现浇系杆满堂支架施工过程安全评估

刘洪斌

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

1 工程概况

某系杆拱桥项目线路总长324.7 m，其中桥梁段101.56 m。桥梁正常段宽36.5 m，横断面布置为：4 m（人行道）+2.304 m（索区）+0.38 m（护栏）+3 m（非机动车道）+0.566 m（隔离墩）+16 m（机动车道）+0.566 m（隔离墩）+3 m（非机动车道）+0.38 m（护栏）+2.304 m（索区）+4 m（人行道）＝36.5 m。

桥梁拱脚段宽39.5 m，横断面布置为：4 m（人行道）+3.804 m（索区）+0.38 m（护栏）+3 m（非机动车道）+0.566 m（隔离墩）+16 m（机动车道）+0.566 m（隔离墩）+3 m（非机动车道）+0.38 m（护栏）+3.804 m（索区）+4 m（人行道）＝39.5 m。

图1 桥型布置图

下部结构桥台分3部分设计，中间机动车道处桥台台帽高2.5 m，宽2.5 m，下接单排3根直径1.5 m钻孔灌注桩基础，桩长15 m。两侧非机动车道、索区、人行道部分桥台台帽高2.5 m，宽6.4 m，下设双排6根直径1.5 m钻孔灌注桩基础，桩长28 m。

上部结构由拱肋、系梁与桥面板、吊杆、拱肋横撑、桥面系组成。

a）系梁采用预应力混凝土刚性变截面加劲系梁，端横梁处4.5 m段系梁高度3.2 m，跨中正常段系梁高度2.2 m，纵向两侧各设置2 m过渡段。

b）横梁采用预应力混凝土结构与系梁刚性连接。吊杆处横梁采用“T”形断面，腹板宽度0.6 m，吊杆处腹板加宽至0.8 m，由于横坡影响，横梁高度为2.07～2.26 m。拱脚处端横梁采用箱形断面，横梁宽度4.5 m，箱室壁厚0.6 m，箱内横隔板厚度0.3 m，由于横坡影响，横梁高度为3.05～3.24 m。桥面板厚度为25 cm，与横梁刚性连接形成整体，施工时横梁预留施工接头，桥面板二次浇筑。

2 满堂支架施工方案

2.1 测量放样

施工前对搭设支架的现场地形高程进行测量，采集标高数据；然后对桥梁处需要搭设支架及吊装平台[2]位置进行放样。

2.2 基础处理

依据前期对地基的承载力检测，桥址范围内地基承载力达不到支架受力要求，需要对地基进行处理，处理后地基承载力达到要求方可搭设支架，具体处理方法如下：

a）首先依据测量放设的支架基础范围坡脚线，涉水的位置用素土分层填筑顶宽3.0 m围堰，围堰向外放1∶1.25坡，防止基槽开挖时水潭水进入基槽。

b）围堰完成后排干基础范围内的积水，再依照从基础中间向两侧推进的方式开挖换填回填土层，依据设计地勘资料换填深度为1.5 m，换填分层碾压密实，要求地基承载力达到250 kPa。

c）基槽开挖后从两侧向中间推进分层填筑片石，用振动压路机碾压密实，换填完成后在片石层上分层填筑1.5 m砂砾土，分层碾压密实，压实度达到95%，地基承载力不小于250 kPa。填筑最后一层砂砾层以桥梁纵向中心线向两侧设置1.0%横向排水坡。

d）砂砾层完成后分两层摊铺40 cm厚二灰碎石隔水层，分层碾压密实，压实度要求达到95%，地基承载力不小于250 kPa，二灰碎石摊铺完成后需断交洒水养护7 d以上。

e）二灰碎石养护合格后修整基础边坡，坡度均为1∶1.25，坡度修整达到要求后从碎土围堰顶面起（回填砂砾层坡脚）砌筑40 cm厚浆砌片石护坡，防止雨水冲刷边坡，对基础造成破坏，同时防止砂砾进入水潭造成污染。

f）基础处理合格后浇筑25 cm厚的C20混凝土，并在支架基础两侧设置纵向排水沟。

2.3 支架搭设[3]

采用φ48×3.5碗扣式支架顺桥向布置，在横梁处为0.6×0.6 m×1.2 m（纵距×横距×竖向步距），其余均为0.9×0.6 m×1.2 m（纵距×横距×竖向步距）布置；支架顶部布设纵、横向分配梁，纵向分配梁采用两根φ48×3.5钢管，按照立杆间距置于顶部的顶托盘上，横向分配梁置在纵分配梁上，采用100 mm×100 mm方木，分别按照30 cm间距布置。立杆下设底托调整支架水平，立杆顶端设顶托调整模板平整及坡度。立杆高度用可调底托和顶托来调节，搭设支架时应保证可调底座高度基本一致，以便使碗扣支架连接横杆安装牢固。施工时根据梁底的净高合理搭配立杆和顶托，确保顶托在调节范围内工作。搭设支架必须注意支架的高度变化。保证几何尺寸准确，并保证有足够的刚度，使每行、列的脚手架连成整体，尽量减少支架的自由长度，最后用脚手架钢管在侧面搭设剪刀撑加固，纵向剪刀撑每隔5 m设一道，横向剪刀撑每隔5 m设置一道。剪刀撑设置成45°～60°左右角度交叉用十字扣锁紧。钢管宜用直扣进行连接，在采用十字扣搭接时在搭接长度范围必须设置两道十字扣。支架在安装完成后，应对其平面位置、顶部高程、节点连接及纵横向稳定性进行全面检查，符合要求后方可进行下一步工序。特别是纵横向剪刀撑的检查，其数量满足要求后方可进行模板的拼装工作。

