塔山大桥现浇箱梁满堂支架支撑体系稳定性分析

蔡金良

（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

在当前桥梁工程施工中，满堂支架法现浇箱梁技术得到了广泛应用，其支架支撑体系的稳定性关系到桥梁工程施工的安全与质量。如果施工质量不达标，将可能导致坍塌事故发生，影响桥梁工程的施工进度与施工安全。因此，为保证现浇箱梁安全顺利施工，必须确保满堂支架支撑体系的稳定性[1]。本文结合周宁县塔山大桥满堂支架法现浇箱梁施工工程，对其支撑体系搭设的稳定性进行分析。

1 工程概况

塔山大桥位于周宁县东，跨越东洋溪，桥梁长145.243m，起讫桩号K67+192.578～K67+337.821，下部结构采用柱式墩配桩基础，桥台采用U 型台配桩基础，上部结构采用4×25mPC 简支T 梁+2×20m 钢筋混凝土现浇箱梁，其中20m 现浇箱梁为第五跨、第六跨，4#墩墩柱高7.8m，5#墩墩柱高8.0m，拟采用满堂支架法原位完成现浇。

2 现浇箱梁满堂支架设计概况

塔山大桥平面处于交叉口范围，为斜弯桥，上部结构采用4×25mPC 简支T 梁+2×20m 钢筋混凝土现浇箱梁，第5跨、第6跨箱梁现浇箱梁部分变宽较大，顺路线中心桩号跨径为20m，渐变桥面宽：右幅18.857~32.886m、左幅20.609~34.172m，宽箱梁截面类型为单箱多室简支箱梁，箱梁梁高1.4m，悬臂2.0m，悬臂根部厚0.45m，顶底板厚0.25m，顶板与腹板倒角为1.0×0.2m，底板与腹板倒角为0.5×0.2m，腹板厚0.5~0.7m，横梁宽1.2m，采用斜腹板设计，边腹板与悬臂设置R=0.75m倒角，边腹板与底板设置R=0.2m倒角。

塔山大桥现浇箱梁采用Φ48mm×3.5mm 碗扣支架搭设满堂支架的方法原位完成现浇，箱梁底模离地面高约6.7~7.4m。支架体系由支架基础（筑岛平台压实+填筑20cm 级配碎石垫层+20cmC20 混凝土层）、下垫木（8cm×10cm 木方）、底托（可调托撑）、Φ48×3.5的碗扣脚手钢管立柱、横联、斜联（剪刀撑）、顶托（可调托撑）、分配梁（8cm×10cm 木方）组成（见图1）。碗扣式支架立杆平面布置如下：端横梁部位：立杆柱网90cm×60cm（横向×纵向），步距120cm，箱室部位：立杆柱网90cm×90cm（横向×纵向），步距120cm，中腹板部位：立杆柱网60cm×90cm（横向×纵向），步距120cm，边腹板部位：立杆柱网60cm×90cm（横向×纵向），步距120cm。

图1 支架搭设跨中横断面图

3 现浇箱梁满堂支架搭设

3.1 接头连接

接头是立杆间横杆、斜杆和连接装置，应确保接头锁紧[2]。在进行接头连接时，需要首先将上碗扣搁置在限位锁上，然后将横杆、斜杆等接头插入下碗扣，该过程要求接头弧面与立杆保持密贴状态，在完全插入之后，再将上碗扣套下来。通过榔头沿着切线按照顺时针方向依次上碗扣凸头，促使上碗扣被限位销卡紧。

在连接接头时如果上碗扣难以扣紧或者限位销无法进入上碗扣螺旋面，这时需要检查如下几个方面：

（1）对立杆与横杆两者之间是否保持垂直;

（2）相邻碗扣是否位于同一水平面;

（3）下碗扣与立杆的同轴是否满足设计要求;

（4）下碗扣的水平同立杆轴线直度是否满足设计要求;

（5）横杆接头与横杆是否发生变形;

（6）横杆接头的弧面中心线与横杆轴线两者是否垂直;

（7）在下碗扣内是否存在充填物等。

检查结果如果显示为装配原因，需调整之后再进行连接；如果显示为杆件原因，需要送回修理。

3.2 杆件搭设

首先安放立杆底座。在已经处理好的地基或者垫木上，基于放线位置安放立杆垫座或可调座，安放之后对其进行调整，保障同一层所有立杆节点均位于一个水平面内，方便后续横杆安装。立杆底座调整结束后，在上面插入立杆。第一层采用1.2m 和2.4m 两种不同尺寸的立杆进行交错布置，将所有接头相互错开[3-4]。第二层均采用2.4m 立杆进行布置，顶部可以基于实际情况合理选择0.9m、1.2m 或者1.5m 立杆配合可调顶托找平。立杆安装过程中同时安装扫地杆，通过扫地杆与立杆之间的连接将所有立杆连接成一个牢固整体，提升支架稳定性[5-6]，如图2所示。

