浅谈盘扣式支架在现浇箱梁施工中的应用

■黄森勇

(福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州 350001)

1 工程概况

兴田铺分离式大桥桥位区属于山前冲洪积U型宽谷地貌，地形坡度约0～5°，桥头桥台位于山坡坡脚，桥尾桥台位于山坡上，地形坡度约10～15°，桥梁横跨省道，与省道呈 30°。 全桥共五联：采用[4×30+(3×30+21)+(21+35+30)+(30+50+30)+4×30]m预应力混凝土连续箱梁，桥长554m。下部结构0号桥台采用肋板式台，18号桥台采用柱式台，桥墩采用柱式花瓶墩配桩基。上部结构为预应力混凝土现浇等高箱梁。箱梁梁高1.8m，单箱三箱室，梁顶宽14.75m，梁底宽 9.75m，两侧翼缘板长度为 2.0m，采用斜腹板形式，顶板厚 25～60cm，底板厚 25～60cm，腹板厚45～145cm，箱梁顶底板平行，桥面横坡通过箱梁整体旋转形成，下部花瓶墩墩顶水平，通过调节垫石厚度实现上下部之间的坡度实现。该桥箱梁断面尺寸图如图1～2所示：

图1 梁体端部断面

图2 梁体跨中断面

2 承插型盘扣式支架结构特点

2.1 材料特点

兴田铺分离式大桥采用满堂支架法施工，支架采用A型承插型盘扣式钢管，可调底座采用A-XT型，尺寸为Φ48mm×6.5mm，材质为Q235B；立杆采用A-LG型，尺寸为Φ60mm×3.2mm，材质为Q345A；水平杆采用A-SG型，尺寸为Φ48mm×2.5mm，材质为Q235B；竖向斜杆采用AXG型，尺寸为Φ48mm×2.5mm，材质为 Q195；水平斜杆采用 A-SXG型，尺寸为 Φ48mm×2.5mm，材质为 Q235B；可调托座采用A-ST型，尺寸为Φ48mm×6.5mm，材质为Q235B。盘扣式支架材料属于低碳合金钢，其强度是传统脚手架普碳钢管的1.5～2倍，采用热镀锌防腐工艺，提高了产品的使用寿命和安全性，保持良好的力学性能。

2.2 结构受力特点

承插型盘扣式支架立杆设置有0.5m模数的连接圆盘，为了保证横杆和斜杆同圆盘的连接效果，连接端设带有弧形弯钩且具自锁功能的楔形插销。根据厂家提供的检测检验报告，Φ60mm×3.2mm的盘扣支架单根立杆的最大承载力为20t，而Φ48mm×3.2mm碗口式支架单根立杆的最大承载力为4t。从结构受力来看，盘扣式支架荷载主要通过立杆的轴向传力，在圆盘处横杆、斜杆受力轴线交汇形成具有较强轴向抗剪力的节点，由此形成结构稳定的三角空间，与碗扣式支架相比，其结构受力更加稳定，具有更高的支撑承载力。

3 承插型盘扣式支架现浇施工工艺

3.1 地基处理及基础施工

根据地勘资料和现场查验，兴田铺分离式大桥位置处地表层主要为素填土，支架基础清表后持力层0.5m深度范围内进行换填碾压，承载力须满足设计要求的150kPa。换填可采用颗粒级配较为良好的石渣进行，换填厚度依据桥位地址断面图进行，换填厚度≥0.5m，顶面采用30cm厚C20混凝土进行封层，并于两侧设置纵向排水沟，随时排走地面积水，防止地基浸泡失稳破坏。根据箱梁的结构尺寸和盘扣式满堂支架的构造要求，地基处理宽度为桥宽往两侧各延伸1m。换填石渣利用机械碾压，分层压实厚度不大于30cm，压实度不小于96%；对于承台基坑回填位置，须采用开挖台阶分层回填夯实，台阶高度为50cm，宽度为50cm，避免支架地基不均匀沉降。处理后的地基承载力必须满足施工要求，不得有不均匀沉降，更不能有积水现象，并按要求对地基承载力进行检测校核 (不小于设计要求的160kPa)，检测合格后进行浇筑30cm厚C20砼，混凝土顶面由中心向两侧设置0.5%横坡，两侧排水沟采用砂浆抹面，确保排水顺畅，防止因积水导致地基软化引发支架失稳产生的安全隐患和事故。

