大跨度現澆箱梁支撐體系的設計與施工

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

緯十三路為核心區市政道路建設工程中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，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，體型較大且現場施工條件較好，項目部結合當地材料供應條件及成本分析，最終決定采用就地搭設滿堂支架后綁扎鋼筋、立模并分層澆筑混凝土的現澆箱梁施工工藝進行施工。

圖1 箱梁標準橫斷面布置圖

從整個施工過程看，滿堂支架的設計與施工控制是現澆箱梁施工過程中的重要環節，對整個施工過程尤為關鍵。同時，在支架搭設完成后還須對支架進行預壓。

3 滿堂支架的設計

3.1 地基處理

由于路基多為泥質頁巖，搭設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，養生后作為滿堂支架的持力層，再在其上搭設滿堂支架。

為避免地表水浸泡導致地基下沉，必須有效排除地基周圍的地表水或降雨積水，在橋臺兩側及順橋梁方向回填區開挖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排水溝內，橋臺兩側的排水溝應避開立桿布置位置。

橋梁施工完成后，應對墊層、行車道及導墻混凝土進行破碎、清理。

3.2 碗扣式滿堂支架的設計

項目部根據現場情況及當地材料供應情況經對比分析后決定采用碗扣式鋼管腳手架進行現澆箱梁滿堂支架的搭設。碗扣節點構造見圖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 碗扣節點構造圖[2]

3.2.1 門洞支架的設計

為滿足施工期間的行車需要，需在搭設支架時設置車輛通行門洞，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(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要求時采用方木、頂托進行調整。門洞支架立桿內側設置長28.4 m、平均高度為1 m、厚0.4 m的C20混凝土防護墻，引導段長度為3.5 m，兩側對稱設置。門洞縱、橫向布置情況見圖3、4、5。

(1)混凝土防撞墻?；A置于支架墊層混凝土以下且深度不小于30 cm，基礎清至基巖面后，視現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、黑相間的交通引導及警告標志，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10 cm×10 cm的方木，間距30 cm，橫橋向布置；工字鋼上部鋪設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長的立桿進行調節，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、頂部采用可調托撐(底托KTZ-60，頂托KTC-60)，可調托撐螺桿伸出長度不超過300 mm，插入立桿內的長度不小于150 mm。

根據支架搭設高度和施工荷載，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，在架體外側周邊及內部縱、橫向每5跨(不小于3 m)由底至頂設置連續豎向剪刀撐，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，在架體外側周邊及內部縱、橫向每4跨(不大于5 m)由底至頂設置連續豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為4跨。

(3)張拉操作平臺采用鋼管架斜挑搭設，寬度不小于1.5 m。

布置過程中，斜桿與地面的傾角應在45°～60°之間[3]。

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

4 支架搭設施工

4.1 支架搭設

(1)支架安裝嚴格按照圖紙施工，安裝時先確定起始安裝位置，根據地面標高確定立桿起始高度并安裝預制塊，利用可調底托將標高調平后安裝立桿。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，用扣件式鋼管設置剪刀撐。剪刀撐的設置應從頂到底連續，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。

(4)兩側腹板采用3 m長短鋼管斜向支撐，使用轉扣與碗扣架固定，操作平臺及張拉平臺根據現場高度設置，臨邊設高度不小于1.2 m的安全欄桿，欄桿下方設置水平兜網，外側設置安全密目網。

(5)在門洞導墻兩端起點采用100 mm×6 m方鋼管設置限高、限寬裝置，方管表面涂刷紅、黑相間的油漆并懸掛限高、限寬標志；兩端導墻沿行車道方向40 m安設水碼；水碼終點處兩側各設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 支架預壓

為檢驗支架及地基的強度及穩定性，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壓，預壓荷載為梁體自重與模板重量之和的110% 。

預壓范圍及順序：支架預壓加載范圍不應小于現澆混凝土結構物的實際投影面。當縱向加載時，宜從混凝土結構跨中開始向支點處進行對稱布載；當橫向加載時，應從混凝土結構中心線向兩側進行對稱布載。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，預壓前應在模板上滿鋪彩條布予以保護。

預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場在荷載分別達到60%、80%、100%預壓荷載時，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個監測斷面；每個監測斷面上對稱布置5個監測點(中心點1個，對稱的腹板位置各1個，兩側翼緣板處各1個)。

預壓時間：加載完畢，持續預壓7 d，以滿足施工時混凝土澆筑后所產生的一定強度及預應力張拉需要。

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

4.3 施工預拱度

支架預壓變形預拱度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備壓縮產生的非彈性變形δ2。

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

(3)支架基礎在受載后的非彈性壓縮δ3=10 mm。

則：δ=δ1+δ2+δ3=6+4+10=20(mm)。

由于該橋在設計時按全預應力混凝土構件進行了計算，故梁的撓度(設計預拱度)可不予考慮[5]，施工預拱度只需根據支架預壓變形所計算出的預拱度作為施工預拱度的最高值，設置在梁的跨徑中點，支座處預拱度為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拱度值見表1。

表1 支架預壓變形主要特征點預拱度分配表

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 質量控制要點

(1)支架搭設前，對進場的支架進行檢查，支架 、鋼管 、扣件的質量應符合規范要求，不準使用銹蝕、彎癟、滑牙和有裂縫的金屬桿件 。

(2)立桿的接長縫應錯開，即第一層立桿應用長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)應對立桿的垂直度嚴格加以控制：高度30 m以下的架子按1/400控制且其全高的垂直偏差應不大于10 cm。

(4)支架拼裝到位時，應用經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底托或用薄鋼板調整墊實。

6 安全控制要點

(1)搭、拆作業前應對操作人員進行專項安全教育、安全技術交底簽字手續，作業人員應持證上崗。

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

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

(4)支架頂層兩側掛安全網，防止物件落下造成人員傷害。

(5)搭、拆時應設置警戒區，由專人負責監控并記錄。

7 結 語

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