城市匝道橋現(xiàn)澆箱梁碗扣支架施工關(guān)鍵技術(shù)

王 英 杰

(中鐵十五局集團城市建設(shè)工程有限公司，上海 200040)

城市匝道橋現(xiàn)澆箱梁碗扣支架施工關(guān)鍵技術(shù)

王 英 杰

(中鐵十五局集團城市建設(shè)工程有限公司，上海 200040)

碗扣支架在現(xiàn)澆梁澆筑過程中的應(yīng)用日趨廣泛，探索了碗扣支架施工前的驗算技術(shù)，結(jié)合洛陽市龍門站現(xiàn)澆箱梁項目，進行了碗扣支架的具體驗算過程和施工技術(shù)要點，成果可為類似項目碗扣支架的施工提供參考借鑒。

現(xiàn)澆箱梁，碗扣支架，荷載計算

1 工程概況

1.1結(jié)構(gòu)條件

洛陽龍門站項目包含兩個進站匝道、新建長途客運站落客平臺、利用既有龍門站落客平臺、兩個出站匝道?，F(xiàn)澆梁A,B,C三個匝道共計21聯(lián)，以B匝道為例，其分布及各聯(lián)設(shè)置情況見表1。

表1 B匝道現(xiàn)澆箱梁統(tǒng)計匯總表

1.2氣象條件

洛陽地區(qū)屬秦嶺—淮河以北暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。冬季寒冷，雨雪稀少多大風(fēng)；春季暖和氣溫回升快，干旱少雨；夏季炎熱，雨量集中；秋季涼爽，天氣晴朗。市區(qū)內(nèi)年平均降雨量625 mm，降水年際變化大，時空分布極不均，夏季最多占48.5%,冬季最少，僅占5%，年平均相對濕度65%。年平均風(fēng)速2.0 m/s，最大風(fēng)速19.7 m/s。歷年最大凍土深度21 cm。年均降雪日數(shù)180 d，年平均積雪日數(shù)126 d，年平均蒸發(fā)量1 724 mm。

1.3地形地貌及地質(zhì)條件

本工程范圍內(nèi)地層主要為第四季全新統(tǒng)人工堆積填筑土、素填土、雜填土，全新統(tǒng)沖洪積新黃土、細(xì)沙，上更新統(tǒng)沖洪積卵石，中更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土、細(xì)沙、卵石。大致地質(zhì)為：0 m～8.5 m為新黃土，8.5 m～9.5 m為細(xì)沙，9.5 m～18.5 m為卵石,18.5 m～20.5 m為粉質(zhì)粘土，20.5 m～25.5 m為卵石，25.5 m～26.5 m為粉質(zhì)粘土，26.5 m向下為卵石。A匝道4號～24號、B匝道表面為原土層。A匝道0～4,24～50、C匝道地表面為原有路面或原有廣場。

1.4碗扣式支架布置

橋梁工程支架形式多樣，分落地支架和不落地支架[1,2]。根據(jù)本工程現(xiàn)澆橋梁柱高(最大值7.2 m)的特點，決定采用落地支架即多支點支架方案作為箱梁的支撐體系，采用WDJ碗扣式多功能腳手桿支架。本滿堂支架方案適用于地勢較平坦、地基條件相對較好地段，支架自下而上由底托、碗扣支架(大小橫桿、立桿)、頂托、雙排鋼管、木方(順橋向100 mm×100 mm)、竹膠板組成。

碗扣支架立桿橫橋向間距×順橋向間距×橫桿步距為600 mm×600 mm×1 200 mm，600 mm×900 mm×1 200 mm，900 mm×900 mm×1 200 mm三種布置形式的支架結(jié)構(gòu)體系，其中:梁端橫梁縱支架采用600 mm×600 mm×1 200 mm(含墩側(cè)1.8 m)的布置形式，底板范圍內(nèi)間距為600 mm×900 mm×1 200 mm，翼緣板下及操作平臺采用900 mm×900 mm×1 200 mm。

2 碗扣式支架關(guān)鍵參數(shù)驗算

碗扣式鋼管架的承載能力較高[3,4]，但需對支架穩(wěn)定性與立桿強度進行校核。本項目中的校核參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》相關(guān)計算公式進行。按箱梁底部承重最大的支架計算，鋼管規(guī)格為φ48×3.0 mm，搭設(shè)布置尺寸為60 cm(橫向)×90 cm(縱向)，步距120 cm的布置結(jié)構(gòu)。

2.1荷載確定

根據(jù)本項目的特點，主要施工荷載包括結(jié)構(gòu)自重、人員機具荷載及混凝土施工荷載，具體取值如下：

q1為混凝土箱梁自重產(chǎn)生恒載，混凝土密度為2.6 t/m3，荷載系數(shù)取1.2。

q2為箱梁內(nèi)模具支撐荷載，按集度為1.0 kPa的均布荷載計算，荷載系數(shù)取1.2。

q3為施工機具、材料和人員荷載，計算支架立柱時取1.0 kPa，計算肋條下的梁時取1.5 kPa，計算模板等時取2.5 kPa；荷載系數(shù)取1.4。

q4為混凝土振搗荷載，對底板取2.0 kPa，荷載系數(shù)1.4。

q5為混凝土傾倒荷載，取2.0 kPa，荷載系數(shù)1.4。

支架在箱梁底部為主要承重部位，以某跨箱梁底部荷載組合進行驗算示例。

1)箱梁自重：35 m跨箱梁總混凝土630 m3，底板投影線內(nèi)混凝土方量586 m3，混凝土密度取26 kN/m3，假設(shè)(除翼緣板外)所有重量全部作用在寬18.5 m長35 m底板上。

