浅谈新型盘扣式支架在现浇箱梁施工的应用

窦军帅

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

1 工程概况

岢岚至临县高速公路是《山西省高速公路网规划》“三纵十二横十二环”中西纵高速公路的重要组成部分，也是山西省西部把第四横（保德—五台长城岭）和第五横（平定杨树庄—佳县）高速公路连接起来的重要路段。岢临高速公路第LJ1合同段起点位于山西省岢岚县高家会乡西会村，终点位于岢岚县高家会乡草城村，线路起讫桩号为K1+100—K4+400，路线全长5.5 km，包括路基土方、涵洞、桥梁和岢岚纽互通工程。

岢岚枢纽上有7座现浇箱梁桥，全长约为717 m，桥面宽度均为19.5 m。桥上部结构为单箱双室钢筋混凝土现浇连续箱梁或预应力现浇箱梁，下部结构为柱式墩，钻孔灌注桩基础。

2 施工难点

岢临高速LJ1标现浇箱梁主要位于岢临枢纽本区地形切割剧烈，河谷发育，沟壑纵横，高差变化较大。本合同段内湿陷性黄土一般为Ⅱ级非自重—Ⅱ级自重湿陷，湿陷土层厚度5～10 m。由于人工整修，地面多为台阶地和耕地，且岢保高速和岢保公路斜交，征地工作困难，车流量较大，当地居民对工程施工干扰性较大。现浇箱梁施工过程中，存在以下施工难点。

a）现浇箱梁支撑高度为15.5～18.5 m，其中AK1+388.469（第二部），AK1+478.569（第三部分）现浇箱梁桥面宽为19.5 m，架体高度均为18.5 m，翼板处高为20 m。

b）现浇箱梁支撑荷载大，其中AK1+478.569（第三部分）现浇箱梁外腹板高2.15 m，宽0.9 m，及2号横梁高2 m，宽2 m直接需搭设18.5 m的支架来支撑。

c）施工工期非常紧，业主要求我项目段内岢岚枢纽的现浇桥在3个月内完成所有现浇箱梁的施工，需完成7座现浇箱梁桥，全长约为717 m，桥面宽均为19.5 m，混凝土方量约为1万m3；而且部分现浇桥下部墩柱还没有完成，施工任务重；由于岢岚入冬较快，施工工期短，箱梁其实施工时间不到60 d，且搭设脚手架的体积达17万m3，须一次性投入大量方木及竹胶板等材料，施工任务难度大。因此选择较为经济和安全的施工方案是本工程现浇箱梁施工的重点。

3 施工方案的对比与选择

目前，我国满堂式模板支架绝大部分地区主要采用碗扣式钢管脚手架、门式钢管脚手架、扣件式钢管脚手架等传统脚手架，其中以碗扣式钢管脚手架为现浇箱梁应用比较广泛。

碗扣式钢管脚手架是采用定型钢管杆件和碗扣接头连接的承插式多立杆脚手架。碗扣式钢管脚手架（以下简称“碗扣架”）。根据上部荷载大小情况，横杆通常选用 HG-30、HG-60、HG-90 和 HG-120。平面布置设计时，往往仅仅在斜腹板、中隔板和墩柱处进行加密设计处理，并设置纵、横向垂直钢管大剪刀撑和水平层钢管大剪刀撑。垂直高度利用可调底座、可调托座和0.3 m立杆进行调节。

目前新型承插型盘扣式钢管支架应用比较多，承插型盘扣式钢管支架由立杆、水平杆、斜杆、可调底座及可调托座等构配件构成。立杆采用套管或连接棒承插连接，水平杆和斜杆采用杆端扣接头卡入连接盘，用楔形插销快速连接，形成结构几何不变体系的钢管支架[1]。

根据现浇箱梁的结构形式、现场施工条件和工期要求，因此适合本项目施工方案均为碗扣式钢管脚支架和承插型盘扣式钢管支架。根据这两种支架的结构特点分别进行安全性、经济性和结构受力情况的对比，进行选择适合本工程的施工方法。

