满堂支架在团城湖调节池车行拱桥施工中的应用分析

刘晓锋

北京市南水北调大宁管理处 北京 102442

1 工程概况

车行拱桥位于团城湖调节池大岛与西南角池外挡墙连接处。主拱采用悬链线无铰拱，拱轴线均采用等截面悬链线，为1-30m悬链线钢筋混凝土板拱，计算跨径30m，计算矢高4m，矢跨比f。/L。=1/7.5，拱轴系数3.0；桥梁全长49m，板厚（截面高度）0.8m，宽度：6.5m，桥面宽度：5.9m[1]。

2 支架设计

图2 横剖图

该桥拱圈浇筑施工采用满堂支架。拱架采用碗扣式脚手架搭设，支架采用Φ48×3.5钢管做支撑体系，纵横间距：0.6m×0.6m。步距为1.2m，钢管顶部采用U型可调顶托。在立杆基础下用5cm厚的通长木板铺垫，钢管支架搭设完成后，在顶托上纵桥向布置10cm×10cm木方。顶托与方木安装完成后，横桥向铺设10cm×10cm木枋，平枋按间距20cm进行铺设。采用122×244cm规格覆膜竹胶板，板厚1.5cm，竹胶板顺桥向、由桥梁中心线向两侧铺设，底模宽出主拱边20cm，侧模立于底模上，模板调整拱度采用木楔进行起拱[2]。

在架体外侧周边及内部纵、横向每5跨（且不小于3m），由底至顶设置连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度为5跨。在竖向剪刀撑顶部交点平面、扫地杆所在平面及立杆中部（第三步）设置三道水平剪刀撑，每道剪刀撑用旋转扣件固定在与之相交的钢管支架上，接头采用对接。

横向两侧每隔6m对称设置侧支撑，用旋转式扣件与钢管支架连接在一起。其高度不超过支撑总高度的2/3，斜撑角度不大于60度[3]。

3 支架验算

3.1 荷载计算

3.1.1 拱圈混凝土自重(主拱圈及拱上侧墙混凝土=213.8m3，新浇混凝土容重取γ=25kN/m3)。N1= （213.8×25）/（30×6.5）=27.41kN/m2=0.02741N/mm2。

3.1.2 拱圈钢筋自重（拱圈钢筋25013.4kg），N2=（25013.4×9.8）/（30×6.5）=1.26kN/m2=0.00126N/mm2。

3.1.3 竹胶板底模荷载 (板厚δ=1.5cm 容重γ=10KN/m3)，N3=1×1×0.015×10=0.15 kN/m2=0.00015N/mm2。

3.1.4 10×10方木荷载(10×10cm@20cm 容重γ=8kN/m3由横向木枋间距@20cm，得单位面积内的计算长度为1/0.2=5m/m2)，N4=5×0.1×0.1×8 =0.4kN/m2=0.0004N/mm2。

3.1.5 10×10方木荷载(10×10cm容重γ=8kN/m3由纵向木枋间距@60cm，得单位面积内的计算长度为1/0.6=1.7m/m2)，N5=1.7×0.10×0.10×8=0.136kN/m2=0.000136N/mm2。

3.1.6 钢管支架体系自重。按8.3m的支架高度计算钢管自重荷载(含配件、剪刀撑及水平拉杆等)，φ48×3.5钢管单位重为3.84kg/m，加配件乘以系数2.0，则立杆自重平均分配到底层的荷载为：g=8.3m×3.84kg/m×系数2×9.8N/1000=0.63kN/根。根据支架设计图，拱底平均每平方米布置钢管计算如下：

横向排数 6.5/0.6+1=12排，纵排数，30/0.6+1=51排，底面积=6.5×30=195m2，每平方米根数=12×51/195=3.14根，则支架体系自重为：N6=0.63kN/根×3.14根=1.98kN/m2=0.00198N/mm2。

3.1.7 施工机具及人员荷载：N7=2.5kN/m2=0.0025N/mm2。

3.1.8 倾倒混凝土产生的荷载 (泵送)：N8=4.0KN/m2=0.004N/mm2。

3.1.9 振捣砼产生的荷载： N9=4.0KN/m2=0.004N/mm2。

分项系数的取值：模板、支架、脚手架等自重，模板按1.0kN/m2=0.001N/mm2进行计算，γi=1.2；新浇混凝土自重按25KN/m3按进行计算，γi=1.2；振捣、倾倒混凝土产生的竖向荷载按4.0KN/m2=0.004N/mm2、施工机具及人员荷载按2.5KN/m2=0.0025N/mm2计算，γi=1.4。

