城市立交橋高墩現(xiàn)澆箱梁新型支架設(shè)計(jì)及施工

唐 政

(中國(guó)中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部，貴州 貴陽(yáng) 550002)

城市立交橋高墩現(xiàn)澆箱梁新型支架設(shè)計(jì)及施工

唐 政

(中國(guó)中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部，貴州 貴陽(yáng) 550002)

為研究新型碗口支架系統(tǒng)在城市高墩立交箱梁現(xiàn)澆施工中的應(yīng)用，以貴龍立交橋?yàn)楣こ瘫尘?，進(jìn)行支架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)新型高強(qiáng)支架施工及關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析和闡述，工程實(shí)踐表明：該新型支架系統(tǒng)在力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)上具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，為新型高強(qiáng)支架體系的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

橋梁工程，新型支架，支架設(shè)計(jì)，施工

1 工程概況

支架現(xiàn)澆在城市立交橋施工中較為常見。對(duì)于高墩連續(xù)梁，隨著橋墩高度的不斷增加，對(duì)支架的設(shè)計(jì)及施工提出更高的挑戰(zhàn)，當(dāng)支架高度超過(guò)30 m時(shí)，施工期所面臨的風(fēng)險(xiǎn)也更為突出[1,2]。因此，選擇合理合適的支架形式、支架類別，進(jìn)行精確的計(jì)算分析，不僅關(guān)系混凝土澆筑質(zhì)量，施工安全成敗，更直接影響工程經(jīng)濟(jì)的合理性。

貴陽(yáng)市東站路4標(biāo)段主線橋第21聯(lián)里程K7+304～K7+394，對(duì)應(yīng)橋墩編號(hào)為108～111，高度29.5 m～33 m，設(shè)計(jì)為3×30 m的等高、等寬預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。主梁平面K7+304～K7+372位于R=600的圓曲線上，K7+372～K7+394位于A=346.41,ls=200的緩和曲線上。箱梁為C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，單箱三室斷面，邊腹板斜置，斜度為4∶1。全橋采用等高度截面，截面高度1.8 m，頂、底板設(shè)置1.5%的橫坡。箱梁頂寬18 m，底寬12.352 m，跨中處頂板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板寬度為50 cm;端部頂板厚度60 cm，底板厚度50 cm，腹板厚度100 cm。本項(xiàng)目一方面工期緊，設(shè)計(jì)采取支架現(xiàn)澆施工；另一方面橋面距離地面高度普遍均較高，工程面臨高墩支架現(xiàn)澆風(fēng)險(xiǎn)。因此，在保證工期的前提下，選取何種支架材料、支架形式，以提高施工質(zhì)量、保證結(jié)構(gòu)施工安全，從而達(dá)到合理成橋內(nèi)力和線形，以及降低施工成本成為本項(xiàng)目面臨的一大難點(diǎn)及挑戰(zhàn)。

2 支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

傳統(tǒng)碗口式腳手架多采用φ48×3.5 mm的Q235鋼材制造，節(jié)間距通常為60 cm。該產(chǎn)品由于推出時(shí)間較早，隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的發(fā)展，其在經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)安全性等多方面的局限性已漸漸突出[3-5]。鑒于此，為解決工程實(shí)際問(wèn)題，研發(fā)新型支架，確保結(jié)構(gòu)安全及經(jīng)濟(jì)合理性具有重要的理論及實(shí)踐意義。本項(xiàng)目創(chuàng)造性地大膽采用大力神新型碗口支架，總體布置如圖1所示。支架系統(tǒng)選用φ48.3×3.2 mm的Q345鋼管，桿件節(jié)間距最大可達(dá)到180 cm，在材料和結(jié)構(gòu)形式上與傳統(tǒng)碗口支架呈現(xiàn)較大的差異，其布置形式如表1所示。