G1=586×26×1.2=18 283.2 kN。

2)模板(內(nèi)模、側(cè)模)自重：G2=1.0×18.5×35×1.2=777 kN。

3)人員、施工材料和機具荷載：G3=2.5×18.5×35×1.4=2 266.25 kN。

4)混凝土振搗產(chǎn)生的荷載取底板2 kPa，混凝土傾倒產(chǎn)生的沖擊荷載取2 kPa：

G4=(2+2)×18.5×35×1.4=3 626 kN。

5)方木自重：箱梁底橫向使用雙鋼管或者100 mm×100 mm×4 000 mm方木共38排，每排20 m。順橋向100 mm×100 mm方木61列，每列35 m；方木比重查《橋梁手冊》得800 kg/m3，重力加速度g=10 N/kg，則:

雙排鋼管φ48×3.5,鋼管重G5(1)=3.87×38×20×10×1.2×2=70.59 kN。

橫向100 mm×100 mm，方木重G5(2)=(0.1×0.1×38×20)×800×10×1.2=72.96 kN。

G5=G5(1)+G5(2)=143.55 kN。

2.2底板下立桿強度與穩(wěn)定性驗算

1)強度驗算。

作用在箱梁底支架上的均布荷載為q=25 023/(35×18.5)=38.6 kN/m2，按最不利受力120 cm×60 cm×90 cm布置結(jié)構(gòu)，則單根立桿承擔(dān)的荷載為：

N=31.77 kN/m2×60 cm×90 cm=20.87 kN。

N<[N]=30 kN(參見路橋施工手冊)，強度滿足要求。

2)穩(wěn)定性驗算。

參考《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》，模板支架立桿校核穩(wěn)定性時采用下式：

其中，N為鋼管所受的垂直荷載；f為鋼材抗壓強度設(shè)計值，取205 N/mm2；A為支架立桿截面積；φ為軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)，由長細(xì)比λ=L/i確定，i為截面的回轉(zhuǎn)半徑，i=(D2+d2)0.5÷4=15.8 mm,L=1.2 m,L為橫桿水平步距，λ=L/i=7.6，由φ=1.02-0.55×[(λ+20)÷100]2計算得φ=0.978;Mo為立桿段有風(fēng)荷載的計算彎矩，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附表計算；W為截面模量,W=5.08×103mm3,則:

N/φA+Mo/W=20.87×103/(0.978×489)+0.137×

106/(5.08×103)=70 MPa

2.3頂板下立桿強度與穩(wěn)定性驗算

頂板下支架布置為(縱向間距×橫向間距)：90 cm×90 cm，立桿計算長度L=815 mm。頂板厚度按0.45 m計算，立桿承受的軸向力為：

Nw=Aq2=(0.9×0.9)×[1.2×(2.0+26×0.45)+

1.4×(2.5+2.0+2.0)]=20.96 kN。

長細(xì)比：

查規(guī)范得折減系數(shù)φ=0.874。

1)強度驗算:

立桿最大承載力[N]=215×489.3=105.2 kN>Nw=20.69 kN。

強度滿足要求。

2)穩(wěn)定性驗算:

穩(wěn)定性滿足要求。

2.4翼緣板立桿強度與穩(wěn)定性驗算

每根立柱所承受的豎向力按其所支撐面積內(nèi)的荷載計算，則單根立桿承受的軸向力為：Nw=Aq2=(0.9×0.9)×[1.2×(3.0+26×0.47)+1.4×(2.5+2.0+2.0+1.0)]=22.45 kN。

橫桿步距1 200 mm，頂托伸出頂層水平桿長度300 mm，回轉(zhuǎn)半徑i=15.8 mm，長細(xì)比：

查規(guī)范得折減系數(shù)φ=0.490，立桿最大承載力:

[N]=215×489.3×0.490=55.55 kN>Nw=22.45 kN，強度滿足要求。

3 碗扣支架的安裝

3.1支架搭設(shè)的技術(shù)要求

本項目采用WDJ碗扣式鋼管支架，立桿頂部安裝可調(diào)節(jié)頂托，頂托上安裝分配梁與模板。立桿下使用底托，支架通過調(diào)節(jié)立桿、頂托、底托位置組合，達(dá)到不同高度。立桿通過橫桿聯(lián)接，并設(shè)置足夠數(shù)量的剪刀撐。為確保支架的整體穩(wěn)定性，縱、橫向剪刀撐間距不超過4.5 m。橋墩處支架與橋墩用鋼管抱結(jié)，垂直間距不大于2.4 m。