3.1 安全性分析比较

根据碗扣式钢管脚支架和承插型盘扣式钢管支架的结构特点进行安全性分析，见表1支架安全性分析表。

表1 支架安全性分析表

在实际施工过程中，承插型盘扣式钢管支架比碗扣式钢管脚支架的安全性优点主要体现在以下几个方面：

a）盘扣式支架在节点形式上为半刚性连接，其为了防止水平杆和斜杆的杆端扣接头的插销与连接盘在支架使用过程中滑脱，插销设计为具有自锁功能的楔形，同时插销端头设计有弧形弯钩段确保插销不会滑脱。在插销未用榔头击紧的条件下，插销的抗拔力达到0.5～1 kN，在一般榔头击紧2～3下的条件下，插销的抗拔力达到2.5～5 kN，能够满足施工现场扣接头在使用过程中的防滑脱拔出要求。支架搭设完成后，直接可以目测检查扣接头插销的插入状况和击紧程度。而碗扣式支架的碗扣接头连接须等4个横杆安装后，再用榔头击紧的方式，不能直接检查其击紧程度，且存在漏击紧的情况，留下安全隐患。

b）碗扣支架的稳定性主要靠竖向和横向剪刀撑，在设计时施工间距都符合规范和设计要求，但是施工过程往往由于扣件用量不足，特别是与各立杆交点处扣件严重不足，这也给支架整体稳定打了一个很大的折扣；而盘扣式支架专门设计标准化竖向斜杆，带有自锁式插销，为支架的搭设保证了架体整体结构的稳定性。

c）盘扣式支架采用热镀锌浸锌工艺，有效地防止了构件在使用期内因材料腐蚀而造成的承载力下降，确保产品性能的一致。而且架体外观呈银灰金属色，色泽美观统一，达到安全文明施工的要求；而碗扣支架目前市场的大多数为锈蚀的碗扣件，且按现行安全技术标准规定承重主立杆壁厚为3.5 mm，然而市场上小部分仅有3.0 mm，更大部分仅有2.75 mm，基本上没有3.5 mm，再加上内外表面锈蚀，承载力大大减少。实际施工过程中，存在着一定的安全风险。

3.2 方案的经济比较

主要是碗扣支架和盘扣式支架的取舍，对其进行经济分析。拟建造价费用如表2。

表2 方案经济对比

从表2可见，盘扣式支架的方案低于传统碗扣支架的费用。盘扣支架的价格包括了支架的搭设和拆除及材料组织与运输、现场施工与安全管理等全部环节，由专业的施工队伍进行集中管理和施工，使工程中脚手架专项的风险系数降至最低。其中，盘扣式支架用新型设计的工字型铝梁代替了方木，大大减少了前期成本的投入同时也降低了施工成本。

3.3 结构特点对比

a）碗扣型脚手架是带齿碗扣接头连接各种杆件，采用立杆（φ48×3.5）A3焊接钢管作为主构件，立杆和顶杆是在一定长度的钢管上每隔0.6 m安装一套碗扣接头制成，碗扣分上碗和下碗。连接时，将横杆接头插入碗扣内，将上碗扣沿限位销扣起，形成框架结构。

b）盘扣式支架立杆均使用Q345B低碳合金结构钢，圆盘式节点设计，自锁式插销设计，比传统脚手架所用的Q235普通碳钢管材质有大幅提升，特别使得立杆（φ60×3.2）的承载力得到大幅度提升（单杆极限荷载可达20 t）。盘扣节点构成由焊接于立杆上的连接盘、水平杆杆端扣接头和斜杆杆端扣接头组成，特有的斜拉杆设计，形成稳定的格构柱结构。

表3 承插型盘扣式钢管支架主要构配件材质

从两种脚手架结构对比，盘扣式支架相比碗扣式支架框架结构，形成稳定的格构柱结构，使得脚手架的整体稳定性大大提升，且结构计算模型简单，极大提高了设计方案的可靠性。其中采用铝合金工字梁，强度高，弹性模量E=70 100 N/mm2,惯性矩I=6 035 000 mm4,截面尺寸为70×150 mm，重量轻，在U型槽内镶嵌有木条，便于钉模板，代替了方木，有效地提高了使用率，降低施工成本。