3 支架受力分析

3.1 荷載分析

根據(jù)支架搭設(shè)方案，支架系統(tǒng)的荷載如下：

1)新澆混凝土(包括鋼筋)容重取25 kN/m3，箱梁自重在橫梁實(shí)心段和腹板處取45 kN/m2；空腹段取13.75 kN/m2。

2)參照J(rèn)GJ 162—2008建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范，模板荷載取0.5 kN/m2，模板支架自重取0.75 kN/m2，施工荷載取1.0 kN/m2，振搗混凝土產(chǎn)生的荷載取2 kN/m2；當(dāng)采用內(nèi)部振搗器時(shí)，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值，可按下列公式計(jì)算，并取其中的較小值：

其中，F(xiàn)為新澆筑混凝土對(duì)模板的最大側(cè)壓力，kN/m2；γc為混凝土的重力密度；取25kN/m3；V為混凝土的澆筑速度，m/h；t0為新澆混凝土的初凝時(shí)間，h，可按試驗(yàn)確定；β1為外加劑影響修正系數(shù)；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)；H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的總高度，m。

3)由于支架較高，需考慮風(fēng)荷載影響。貴陽(yáng)地區(qū)基本風(fēng)壓w0=0.35kN/m2，由GB50009—2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，單根立桿的風(fēng)荷載為wk=1.4×1.42×0.8×0.35×0.048 3=26.89N/m。

表1 支架布置形式

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

新型大力神碗口支架無(wú)論在構(gòu)造還是材料上均與傳統(tǒng)碗口式支架有較大差異，且大力神支架采用可拼接式雙U型鋼模型，可將轉(zhuǎn)角底部進(jìn)行鎖緊連接，并且整根底模U型鋼是連接緊的，保證了底部模型不會(huì)外移，同時(shí)采用可調(diào)支撐鋼和兩對(duì)對(duì)拉螺栓放置模型外移。荷載首先作用在底模板上，按照“底?！v向方木→U型鋼→碗扣支架→基礎(chǔ)”的傳力順序。支架計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 支架驗(yàn)算結(jié)果

立桿作為軸向受力構(gòu)件，其穩(wěn)定問(wèn)題直接關(guān)乎結(jié)構(gòu)的安全及使用，本橋支架高度29.5 m～32 m，對(duì)立桿的計(jì)算按支架高32 m最不利情況進(jìn)行驗(yàn)算。大力神DURALOK支撐系統(tǒng)中，立桿規(guī)格為φ48.3×3.2 mm的Q345鋼管，其回轉(zhuǎn)半徑i=1.598，可得L=ml/i=[0.7×(1.5+2×0.35)×100]/1.598=81.03；由GB 50018—2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范可得Q345的折減系數(shù)為0.623。根據(jù)壓桿穩(wěn)定條件，立桿軸力容許值為：N=fA×[f]=84.74 kN。立桿穩(wěn)定驗(yàn)算如表3所示，安全系數(shù)均大于1.5，具備較強(qiáng)的安全穩(wěn)定性。

因橋面距地面較高，立桿作為支架系統(tǒng)重要承載構(gòu)件，除承受上部傳遞的軸向荷載外，風(fēng)荷載的影響不容忽視。考慮風(fēng)荷載的影響，立桿處于壓彎狀態(tài)。經(jīng)計(jì)算，該狀態(tài)下立桿所受應(yīng)力204.83 MPa<[f]=300 MPa，滿足要求。

表3 立桿穩(wěn)定驗(yàn)算

對(duì)大力神碗口支架系統(tǒng)在強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性方面的驗(yàn)算結(jié)果表明該新型支架系統(tǒng)具有工程實(shí)用性，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，為其大面積推廣實(shí)用奠定基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[5]對(duì)該支架系統(tǒng)和傳統(tǒng)碗口支架在經(jīng)濟(jì)上做了詳細(xì)的對(duì)比分析，大力神新型碗口支架具有較好的經(jīng)濟(jì)適用性，大大節(jié)省了工程造價(jià)。采用該支架系統(tǒng)，為本項(xiàng)目工程節(jié)約10%的造價(jià)。由于節(jié)間距的增大，大大減小了節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，內(nèi)外鍍鋅，均降低了安裝風(fēng)險(xiǎn)，減少工程安全隱患。