剪刀撐設(shè)置原則:在支架外側(cè)及分區(qū)連接處必設(shè)縱向剪刀撐，在腹板下各設(shè)一道；橫向剪刀撐兩端部分分別布置一道，中間每隔4.5 m設(shè)置一道。

1)支架縱橫向均設(shè)置剪刀撐，采用φ48×3.0 mm普通鋼管連續(xù)設(shè)置，高度由底至頂。斜桿底部需支撐在硬化基礎(chǔ)面上，剪刀撐斜桿與地面夾角應(yīng)控制在45°～60°范圍內(nèi)。

2)水平剪刀撐頂端和底部各一道，中間每隔4.8 m設(shè)一道(本項目最高7.7 m，在頂部、底部分別設(shè)置一道剪刀撐即可)。

3)剪刀撐搭設(shè)時，宜先搭設(shè)豎向剪刀撐，再搭設(shè)水平剪刀撐，且水平剪刀撐最外側(cè)節(jié)點宜靠近豎向剪刀撐節(jié)點，以增加其整體穩(wěn)定性。

支架立模的高程應(yīng)計入支架彈性、非彈性變形等影響，根據(jù)預(yù)壓所測量的成果設(shè)置預(yù)拱，設(shè)計要求的預(yù)拱度為1 cm。

3.2支架搭設(shè)關(guān)鍵方法

1)支架搭設(shè)順序:橫向由中線向兩側(cè)搭設(shè)。底座、立桿根據(jù)內(nèi)外基準(zhǔn)邊點，先帶線定出各部中心點位后再設(shè)置，縱向由一端開始，依次進行至另一端，為保證位置的準(zhǔn)確性，每完成一步架，需及時按照規(guī)范要求檢查、調(diào)整其水平度與垂直度。

2)每搭設(shè)完一排支架，橫向水平加固桿應(yīng)緊后進行安裝；每搭設(shè)完一步架，檢查并調(diào)整其水平度與垂直度再進行上層步架的安裝。在支架搭設(shè)過程中，通過跟蹤測量調(diào)整支架高度，直至頂層，最后安放上托座，并依據(jù)設(shè)計標(biāo)高將U型上托座調(diào)整至設(shè)計標(biāo)高位置。

3)支架搭設(shè)完畢后，按支架、模板排列圖依次鋪設(shè)主次梁，為防止次梁方木產(chǎn)生橫向滑移，每根外側(cè)次梁兩端與主梁鋼管采用鐵絲綁扎牢固，最后鋪設(shè)竹膠板，等待預(yù)壓。

3.3支架搭設(shè)質(zhì)量要求

1)嚴(yán)格按規(guī)定的構(gòu)造尺寸進行搭設(shè)，控制好立桿的垂直偏差和橫桿的水平偏差，并確保接點聯(lián)接達(dá)到牢固要求。

2)搭設(shè)過程中要及時設(shè)置剪刀撐，避免在搭設(shè)過程中發(fā)生偏斜或傾倒。

3)支架搭設(shè)垂直度、水平度允許偏差如表2所示。

表2 制作搭設(shè)質(zhì)量要求

支架搭設(shè)完成后，由專業(yè)監(jiān)理工程師驗收，驗收合格后進行下道工序作業(yè)(鋪設(shè)底板和支架預(yù)壓)。

4 結(jié)語

結(jié)合洛陽龍門站匝道橋的實際施工條件，在現(xiàn)澆箱梁時選擇了碗扣支架，對碗扣支架的強度與穩(wěn)定性進行了驗算與校核，并介紹了支架施工要求、施工工藝與質(zhì)量檢測方法。驗算結(jié)果表明碗扣支架滿足該箱梁澆筑時的使用要求，研究成果可為相似工程提供技術(shù)參考。

[1] 楊建軍.現(xiàn)澆箱梁碗扣支架法施工技術(shù)與安全控制[J].山西建筑,2013,39(4):170-171.

[2] 吳秋良.山地城市現(xiàn)澆箱梁滿堂支架關(guān)鍵施工技術(shù)[D].重慶：重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

[3] 鐘 堯.碗扣式滿堂支架現(xiàn)澆混凝土箱梁施工技術(shù)[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2012(4):289-291,308.

[4] 王彥輝.碗扣式滿堂支架在現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁施工中的應(yīng)用[J].交通運輸研究,2010(13):192-194.

Keyconstructiontechniquesforbowlbucklebracketofurbanrampcast-in-placeboxgirderbridge

WangYingjie

(TheCityConstructionCompanyLtdofChinaRailway15thBureauGroup,Shanghai200040,China)

Bowl buckle bracket was widely used in construction of cast-in-place bridges. This paper presents a discussion for numerical verification of bowl buckle bracket construction, meanwhile, the certification procedure and construction key techniques were also introduced based on a case study of cast-in-place bridges in Luoyang Longmen station. The results can be a reference for other similar projects.

cast-in-place bridges beams, bowl buckle bracket, load certification

U448.213

A

1009-6825(2017)26-0157-03

2017-07-07

王英杰(1986- )，男，工程師