下穿道路滿堂支架安全性分析

田 雨，高忠旺

(1.山東省路橋集團有限公司，山東 濟南 250014；2.中國建筑第八工程局有限公司發(fā)展建設(shè)分公司，山東 青島 266000)

1 引 言

近年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展，下穿道路、橋梁等大體積現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工時，常采用滿堂支架作為支撐結(jié)構(gòu)[1]。使用滿堂支架進行施工可以最大限度的保證人力和物資得到充分地利用。滿堂支架的穩(wěn)定性關(guān)系到混凝土澆筑的安全與質(zhì)量，支架承載力不足、變形過大會引發(fā)混凝土澆筑質(zhì)量差、模板掉落等問題，滿堂支架安全性分析關(guān)系到施工成敗[2，3]。

針對下穿道路混凝土澆筑模板及支架穩(wěn)定性問題，研究依托泉州市二重環(huán)灣快速路下穿道路工程，采用理論分析等方法，分析了了下穿道路混凝土澆筑與模板的設(shè)計方案，揭示了滿堂支架的穩(wěn)定性，相關(guān)研究成果可以為下穿道路滿堂支架設(shè)計提供參考。

2 工程概況

工程中部快速路起點位于育青中學(xué)西側(cè)，終點位于晉江市看守所東側(cè)。道路全長約1.246 km。閉合框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用三孔整體式矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)斷面，頂板、側(cè)墻厚1.0 m，底板厚1.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段框架內(nèi)凈高6.3 m、加深段框架內(nèi)凈高7.3 m及高度漸變段。閉合框架長380 m，分19節(jié)段，節(jié)段之間設(shè)3 cm寬變形縫。閉合框架兩端頂板頂設(shè)置鋼筋混凝土擋墻。閉合框架采用C40防水混凝土現(xiàn)澆，擬建場區(qū)屬剝蝕丘陵區(qū)，剝蝕丘陵地貌地表標(biāo)高約27.49～31.00 m，地形較平緩，表層分布素填土。場地地下水主要賦存于剝蝕丘陵地貌坡積粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土、花崗巖風(fēng)化巖層中的孔隙～裂隙潛水。場地地下水以孔隙潛水為主，水量有限，屬于弱透水性。

3 下穿道路模板及滿堂支架設(shè)計

主體結(jié)構(gòu)澆注時，兩端堵頭采用15 mm厚木膠板，中墻腋角懸模采用鋼模板；側(cè)墻、中墻模板采用組合鋼模，頂板采用木膠板。底板堵頭模板采用15 mm厚木膠板模板，外肋采用5×10 cm方木，間距25 cm，橫向排列。方木外背雙排豎向鋼管，間距90 cm。中埋式止水帶處采用上下方木夾設(shè)方式，在轉(zhuǎn)角止水帶鋪設(shè)位置采用整體模板分割夾設(shè)方式，方木、拉桿和膠合板相互作用使鋼管連為一體。在受力鋼筋上焊接橫向鋼筋固定模板體系，焊接斜撐支架頂緊鋼管豎向中點以增加模板體系剛度。底板矮側(cè)墻模板采用定制鋼模板拼裝，用鐵絲將雙拼橫鋼管上下各一排捆至模板上，在雙拼鋼管上每50 cm設(shè)置一道對拉桿，對拉桿內(nèi)側(cè)與底板鋼筋焊接，外側(cè)通過蝴蝶卡將方木與膠合板連接成整體。底板矮側(cè)墻模板采用P6015組合鋼模，用鐵絲將雙拼橫鋼管上下各一排捆至組合鋼模肋板上，上下各設(shè)一道斜撐，斜撐用鋼筋焊接至底板頂層橫向連接筋上作為反力支座，支座橫向用鋼筋連為一體，加強穩(wěn)定性，斜撐間距1.5 m。中墻采用15 mm鋼模加工制作拼裝，鋼模背后內(nèi)楞采用5×10 cm方木，間距30 cm，方木外背雙拼鋼管，上下各一排，鋼管通過對拉螺栓、蝴蝶卡將方木與鋼模連接成整體。

中墻模板采用鋼模板拼裝而成，外背雙拼鋼管，每50 cm設(shè)1排，鋼管通過對拉螺栓、蝴蝶卡將方木與鋼模連接成整體。外側(cè)每1×1 m設(shè)置鋼管斜撐，保證柱體澆筑時穩(wěn)固，不發(fā)生測斜現(xiàn)象。閉合框架頂板支架采用承插式盤扣滿堂支架。滿堂支架搭設(shè)高度標(biāo)準(zhǔn)段6.3 m、加深段7.3 m，側(cè)墻內(nèi)模使用組合鋼模，頂板及腋角部位使用15 mm厚木膠板模板。施工時搭設(shè)盤扣滿堂支架，盤扣支架基本尺寸縱距×橫距×步距=120×120×150(cm)，局部減小距離以作調(diào)整。側(cè)墻內(nèi)模背楞先豎后橫，豎楞用單根鋼管，間距30 cm，并且為提高模板剛度，每90 cm設(shè)雙拼鋼管，用勾頭螺栓拉緊鋼模。橫楞用雙拼鋼管，間距90 cm。腋角頂板木膠板模板下設(shè)單層方木支承縱向放置，間距20 cm，下層方鋼，橫向放置，間距120 cm。頂板及側(cè)墻模板用可調(diào)頂托與鋼管撐牢。

