現(xiàn)澆箱梁盤扣式支架體系的設(shè)計(jì)與施工

丁 凱， 高 華

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

近年來，在國家大力推行裝配式建筑的形勢(shì)下，橋梁行業(yè)的預(yù)制小箱梁、節(jié)段拼裝箱梁等裝配式箱梁在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用；而傳統(tǒng)的現(xiàn)澆箱梁因其具有整體性好、斷面形式靈活、工程造價(jià)低等顯著優(yōu)點(diǎn)仍具有廣泛的應(yīng)用前景。

迎賓大道工程(濱河?xùn)|路-青州大道)位于鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)(鄭州新鄭綜合保稅區(qū))中部，西起濱河?xùn)|路西，東至青州大道東，全長(zhǎng)7 880 m，設(shè)計(jì)為城市快速路，含豫州大道互通立交一座，全線采用高架形式，主線設(shè)73聯(lián)箱梁，其中66聯(lián)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，呈單箱多室截面，采用支架現(xiàn)澆法施工。豫州大道以西段高架橋采用雙向八車道布置，橋面寬度為33.2 m，豫州大道以東段高架橋采用雙向六車道布置，橋面寬26.2 m。

該工程主線包含66聯(lián)、長(zhǎng)約6.6 km的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，該現(xiàn)澆箱梁體量大、施工周期長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高，支架體系平均搭設(shè)高度約為10 m，最高一聯(lián)搭設(shè)高度為22.5 m。鑒于施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地平整開闊，項(xiàng)目部結(jié)合工程條件，經(jīng)過與傳統(tǒng)碗扣式支架體系、貝雷梁式支架體系進(jìn)行對(duì)比分析，為保證施工安全，縮短搭設(shè)周期，節(jié)約施工成本，最終選用承插型盤扣式鋼管支架作為該工程箱梁模板支撐體系。

筆者以標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)A為例進(jìn)行了闡述：標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)A為跨距30 m的3跨連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，梁高2 m，為多箱室C50預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)A的橫斷面和縱斷面見圖1和圖2?，F(xiàn)澆箱梁采用承插型盤扣式鋼管支架作為模板支撐體系，支撐體系搭設(shè)高度為8～22.5 m。

2 支架體系的設(shè)計(jì)

圖1 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)A橫斷面圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)A縱斷面圖

施工采用標(biāo)準(zhǔn)型承插型盤扣式鋼管支架，承插型盤扣式鋼管支架由立桿、水平桿、斜桿、可調(diào)底座及可調(diào)托座等構(gòu)配件構(gòu)成[1]。立桿采用套管承插連接，水平桿和斜桿采用桿端扣接頭卡入立桿連接盤用楔形插銷快速連接形成結(jié)構(gòu)幾何不變體系的鋼管支架。立桿選用φ60×3.2 mm型Q345A鋼管，豎向桿斜桿選用φ48×2.5 mm型Q195鋼管，水平橫桿和水平斜桿選用φ48×2.5 mm型Q235B鋼管，可調(diào)底座和頂托絲桿選用φ48×6.5 mm×600 mmQ235B鋼制作，可調(diào)底座底板和頂托托板選用邊長(zhǎng)為150 mm×150 mm，15 mm厚Q235B鋼板。

模板支架體系的設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法中的分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式[2]。主要進(jìn)行模板支架的穩(wěn)定性、桿件承載力、連接盤抗剪承載力、地基承載力以及超過規(guī)定高寬比的抗傾覆驗(yàn)算5項(xiàng)計(jì)算。通過計(jì)算確定地基處理工藝、立桿的縱橫向間距與橫桿步距等施工參數(shù)。

2.1 計(jì)算荷載的確定

支架承受的荷載主要有：新澆混凝土和鋼筋的自重、模板及附件自重、支架自重；施工活載、混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的水平荷載及風(fēng)荷載等(表1)。

計(jì)算支架承載力時(shí)的荷載設(shè)計(jì)值應(yīng)取表1中的荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載的分項(xiàng)系數(shù)。設(shè)計(jì)模板支架承重構(gòu)件時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用過程中可能出現(xiàn)的最不利荷載效應(yīng)組合進(jìn)行計(jì)算；荷載標(biāo)準(zhǔn)值的分項(xiàng)系數(shù)及荷載效應(yīng)組合可根據(jù)JGJ 231-2010《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》確定。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)表1中的荷載標(biāo)準(zhǔn)值參數(shù)可以看出：新澆混凝土自重是支架承受的主要荷載，其取值大小將直接影響到支架體系的布局?；炷磷灾刂饕獩Q定于單位長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)截面積，對(duì)圖1和圖2箱梁的橫、縱斷面圖進(jìn)行分析可知，混凝土結(jié)構(gòu)厚度縱向分為橫梁、箱室和腹板三種情況，橫向分為箱室和腹板兩種情況，故支架體系的設(shè)計(jì)可按橫梁、箱室和腹板3種情況分別進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)盤扣式鋼管支架橫桿模數(shù)設(shè)計(jì)和箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，支架的間距先按橫、縱間距按0.9 m×0.6 m、0.9 m×0.9 m、1.2 m×0.9 m、1.2 m×1.2 m等組合模式進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)算立桿的承載力和穩(wěn)定性。計(jì)算公式及要求按照J(rèn)GJ 231-2010《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》確定。