3.2 承插型盘扣式支架搭设施工

3.2.1 支架搭设流程

支架立杆的搭设应先按支架平面图放样确定位置准确摆放垫木、可调底座，再搭设立杆、水平杆、斜杆，组成节点单元，以此扩展搭设形成整个支架体系。支架纵桥向按150cm间距布置，墩顶加厚区为120cm。支架横桥向布置间距腹板处采用90cm，箱式及翼缘板处均采用120cm。对于肋板式桥台腹板处采用60cm和90cm两种横向布置间距，箱室及翼缘板处采用120cm和150cm两种横向布置间距。全桥支架步距均按100cm设置，部分调整步距按50cm考虑，架体整体底层以及顶层均设置水平剪刀撑，墩、台周边排架应与墩台身形成抱箍式连接，竖向间距不宜超过两步距，支架标高微调可通过顶托丝杆来实现。

3.2.2 支架搭设施工控制要点

(1)支架搭设前须在硬化面上用墨斗弹线，先弹出中线，再按照支架设计步距由两侧向跨中分，以防止支架搭偏错位；

(2)支架可调托座丝杆外露长度严禁超过40cm，插入立杆长度不得小于15cm；

可调底座丝杆外露长度不应大于30cm，最底层水平杆作为扫地杆件离地高度不应大于55cm；

(3)在同一水平高度内相邻立杆连接套管接头的位置错开高度不宜小于7.5cm；

图3 盘扣式支架搭设立面图

(4)同圆盘连接的各杆件接头插销应击紧至规定深度的刻度线；

(5)每搭完一步支架后，应及时校正立杆、水平杆的步距，检查立杆的垂直偏差和水平杆的水平偏差；

(6)搭设作业人员必须经过专业技术培训取得资格证书，持证上岗，且在施工前经过技术和安全作业交底；

(7)进入施工现场的钢管支架及构配件应进行复检，在外观质量和力学性能满足规范要求的后方可使用。

3.3 承插型盘扣式支架预压施工

3.3.1 预压荷载计算

为了保证箱梁满足设计的外形尺寸和挠度要求，检验支架的整体稳定性和承载能力，克服支架的不均匀沉降引发的箱梁开裂，在浇筑箱梁砼前必须对支架预压。本桥梁采用砂袋进行压载，加载重量为箱梁自身重量(包括芯模、结构体系自重及相关活载)的1.2倍。预压过程严格按照施工顺序和砼浇筑顺序确定其加载顺利，拟采用一次浇筑成型、水平分层浇筑，因此由一侧墩顶开始全断面分层铺压，直到荷载满足规范要求。

为了确认沙袋数量，取标准箱梁 (宽：14.75m,高：1.8m)跨中截面为例，取1m梁段计算，其他类型截面在施工前做详细技术交底，由于箱梁翼缘板相对较薄，故翼缘板处支架可不进行预压。

图4 标准箱梁跨中截面

标准箱梁跨中截面如图4所示。图中，S1=1.32m2，S2=0.79m2，S3=1.54m2，S4=1.04m2，S5=1.54m2，S6=0.79m2，S7=1.32m2。

恒载：

S1、S7部分恒载总量为：1.32×2.6=3.43t

S2、S6部分恒载总量为：0.79×2.6=2.05t

S4部分恒载总量为：1.04×2.6=2.70t

活载：

总活载(含人员、机具设备、砼振捣力、风荷载)取：5.86t

分摊到S1、S7部分的重量为：1313/14750×5.86=0.52t

分摊到S2、S6部分的重量为：1570/14750×5.86=0.62t

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分摊到S3、S5部分的重量为：1450/14750×5.86=0.58t

分摊到S4部分的重量为：2084/14750×5.86=0.83t

支架预压荷载组合：设计要求加载重量为箱梁阶段重量的1.2倍。

S1、S7部分荷载组合为：M1=(3.43+0.52)×1.2=4.74t

S2、S6部分荷载组合为：M2=(2.05+0.62)×1.2=3.20t

S3、S5部分荷载组合为：M3=(4+0.58)×1.2=5.50t

S4部分荷载组合为：M4=(2.7+0.83)×1.2=4.24t

3.3.2 预压加载与卸载

支架沉降观测点布设在底模上，横桥向观测点布置在腹板位置，顺桥向观测点布置在箱梁两个支点、1/4、2/4、3/4处；采用强度较好直顺的铅锤丝垂挂在观测点上，在铅垂丝上标记标高，采用精密水准仪测出各观测点的初始标高值H1并做记录。