4 施工工藝及操作要點(diǎn)

該支架體系總體施工流程如圖2所示，需加強(qiáng)以下關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的控制。

4.1 地基處理

按超出箱梁投影2.0 m寬范圍清除箱梁投影區(qū)內(nèi)表層腐殖土，采用石方分層填筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高。石方填筑采用推土機(jī)整平、20 t振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)，填筑分層松鋪厚度不超過(guò)40 cm，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)0 cm～80 cm范圍壓實(shí)度不小于95%，80 cm外不小于93%?；A(chǔ)頂面設(shè)置1.5%的橫坡，便于及時(shí)排除雨水?；A(chǔ)填筑完畢后檢測(cè)地基承載力，要求地基承載力不得低于計(jì)算值。為避免雨水浸泡地基導(dǎo)致基礎(chǔ)承載力降低，在處理后的地基頂面上再澆筑15 cm～20 cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉。同時(shí)為了克服基層的受力不均勻，在底托下方墊10 cm×15 cm方木，方木橫橋向布置。地基兩側(cè)設(shè)置排水溝，保證施工期間排水暢通。經(jīng)檢算，基底局部壓力55.08 kN<874.8 kN，沖切驗(yàn)算55.08 kN<138.6 kN，滿足要求。

4.2 支架搭拆

在經(jīng)處理后的基礎(chǔ)上鋪設(shè)10 cm×15 cm的方木，立桿地托支在方木上。支架嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的縱、橫間距和步距搭設(shè)。支架上下設(shè)置天地托，天地托的可調(diào)高度控制在5 cm～35 cm之間，在第一層橫桿搭設(shè)完成后，通過(guò)地托調(diào)節(jié)，使橫桿處于同一水平上，然后再進(jìn)行下一層搭設(shè)，縱、橫向每3排～4排設(shè)置一道橫向、縱向剪刀撐(縱向剪刀撐間距5.4 m，橫向剪刀撐間距4.8 m)。其上橫橋向鋪設(shè)U型鋼(成對(duì)使用)，U型鋼上縱向鋪設(shè)10 cm×10 cm的分布方木，然后在其上鋪設(shè)底模，底模采用12 mm厚的竹膠板。

支架按規(guī)范設(shè)置掃地桿和剪刀撐。剪刀撐采用大力神專用卡口式剪刀撐桿，在安裝剪刀撐桿時(shí)要盡量使剪刀撐緊靠節(jié)點(diǎn)位置(間距不超過(guò)100 mm)。靠近墩柱的縱橫桿支架與墩柱抱緊，并用可調(diào)節(jié)鋼管與墩柱抵牢，連接處用木模支墊保護(hù)墩柱混凝土不受塤壞。

支架立桿放樣：先用全站儀放出箱梁中心線、邊線及每條縱肋中心線，然后根據(jù)支架布置圖，用鋼尺放出底座十字線，標(biāo)示清楚；然后，嚴(yán)格按標(biāo)示的底座位置準(zhǔn)確安放底座和立桿。

碗扣鋼管桿件組裝順序是：立桿底座→立桿→橫桿→水平撐→斜撐→橫桿→頂撐→縱橫分配梁→底模→側(cè)模→端頭模。安裝一般以梁體結(jié)構(gòu)中心線位置開始往兩側(cè)安裝。

安裝第一層水平桿：將水平桿接頭插入立桿最下端碗扣內(nèi)，調(diào)整水平桿位置，使第一層水平桿處在同一平面上，然后將上碗扣沿限位銷扣下并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)將其鎖緊。立桿接長(zhǎng)時(shí)，將上部立桿底端連接孔同下部立桿頂端連接孔對(duì)齊，插入立桿連接銷鎖定。在搭設(shè)立桿的過(guò)程中，按要求同步安裝剪刀撐。支架搭設(shè)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，安裝可調(diào)頂托。