表1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值參數(shù)表

立桿底部的基礎(chǔ)平均壓力要小于GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求的地基承載力特征值。一般情況下，原地基承載力應(yīng)不小于200 kPa，如小于該值須采取換填、改良、加固等處理措施[3]。然后澆筑20 cm厚C20混凝土以硬化支架基礎(chǔ)，并驗(yàn)算最終地基結(jié)構(gòu)的承載力。

經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，該工程3×30 m標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)A的支架設(shè)計(jì)參數(shù)為：端橫梁、中橫梁、橫隔板下支架采用橫×縱為1.2 m×0.9 m布局，腹板及箱室截面下的支架采用1.2 m×1.2 m布局，垂直步距均為1.5 m。支架基礎(chǔ)采用原地面平整壓實(shí)后澆筑20 cm厚C20混凝土的基礎(chǔ)，其硬化寬度為橋梁寬度兩側(cè)各加1.5 m，基礎(chǔ)兩側(cè)設(shè)置30 cm×30 cm的排水溝。

3 支架搭設(shè)施工

盤扣式滿堂支架的施工流程：地基處理→支架測(cè)量定位→安放可調(diào)底托→支架立桿搭設(shè)→支架水平桿搭設(shè)→支架豎向斜桿搭設(shè)→水平斜桿→頂托安放→鋪設(shè)工字鋼主楞→鋪設(shè)方木次楞→箱梁外模鋪釘→支架預(yù)壓。

3.1 地基處理

施工人員根據(jù)施工方案對(duì)原地基進(jìn)行了平整壓實(shí)，確保其承載力達(dá)到200 kPa，然后澆筑20 cm厚C20混凝土墊層。魚塘、考古區(qū)、房基及承臺(tái)回填區(qū)等軟弱地帶采用回填素土、灰土或磚渣等方法進(jìn)行了地基處理，經(jīng)處理后待其達(dá)到地基承載力要求后方可進(jìn)行混凝土硬化處理。

為避免支架基礎(chǔ)受雨水浸泡，需在基礎(chǔ)兩側(cè)修建尺寸為30 cm×30 cm的排水溝，排水溝的縱坡與支架基礎(chǔ)保持一致，水平一致的支架基礎(chǔ)設(shè)置不小于0.3%的縱坡。排水溝分段開挖形成坡度，低點(diǎn)開挖集水坑(尺寸為100 cm×100 cm×100 cm)，將積水引至附近溝渠或市政排水管網(wǎng)?？缇嗖怀^40 m，每跨設(shè)置1個(gè)集水坑，跨距超過40 m時(shí)每跨設(shè)置2個(gè)集水坑。

3.2 測(cè)量定位

支架體系安裝前，應(yīng)利用CAD制圖軟件對(duì)支架體系進(jìn)行預(yù)排，最終確定支架的縱橫向布局位置和支架搭設(shè)高度，然后用全站儀根據(jù)預(yù)排方案中支撐架縱向和橫向間距進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位?？蓮目缰邢騼蓚?cè)分布搭設(shè)，先在跨中將立桿安裝位置測(cè)量定位，定位點(diǎn)縱橫向均應(yīng)不小于8排，以保證支撐架立桿位置準(zhǔn)確[4]。跨中立桿點(diǎn)定位后，向兩側(cè)可采用拉線進(jìn)行立桿定位控制。

3.3 支架的安裝

模板支架根據(jù)施工方案計(jì)算得出的立桿排架尺寸選用定長(zhǎng)的水平桿，并根據(jù)支撐的高度組合套插立桿段、可調(diào)底座和可調(diào)托撐。根據(jù)立桿位置放置可調(diào)底座，然后按照先立桿、后水平桿、再斜桿的順序搭設(shè)形成基本的架體單元，然后逐步擴(kuò)展搭設(shè)成支架體系。

根據(jù)測(cè)放的立桿位置安放可調(diào)底座，采用水準(zhǔn)儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)控制底座標(biāo)高，調(diào)整底座上的可調(diào)螺帽位置、保證架體的統(tǒng)一平面。底座調(diào)節(jié)絲桿外露長(zhǎng)度不應(yīng)大于300 mm。