3.2 立杆受力计算

模板支架立杆的轴向力设计值：N=（（27.41+1.26+0.15+0.4+0.136+1.98）×1.2+（2.5+4+4）×1.4）×(0.6×0.6) =18.83KN。

横纵间距0.6m，步距1.2m，则单根立杆受力：N=18.83KN＜[N]=30KN，立杆满足受力要求[4]。

3.3 支架立杆稳定性验算

碗扣式满堂支架是组装构件，单根碗扣在承载力允许范围内就不会失稳，因此以轴心受压的单根立杆进行验算：公式：N≤[N]= ΦA[ó]。

碗扣件采用外径48mm，壁厚3.5mm，A＝489mm2，A3钢，I＝10.78×104mm4则，回转半径i=(I/A)1/2=1.58cm。跨中底板按横杆步距：h=120cm计算。跨中底板钢管长细比λ＝L/i=120/1.58=75.9＜[λ]=250取λ＝76；轴心受压杆件，Q235A钢管轴心受压构件的稳定系数Φ＝0.744，[ó]=205MPa。钢管所受的垂直荷载N=18.83KN。

计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距；MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10，WK=0.7uz×us×w0。uz取1.14，us取0.9，w0取0.3KN/m2。故：WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.14×0.9×0.3=0.22KN。

La—立杆纵距0.6m；h—立杆步距1.2m，故：MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.85×1.4×0.22×0.6×1.22/10=0.023KN

W— 截面模量查表：W=5.08×103mm3，则，N/ΦA+MW/W＝18.83×103/(0.744×489)+0.023×106/(5.08×103)＝51.12KN/mm2≤f＝205KN/mm2，计算结果说明支架是安全稳定的[5]。

3.4 地基承载力计算

持力层为原状砂砾层、局部为回填沙砾料（相对控制密度0.75），容许承载力标准值300KPa，折减系数0.4。

4 支架预压

采用沙袋静压法。材料为1t的沙砾料帆布袋，共683袋。加载顺序为从拱圈两边拱脚→拱顶→拱圈1/4段位置。静载试验需要测设的数据主要有底模板的挠度，测量时对各测量点做详细标记。测点共设21个，纵向每3.75m布设一个断面，每个断面左中右3点。预压前，设置变形观测点，做好标记，第一次进行数据测量与记录。第一级根据混凝土施工浇筑顺序均匀加载达到60%，在加载完成后及12h后进行二次观测记录。第二级加载达到80%，在加载完成后及12h后进行二次观测记录。第三级加载达到100%，在加载完成后及24h、48h、72h进行观测记录。压重全部卸载后6h，进行观测并记录[6]。

对各次观测数据进行分析整理，得出移动模架的非弹性变形值和弹性变形值。60%加载12h后平均沉降量为1.19mm：小于2mm，合格；80%加载12h后平均沉降量为0.48mm：小于2mm，合格；100%加载72h后平均沉降量为2.19mm，小于5mm，合格。弹性变形：断面1～7的21个测点平均弹性变形最大11mm，最小6mm。

5 结束语

根据计算，本支架方案是安全可靠的，实际施工中也采用了该方案。

用正确可行的计算理论对满堂支架进行受力分析，对各项安全要求进行全面计算，验证支架设计的稳定性。

通过严格的预压装载和卸载的过程测量，确定钢管支架的强度、刚度、稳定性均满足施工要求，钢管支撑架的承载力和稳定性均合格。支架受载后杆件的挤压和卸落设备压缩而产生的非弹性变形均得到有效的消除。

支架预压是拱圈施工非常重要的一道工序。通过对观测数据分析，为该拱桥的成功施工提供了重要条件，对同类工程的施工有着很好的借鉴作用。

落架作业是主拱圈浇筑的最后一道工序，也是关键的一道工序。本工程中主拱圈混凝土强度达到设计的100%后，进行主拱圈卸架，提高了安全保证度。