碗扣支架拆除順序：先松開頂托，對(duì)支架進(jìn)行卸載，然后按自上而下，從跨中向兩端順序拆除。支架拆除前，在其下方設(shè)置警示區(qū)域，現(xiàn)場(chǎng)配置專職安全監(jiān)督人員負(fù)責(zé)整個(gè)拆除過(guò)程中的安全

防護(hù)。拆除過(guò)程中，嚴(yán)禁從高空拋擲桿件及配件，拆下來(lái)的桿件和配件及時(shí)進(jìn)行清理，并堆碼整齊。

4.3 支架預(yù)壓

支架搭設(shè)完畢，方木鋪設(shè)，底模和側(cè)摸拼裝后，按照橋梁結(jié)構(gòu)荷載的分布，吊裝預(yù)壓物對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓材料采用鋼筋、水箱或沙袋等，加載重量為箱梁設(shè)計(jì)總量的1.2倍。按每1/4跨布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布點(diǎn)不宜少于3個(gè)，對(duì)稱布置，如圖3所示。

預(yù)壓分級(jí)進(jìn)行，按箱梁自重的50%,75%,100%，120%四個(gè)階段劃分。在前三個(gè)階段，每個(gè)階段靜停12 h，每4 h進(jìn)行一次沉降觀測(cè)；后一個(gè)階段靜停24 h，每8 h進(jìn)行一次沉降觀測(cè)。全部加載完成后，當(dāng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm或各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm時(shí)，即可判斷預(yù)壓合格。

5 結(jié)語(yǔ)

大力神新型碗口支架，采用Q345鋼材制造，相對(duì)普通Q235碗口支架，強(qiáng)度更高，計(jì)算結(jié)果及工程實(shí)踐表明該新型支架系統(tǒng)具有較高的承載力，安全儲(chǔ)備較大，節(jié)間距最大可做到120 cm×180 cm，大大減少了節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，支架材料用量減少，桿件定型，內(nèi)外鍍鋅，不易丟失和損壞，均降低了安裝風(fēng)險(xiǎn)，減少工程安全隱患。

新型碗口支架比普通碗扣式腳手架節(jié)約1/3數(shù)量，直接縮減了搭、拆腳手架的時(shí)間，提高施工速度和經(jīng)濟(jì)效益，比傳統(tǒng)碗口支架更具優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力，其較高的安全性能增強(qiáng)其運(yùn)用前景。

[1] 康勝旗.大跨度城市立交跨既有橋梁現(xiàn)澆支架施工及檢測(cè)技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2010(S1)：142-145.

[2] 吳偉國(guó),蔣 鑫,杜召華,等.高墩連續(xù)梁橋滿堂碗扣式支架施工安全控制研究與應(yīng)用[J].公路工程，2013,38(6)：206-212.

[3] 陳 斌，金志高,李繼剛.腳手架與模板支架安全計(jì)算中若干問(wèn)題的探討[J].四川建筑科學(xué)研究，2008,34(5)：189-191.

[4] 席趙虎.談上跨高速公路現(xiàn)澆橋梁施工技術(shù)[J].山西建筑，2013,39(35)：199-200.

[5] 蔣雪峰，吳紀(jì)東.高強(qiáng)度碗扣支架在橋梁施工中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014(16)：68-71.

Design and construction of the new scaffolding

for cast-in-situ concreting of box girders of high-pier urban overpass

Tang Zheng

(InvestmentandConstructionHeadquartersofGuizhouProvince,

ChinaRailwayNo.5EngineeringGroupCo.,Ltd,Guiyang550002,China)

To study the application of the new bowl shaped support scheme for cast-in-situ concreting of box girders of high-pier urban overpass, this paper presents the scaffolding design and calculation for Guilong overpass, and some key process in construction stage are analyzed and elaborated. Construction experience indicates that it has strong advantages in mechanical behavior and the economy of this new support scheme, that lay the foundation for the application of the new high-strength scaffolding.

bridge engineering, new scaffolding, design of the scaffolding, construction

2015-01-25

唐 政(1974- )，男，工程師，全國(guó)一級(jí)建造師

1009-6825(2015)11-0171-03

U445.35

A