2.4 底模拼装

底模、侧模采用15 mm厚竹胶板，规格为1.22 m×2.44 m，底板及翼缘板位置，横桥向铺设1.22 m，纵桥向铺设2.44 m，要求纵横向拼缝均拉线对齐，做到美观顺直。同时模板拼缝贴好2 mm双面胶条，并挤紧，做到拼缝平整、严密。模板的背面应设置背肋和次肋作为其支承系统，次肋沿桥梁纵向采用两根φ48×3.5钢管；背肋沿桥梁横向，采用100 mm×100 mm的方木。箱梁外侧腹板应加强模板外侧的斜向支撑，同时要加强底部支架的横向联结和斜撑（剪刀撑）。

2.5 支架堆载预压

为防止支架变形导致结构开裂，模板变形导致截面尺寸削弱或混凝土超方，必须确保支架及模板具有足够的刚度。支架及底模安装完毕后进行堆载预压试验，以消除非弹性变形。通过试验求出弹性变形，作为模板高程预留量的依据，并消除支架平面的不均匀变形。预压荷载严格按规范要求，按混凝土和模板荷载和的1.1倍；设计预压重为不小于1.2倍的结构重。采取砂袋进行预压试验，土（砂）袋堆码应整齐、紧密，在底模及侧模安装完毕后进行。

图2 支架预压监控点布置图

3 施工过程安全评价

3.1 底模安全性评价[4]

系梁底模采用竹胶板，板厚t=15 mm，竹胶板方木背肋间距为30 cm，背肋尺寸为10 cm×10 cm。所以验算模板强度采用小肋间距L=30 cm、截面计算宽度为b=100 cm的平面竹胶板，按三跨连续梁来计算弯矩。其截面特性为：

式中：b为计算宽度；h为计算厚度或高度；q为计算线荷载；I为惯性矩。

模板强度满足要求。

模板刚度满足要求。

3.2 分配梁安全性评价

纵向分配梁为两根φ48×3.5钢管，横桥向跨径为60 cm，最小间距为60 cm。

则1根钢管分配的荷载为：q=41.3/2=23.05 kN/m，

式中：b为计算宽度；h为计算厚度或高度；q为计算线荷载；I为惯性矩。

横梁强度满足受力要求。

横梁刚度满足受力要求。

综上，背肋满足受力要求。

3.3 支架安全性评价

立杆实际承受的荷载为：

式中：NG1K为支架结构自重标准值产生的轴向力；NG2K为构配件自重标准值产生的轴向力；NQK为施工荷载标准值。

梁下碗扣式钢管支架立横向间距为60 cm，纵向间距为60 cm，竖向步距为120 cm。

单位长φ48×3.5钢管重0.04 kN；立杆所承受支架自重NG2K=0.46 kN；立杆分配到的施工荷载、模板及排架产生的荷载NQK=0.6×0.6×4.5×1.4=2.27 kN.

立杆所受竖向力为：N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4ΣNQK=33.38 kN.

考虑到钢管的反复多次使用，故取0.8 Nu为钢管容许承载力：

[N]=0.8 Nu=0.8×48.9=39.1 kN，N=33.38＜[N]=39.1 kN.

所以立杆强度满足要求。

3.4 地基安全性评价

支架基础原地面标高以下150 cm回填土换填片石压实，地基承载力达到250 kPa，上分层填筑1.5 m厚砂砾层压实度达到95%，地基承载力250 kPa，砂砾层上分两层铺40 cm厚二灰碎石隔水层压实度达到95%，地基承载力250 kPa，上浇筑25 cm厚C20混凝土垫层。支架底托面积15 cm×15 cm。

图3 荷载传递路径

换填片石层地基承载力验算若继续采用扩散角法计算，则支架各钢管下应力通过扩散后，会出现多重应力叠加，计算偏离真实的地基承载力；故依《建筑地基基础设计规范》利用角点附加应力法，最大受力在立杆中心投影位置，将砂砾层顶面作为受竖向均布荷载的矩形面积，取60 cm×60 cm矩形受荷面积均分为4块计算对应中心位置的叠加角点附加应力值，此处（立杆中心）的应力附加值为σz，计算该附加应力作用下，原土地基承载力即可。

式中：αc为应力系数，中心角点位置处的附加应力系数查《建筑地基基础设计规范》表K内插为0.262。

同理可验算回填片石层下原土地基承载力。

式中：αc为应力系数，中心角点位置处的附加应力系数查《建筑地基基础设计规范》表K内插为0.122。

式中：[P]为该层地基承载力特征值，按设计地勘资料取160 kPa，故原土地基承载力满足要求。

4 结语

本文以某系杆拱桥为例，对该桥满堂支架的施工方案进行了介绍，同时对底模、分配梁、支架及支架基础进行了较全面的安全评价，分别进行了强度、刚度及稳定性分析计算，通过强度、刚度分析明确了施工过程中构件的最大应力及变形，为支架的可靠性提供依据，可供类似工程借鉴。