图2 支架搭设布置图

然后安装底层横杆，该环节碗扣式脚手架底层第一步搭设非常重要，需要严控质量。在完成第一横杆安装之后，需要进行质量检查[7]，内容见表1。在顶层搭设完成之后，基于设计要求开始铺设方木，为了让标高能够满足设计要求，需对顶托进行适当调整[8]。之后安装剪刀撑，模板支撑架应在支架的四周及中间的纵、横向，由底到顶连续设置竖向剪刀撑，要求间距不能超过4.5m，剪刀撑斜杆与地面夹角在45°～60°区间范围内，斜杆每步均需要与立杆扣接，每道剪刀撑跨越4~7 根立杆；支架高度如果超过4.8m，需要在其顶部和底部均安装水平剪刀撑，并且要求间距应不能超过4.8m，剪刀撑的搭接长度不应小于1m，应等间距设置3 个旋转扣件固定。

表1 安装完第一步横杆后的检查

立杆碰到墩柱时避开墩柱，连墙杆与脚手架立面及墩柱体保持垂直，沿支架高度方向每2.4m 设置一层连墙杆，连墙杆与墩柱连接并预留2cm 距离，每层连墙杆在同一平面，水平间距不大于4跨。

4 支架稳定性验算分析

4.1 荷载计算

根据塔山大桥现浇箱梁的结构特点，在施工中涉及到以下荷载：

（1）现浇箱梁自重计算。

箱梁钢筋混凝土容重取26kN/m3,计算箱梁自重：

综合考虑现浇箱梁施工安全性，取安全系数r=1.6，假设梁体全部重量仅作用于底板区域，右幅第六跨底板面积为362.2m2，计算单位面积压力：

（2）模板、支架及附件自重计算。

根据JGJ 130-2011，查表4.2.1-3，主梁、次梁及此处模板自重取0.6kN/m2；查表A.0.2，h×la×lb=1.2×0.9×0.9 时，支模架立杆每米结构自重为0.1716kN/m，支架高度6.8m。

（3）施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载计算（按均布荷载计算，路桥施工手册）：计算模板及支撑模板楞木取值：q3=2.5kN/m2集中荷载2.5kN/m2。

计算支撑楞木的结构构件及取值：q3=1.5kN/m2

计算支架立柱取值：q3=1.0kN/m2

（4）钢管自重计算。

其中：碗扣式构件每米重38.4N/m,查《路桥施工计算手册》表13-4，构件磨耗系数取0.8；

（5）浇筑混凝土冲击及振捣荷载取值：q5=2.0kN/m2。

（6）荷载计算。

式中：K——荷载分项系数，取K1=1.2、K2=1.4

4.2 立杆强度验算

以最大间距横向×纵向：90cm×90cm验算：

（1）立杆承受荷载强度计算。

其中：A=489mm2，见扣件式钢管截面特性，查《路桥施工计算手册》表13-4；[σ]=140MPa 见钢管性能表，查《路桥施工计算手册》表8-7；

因此,支架承重满足要求。

（2）立杆稳定性验算。

长细比:λ=L/i=120×10÷15.78=76.05

其中：横杆步距L:120cm；

回转半径i:15.78mm，查《路桥施工计算手册》表13-4；

其中：轴心受压构件的纵向弯曲系数φ：0.695，根据立杆细长比，查《路桥施工计算手册》附表3-26；

钢管支架弯曲容许应力[σw]：145MPa，查《路桥施工计算手册》表8-7；

因此，立杆稳定性满足要求。

4.3 支架稳定性验算

轴心受压构件的支架稳定性计算：

式中：N——轴心压力；

φ——轴心受压构件的稳定系数；

A——构件的毛截面面积；

fc——钢材的抗压强度设计值，取205N/mm2；

γm——材料强度附加分项系数，当支架搭设高度小于25m时取1.35。

（1）立杆长细比计算

钢管外径D=48mm，内径d=41mm，壁厚3.5mm。

回转半径计算：

长细比λ计算：

式中：长度因数μ因受压杆两端固定，取0.5；

[λ]=150，查《路桥施工计算手册》表12-20；

（2）由长细比可查得，轴心受压构件的纵向弯曲系数φ=0.893

（3）立杆稳定性验算因此，支架稳定性满足要求。

5 结束语

为保证现浇箱梁安全顺利施工，必须高度重视支架支撑体系的安全与稳定，结合周宁县塔山大桥满堂支架法现浇箱梁施工实例，对其满堂支架支撑体系构造设置方法进行了详细阐述，在此基础上对支架稳定性进行验算分析,通过工程实践证明，塔山大桥现浇箱梁满堂支架支撑体系整体稳定，能够保证箱梁施工安全与质量。