以軸心受壓的單根立桿進(jìn)行驗(yàn)算：公式：N≤[N]= ΦA(chǔ)[ó]。

碗扣件采用外徑48mm，壁厚3.5mm，A＝489mm2，A3鋼，I＝10.78×104mm4則，回轉(zhuǎn)半徑i=(I/A)1/2=1.58cm?？缰械装灏礄M桿步距：h=120cm計(jì)算?？缰械装邃摴荛L(zhǎng)細(xì)比λ＝L/i=120/1.58=75.9＜[λ]=250取λ＝76；軸心受壓桿件，Q235A鋼管軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)Φ＝0.744，[ó]=205MPa。鋼管所受的垂直荷載N=18.83KN。

計(jì)算立桿段有風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎距；MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10，WK=0.7uz×us×w0。uz取1.14，us取0.9，w0取0.3KN/m2。故：WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.14×0.9×0.3=0.22KN。

La—立桿縱距0.6m；h—立桿步距1.2m，故：MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.85×1.4×0.22×0.6×1.22/10=0.023KN

W— 截面模量查表：W=5.08×103mm3，則，N/ΦA(chǔ)+MW/W＝18.83×103/(0.744×489)+0.023×106/(5.08×103)＝51.12KN/mm2≤f＝205KN/mm2，計(jì)算結(jié)果說明支架是安全穩(wěn)定的[5]。

3.4 地基承載力計(jì)算

持力層為原狀砂礫層、局部為回填沙礫料（相對(duì)控制密度0.75），容許承載力標(biāo)準(zhǔn)值300KPa，折減系數(shù)0.4。

4 支架預(yù)壓

采用沙袋靜壓法。材料為1t的沙礫料帆布袋，共683袋。加載順序?yàn)閺墓叭蛇吂澳_→拱頂→拱圈1/4段位置。靜載試驗(yàn)需要測(cè)設(shè)的數(shù)據(jù)主要有底模板的撓度，測(cè)量時(shí)對(duì)各測(cè)量點(diǎn)做詳細(xì)標(biāo)記。測(cè)點(diǎn)共設(shè)21個(gè)，縱向每3.75m布設(shè)一個(gè)斷面，每個(gè)斷面左中右3點(diǎn)。預(yù)壓前，設(shè)置變形觀測(cè)點(diǎn)，做好標(biāo)記，第一次進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄。第一級(jí)根據(jù)混凝土施工澆筑順序均勻加載達(dá)到60%，在加載完成后及12h后進(jìn)行二次觀測(cè)記錄。第二級(jí)加載達(dá)到80%，在加載完成后及12h后進(jìn)行二次觀測(cè)記錄。第三級(jí)加載達(dá)到100%，在加載完成后及24h、48h、72h進(jìn)行觀測(cè)記錄。壓重全部卸載后6h，進(jìn)行觀測(cè)并記錄[6]。

對(duì)各次觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，得出移動(dòng)模架的非彈性變形值和彈性變形值。60%加載12h后平均沉降量為1.19mm：小于2mm，合格；80%加載12h后平均沉降量為0.48mm：小于2mm，合格；100%加載72h后平均沉降量為2.19mm，小于5mm，合格。彈性變形：斷面1～7的21個(gè)測(cè)點(diǎn)平均彈性變形最大11mm，最小6mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)計(jì)算，本支架方案是安全可靠的，實(shí)際施工中也采用了該方案。

用正確可行的計(jì)算理論對(duì)滿堂支架進(jìn)行受力分析，對(duì)各項(xiàng)安全要求進(jìn)行全面計(jì)算，驗(yàn)證支架設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

通過嚴(yán)格的預(yù)壓裝載和卸載的過程測(cè)量，確定鋼管支架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足施工要求，鋼管支撐架的承載力和穩(wěn)定性均合格。支架受載后桿件的擠壓和卸落設(shè)備壓縮而產(chǎn)生的非彈性變形均得到有效的消除。

支架預(yù)壓是拱圈施工非常重要的一道工序。通過對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，為該拱橋的成功施工提供了重要條件，對(duì)同類工程的施工有著很好的借鑒作用。

落架作業(yè)是主拱圈澆筑的最后一道工序，也是關(guān)鍵的一道工序。本工程中主拱圈混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的100%后，進(jìn)行主拱圈卸架，提高了安全保證度。