首層相鄰兩支立桿宜采用不同長(zhǎng)度規(guī)格，且其長(zhǎng)度差應(yīng)不小于500 mm，以保證立桿承插對(duì)接接頭不在同一水平面，如首層采用長(zhǎng)3 m和2.5 m的立桿交錯(cuò)布置。首層支架安裝時(shí)，橫桿插銷不宜先敲緊。將橫桿端頭套入圓盤小孔位置使橫桿頭前端抵住主架圓管，再以斜楔貫穿小孔敲緊固定，作為掃地桿的最底層，水平桿的離地高度不應(yīng)大于550 mm，斜桿應(yīng)與架體同步搭設(shè)。

每搭完一步支架后，應(yīng)及時(shí)校正水平桿步距，立桿的縱、橫距，立桿的垂直度和水平桿的水平偏差。立桿的垂直偏差不應(yīng)大于支架總高度的1/500，且不得大于50 mm。

支架搭設(shè)的高度采用現(xiàn)澆箱梁底面的標(biāo)高減去控制標(biāo)高即可算出各排支架的搭設(shè)高度。并可根據(jù)現(xiàn)澆箱梁底板模板及次楞方木的尺寸計(jì)算出可調(diào)節(jié)托撐頂面的標(biāo)高。計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)壓測(cè)定的預(yù)抬量。可調(diào)脫撐懸臂長(zhǎng)度嚴(yán)禁超過650 mm且絲桿外露長(zhǎng)度嚴(yán)禁超過400 mm。

3.4 主、次楞的安裝

頂托頂面調(diào)至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后，沿橫橋向在頂托上鋪設(shè)通長(zhǎng)150H型鋼主楞，在H型鋼與頂托間的縫隙加入木楔或板條等使工字鋼位于頂托中心位置，確保支架立桿軸心受力。

主楞鋪設(shè)完并經(jīng)檢查后在主楞上按間距20 cm鋪設(shè)100 mm×100 mm的方木作為次楞，次楞順橋向放置(圖3)。鋪設(shè)次楞時(shí)一定要嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)間距進(jìn)行，次楞鋪設(shè)應(yīng)隨時(shí)檢查上口標(biāo)高以保證現(xiàn)澆箱梁底板的線形，次楞鋪設(shè)完成后，應(yīng)組織進(jìn)行驗(yàn)收，待驗(yàn)收合格后方可在次楞上鋪釘模板。盤扣式支架搭設(shè)完成后的整體效果見圖4。

圖3 主、次楞的安裝

3.5 構(gòu)造及驗(yàn)收要求

(1)模板支架的搭設(shè)高度不宜超過24 m，超過24 m時(shí)應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。對(duì)于搭設(shè)高度超過8 m的模板支架，其豎向斜桿應(yīng)滿布設(shè)置，水平桿步距不得大于1.5 m，沿高度每隔4～6個(gè)步距應(yīng)設(shè)置水平斜桿。周邊有結(jié)構(gòu)物時(shí)，可與結(jié)構(gòu)物形成可靠拉結(jié)。

圖4 盤扣式支架整體效果圖

(2)對(duì)于長(zhǎng)條狀的獨(dú)立高支模架，其架體的高寬比不宜大于3。

(3)高大模板支架最頂層水平桿步距應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)步距縮小一個(gè)盤扣距離。

(4)應(yīng)檢查進(jìn)場(chǎng)鋼管支架的質(zhì)量合格證并對(duì)產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行抽檢和試驗(yàn)，如鋼管直徑、壁厚，連接盤厚度等。

(5)支架驗(yàn)收共分3次進(jìn)行。第一次驗(yàn)收在基礎(chǔ)完工后、腳手架搭設(shè)前，第二次驗(yàn)收在支架搭設(shè)至一半高度時(shí)，第三次驗(yàn)收在支架搭設(shè)至設(shè)計(jì)高度后和澆筑混凝土前[5]。

(6)驗(yàn)收內(nèi)容主要包括：基礎(chǔ)處理是否符合設(shè)計(jì)要求；立桿與基礎(chǔ)間有無松動(dòng)、懸空；底座、支墊是否符合規(guī)定；架體三維尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求；搭設(shè)方法和斜桿、剪刀撐等設(shè)置是否符合規(guī)范要求；可調(diào)托撐和可調(diào)底座深處水平桿的懸臂長(zhǎng)度是否符合限定要求；扣接頭與連接盤的插銷插入深度和松緊度是否滿足要求。

4 結(jié) 語

承插型盤扣式支架作為新型模板支撐體系具有承載力大、穩(wěn)定性強(qiáng)、搭拆速度快等顯著優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)澆箱梁施工中已得到越來越廣泛的應(yīng)用。而現(xiàn)澆箱梁模板支架體系主要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)梁高分橫梁、腹板及箱室三種不同截面情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。施工中做好技術(shù)交底和過程指導(dǎo)工作，可以充分發(fā)揮承插型盤扣式鋼管支架的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到縮短工期、增強(qiáng)安全性及提高經(jīng)濟(jì)效益的效果。