预压加载采用三级均匀加载，即：第一次加载从跨中向两侧，依次加载至计算总重的 50%；第二次加载至计算总重的100%；第三次加载至计算总重120%。

预压砂袋尺寸为1.0m×1.0m×1.0m，考虑沙袋不能装满，每袋砂重取1.6t，采用吊车分码吊至相应部位，人工配合摆放。S1、S7部分荷载组合为：n1=4.74/1.6=2.9袋，取整数 3 袋；S2、S6 部分荷载组合为：n2=3.2/1.6=2 袋；S3、S5部分荷载组合为：n3=5.5/1.6=3.4袋，取整数4袋；S4部分荷载组合为：n4=4.42/1.6=2.8袋，取整数3袋。每次分级加载结束后立即对各观测点标高H2进行测量并做好相应记录，当连续2次沉降差小于1mm后，间隔2h才能继续加载；当加载至计算总量120%后，维持荷载72h，卸载前测量各测点标高值H3并记录；卸载过程的操作基本与加载过程相反，卸载完成后测量各测点标高值H4；非弹性变形量=H1-H4，通过试压以后，可认为支架、模板、方木等的非弹性变形已经消除；弹性变形量=H4-H3，根据该弹性变形值设置预拱度，保证成型后梁体线形满足设计要求。

3.3.3 预压控制要点

(1)预载过程中如发现支架变形过大、基础凹陷等现象，必须立即停止加载并卸载，分析查找原因，采取相应补救措施后才可重新预压。

(2)砂袋码砌必须逐层咬边错缝，禁止任意堆码，防止高度过大发生倾倒事故。

(3)支架预压过程中，应设有专职安全员值班，随时检查处理预压出现的各种情况，及时向作业人员发出相应信号，制止非施工人员进入支架预压安全警戒线内。

4 盘扣式支架性能分析

以该大桥一联三跨预应力混凝泥土箱梁结构 (21+35+30m)为例，对盘扣式支架与碗扣式支架性能进行比较：

(1)从节点连接比较，碗扣式支架节点连接通过碗口接头将上碗扣沿限位销扣下并旋转将横杆和立杆连接，加载后需要重新检查逐个扣紧，而盘扣式支架的八角圆盘对于横杆的水平位移的限制比碗扣式支架要好，在加载后节点能够自动逐渐锁紧。

图5 碗扣式支架节点接头

图6 盘扣式支架节点接头

(2)从支架垂直度比较，碗扣式支架立杆之间连接通过承插式连接，垂直度比扣件式支架略好，而盘扣式支架立杆端部焊接有连接套筒且设有插销，用于连接和固定立杆，垂直度较碗扣式支架好。

图7 碗扣式支架垂直度

图8 盘扣式支架垂直度

(3)从支架支撑密度比较，碗扣式支架受杆件材料和节点的性能限制，构造加固只能用剪刀撑，支架节点抗扭能力不足，支架布置的灵活性较低，遇到较为复杂的梁板结构，为了保证结构稳定性只能采取增加支撑密度；而盘扣式支架节点可靠，立杆、横杆与斜杆通过八角圆盘销接为半刚性连接，搭设成稳定三角形塔架单元后稳定性较高，支撑密度也相对较低。

图9 碗扣式支架的支撑密度

图10 盘扣式支架垂直度

5 盘扣式支架经济分析

盘扣式支架经济分析与碗扣式支架的经济比较如表1所示。

以该大桥一联三跨预应力混凝泥土箱梁结构 (21+35+30m)为例，支架搭设高度6m，宽15m，长86m，需要搭设7740m3，通过对比发现，盘扣式支架的搭设费用明显高于碗扣式支架，但从运输费用、工期、利润及质量等综合方面来看具有一定的优势，特别是涉及平整基础较大的地形时，在经济性方面优于碗扣式支架，且满足节材、高效和环保的要求。

表1 盘扣式与碗扣式支架的经济比较

6 结语

实践证明，盘扣式支架同碗扣式支架相比在承载力、整体稳定性、安全性、经济效益等具有明显优势，且盘扣式支架具有轻质高强结构、标准化、装配化和多功能的优势，可为今后类似工程施工提供参考依据。