4 盘扣式支架的设计

根据施工设计图纸（岢岚枢纽AK1+388.469匝道桥（第二部分）为例），其上部结构跨径组成为5×20+6×20 m单箱双室钢筋混凝土现浇连续箱梁，进行盘扣式支架计算。

4.1 盘扣式支架设计

盘扣式支撑架搭设方式为满堂红，支撑架设计方式是从处理后的地面标高处开始搭设，地基处理先采用10 cm混凝土，而后在混凝土上铺设木跳板，架体支撑在木跳板上。往上直到箱梁梁下，上铺双根铝合金工字梁作为梁的主龙骨，排列间距为1 200 mm、1 500 mm，次龙骨采用单根铝合金工字梁作为次龙骨，排列间距腹板下采用，腹板下间距为100 mm，其他为200 mm。

架体布置：墩柱两侧2 m范围内设2排纵向间距1.2 m支架，其余部分纵向间距1.5 m。腹板下立杆间距采用1.2×1.5 m格构柱，底、顶板下立杆间距采用1.5 m×1.2 m、1.5 m×1.5 m、1.5 m×1.2 m、1.8 m×1.5 m。格构内水平杆和竖向斜杆布置步距为1.5 m。连接格构水平杆布置步距为3 m，按盘扣式支架设计图纸实际搭设。详见架体布置图。

图1 AK1+388.469（第二部分）现浇箱梁盘扣支架搭设平面图

4.2 盘扣式支架受力分析

根据施工图纸和箱梁特点，以箱梁最不利位置立杆出的中线梁高为1.6 m渐变梁边高1.92 m，立杆承重混凝土断面面积1.42 m2，横向长度为1.2 m；纵向间距1.5 m，进行支撑架体承载力验算。

图2 箱梁横断面图

4.2.1 箱梁荷载

4.2.1.1 荷载

a）钢筋及混凝土自重取 26 kN/m3×1.42 m2×1.5 m=55.38 kN；

b）模板及主次龙骨取1.2 kN/m2×1.2 m×1.5 m=2.16 kN；

c）支撑架体自重取0.15 kN/m3×1.2 m×1.5 m×19.8 m（作用架体高度）=5.35 kN；

d）施工人员及设备荷载取3 kN/m2×1.2 m×1.5 m=5.4 kN；

e）振捣荷载为 2 kN/m2×1.2 m×1.5 m=3.6 kN.

4.2.1.2 荷载组合

恒荷载分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4。则 q1=a+b+c+d+e=71.89 kN，q2=1.2×（a+b+c）+1.4×(d+e)=88.07 kN[1].

4.2.2 箱梁稳定性验算

按照《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ 231——2010），不组合风荷载计算。

4.2.2.1 立杆的截面特性

A=571 mm2，i=20.10 mm，f=300 N/mm2，E=2.06×105N/mm2，L=1 500 mm。A为立杆截面面积；i为回转半径；f为立杆压弯强度；E为立杆弹性模量；L为自由强度。

根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ 231—2010）中 5.3.2-1公式计算：

支架的单立杆计算长度（一般取最大值）

式中：l0为支架立杆计算长度；h’为支架立杆顶层水平步距，m，宜比最大步距减少一个盘扣的距离；k为悬臂计算长度折减系数，可取0.7；a为支架可调托座支撑点至顶层水平杆中心线的距离，m。

4.2.2.2 立杆稳定性计算不组合风荷载

式中：φ为轴心受压构件的稳定系数，根据立杆长细比 λ=l0/i=1 800 mm/20.1 mm=90，按《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ 231—2010）中，附录 D取值，φ=0.550。

故稳定性满足要求。从结果上看，盘扣式支架间距大，而且立杆承载能力好稳定性较好[2]。

5 结语

本文结合现场地形和条件，在现浇箱梁施工过程中，充分展示出支架材料用量少，安装和拆除工效高，不仅保证了施工安全、工程质量和结构安全，还大大提高了现场文明施工程度，提高了施工技术含量，取得了良好的技术经济效益。对盘扣式支架的技术和经济比较，节约施工成本，同时保证施工安全。由于工期短，盘扣式支架的施工方案施工成本较低，避免了碗扣式支架管理和施工各方面的问题。