4 滿堂支架安全性驗算

4.1 立桿強度驗算

滿堂支撐腳手架長度為20 m，寬度為13.25 m，高度為7.3 m，縱橫向水平桿步距為1.5 m，立桿縱距為1.2 m，立桿橫距為1.2 m，橫桿與立桿的連接方式為盤扣式，扣件抗滑移折減系數(shù)為1，立桿的布置形式為單立桿，平臺橫向支撐鋼管類型為單鋼管，立桿計算長度系數(shù)為1.44，立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度為0.4，頂板自重為26 kN/m2，模板及模板支撐荷載為0.2 kN/m2，施工人員、施工材料和機具荷載為1 kN/m2，混凝土振搗荷載為1 kN/m2，支架自重荷載為1.58 kN/m2。梁底板底支撐縱向鋼管的類型為Ф60×3.2，鋼管截面抵抗矩為7.70，鋼管截面慣性矩為23.1 cm4，鋼管彈性模量為2.06×105 N/mm2，鋼管抗壓強度設(shè)計值為205 N/mm2。橫桿和立桿連接方式為盤扣式，連接盤抗剪承載力設(shè)計值為40 kN，扣件抗滑移折減系數(shù)為1，立桿的鋼管類型為Ф60×3.2，鋼管截面回轉(zhuǎn)半徑為2.01，鋼管的凈截面為5.71 cm2，鋼管抗壓強度設(shè)計值為300 N/mm2，立柱的布置形式為單立桿，立桿計算長度系數(shù)為1.44。

立桿穩(wěn)定性的驗算要先求出立桿需承擔(dān)軸力，支架驗算不考慮風(fēng)荷載組合，立桿受力如下

N=1.2(Q1+Q2)+1.4[(Q3+Q4)LxLy]

(1)

式中：Q1為模板支架自重標(biāo)準(zhǔn)值；Q2為新澆鋼筋混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值；Q3為施工人員設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Q4為澆筑和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值;Lx、Ly為為立桿縱橫間距；

支架立桿計算長度為2.16 m，在橫梁頂托與底托之間處立桿步距為1.5 m，立桿回轉(zhuǎn)半徑為2.01 cm，長細比為107，軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)為0.424，舊支架應(yīng)力折減系數(shù)為0.85，立桿承載能力N0如下

N0=φA[f]k

(2)

式中：A為鋼管的凈截面5.71 cm2；[f]為鋼管抗壓強度設(shè)計值300 N/mm2；k為舊支架應(yīng)力折減系數(shù)0.85；φ為壓桿穩(wěn)定系數(shù)0.424。

立桿承載能力需大于立桿上受力，根據(jù)公式(1)和公式(2)求解得出立桿受力為52 kN，立桿剛度61.7 kN，立桿強度滿足要求。

4.2 面板驗算

面板類型為覆面木膠合板，面板厚度為15 mm，面板抗彎強度設(shè)計值為15 N/mm2，面板抗剪強度設(shè)計值為1.4 N/mm2，面板彈性模量為6 000 N/mm2，面板計算方式為三等跨連續(xù)梁。面板長度為300 mm，面板凈截面抵抗矩為37 500 mm3，截面慣性矩為281 250 mm2。承載能力極限狀態(tài)下所承受荷載為34.36 kN/m，承受靜荷載為31.56 kN/m，承受活荷載為2.8 kN/m，正常使用極限狀態(tài)下所承受荷載為28.3 kN/m。面板強度應(yīng)滿足面板承載能力，強度驗算如下

(3)

式中：q1靜為承載能力極限狀態(tài)下所承受的靜荷載；q1活為承載能力極限狀態(tài)下所承受的活荷載；L為面板的長度；w為面板凈截面抵抗矩；[f]為面板抗彎強度設(shè)計值。

面板除滿足強度要求外，還應(yīng)滿足變形要求，撓度計算如下

(4)

式中：q為正常使用極限狀態(tài)下所承受荷載；L為面板的長度；E為面板的彈性模量；I為截面的慣性矩。

根據(jù)公式(3)和公式(4)可以看出滿堂支架面板滿足強度和變形要求，滿堂支架面板具備較高的安全性。

5 結(jié) 論

滿堂支架的穩(wěn)定性關(guān)系到混凝土澆筑的安全與質(zhì)量，研究依托泉州市二重環(huán)灣快速路下穿道路工程，采用理論分析等方法，開展了模板滿堂支架設(shè)計和安全性分析，得到以下結(jié)論。

(1)在受力鋼筋上焊接橫向鋼筋固定模板體系，焊接斜撐支架頂緊鋼管豎向中點可以增加模板體系剛度。

(2)針對滿堂支架穩(wěn)定性，開展了立桿穩(wěn)定性、面板強度和面板撓度的驗算，通過驗算揭示了滿堂支架可以滿足安全性要求，保障了工程的質(zhì)量和安全。