現(xiàn)澆橋梁模板支架設(shè)計(jì)和施工分析

吳戰(zhàn)，劉若明，董玉林

（山東東泰工程咨詢有限公司，山東 淄博 255000）

0 引言

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對模板新支架的文獻(xiàn)資料眾多，但根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，對其安全性研究和設(shè)計(jì)全過程的論文資料較少。因此，本文以模板支架為研究的對象，從設(shè)計(jì)全過程這一角度入手，結(jié)合國家現(xiàn)行規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，考慮模板支架所處的多階段現(xiàn)實(shí)，提出了相對應(yīng)的注意事項(xiàng)和建議措施[1]。

1 模板支架體系的類型

現(xiàn)澆橋梁模板支架體系按照材料材質(zhì)、施工環(huán)境、空間布置和連接方式可以分為不同的類別。

1960 年以前，我國大多數(shù)支架以木竹為主，隨著鋼鐵技術(shù)的逐漸成熟，因此逐漸被鋁合金支架和鋼管支架代替。鋼管支架根據(jù)其不同的連接方式又可以分為扣件式鋼管支架、碗扣式鋼管支架、盤扣式鋼管支架和貝雷梁支架?？奂戒摴苤Ъ苤写蠖鄶?shù)材料屬于木材，不環(huán)保，并且工作效率低，材料的損耗也較為嚴(yán)重，因此在實(shí)際施工中，已被淘汰。而盤扣式支架因其耐久性高、承載力高和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在工程中被廣泛使用。如圖1 所示為盤扣式鋼管支架，圖2 為貝雷梁支架。

圖1 盤扣式鋼管支架

圖2 貝雷梁支架

根據(jù)橋梁現(xiàn)場空間布置的不同，常用的橋梁支架模式有滿堂支架、梁式支架和混合支架。三種支架技術(shù)難度為：滿堂支架＜梁式支架＜混合支架。當(dāng)橋梁所處地勢環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)采用混合支架，滿堂支架適用于高度較低、技術(shù)難度較低的橋梁。

根據(jù)橋梁所跨越的地勢不同，可以將支架分為平原支架體系、跨河支架體系和跨山谷支架體系；根據(jù)跨越的障礙物不同將其分為跨越鐵路和跨越道路。圖3、4 分別為滿堂支架結(jié)構(gòu)布置圖和梁式支架結(jié)構(gòu)布置圖。

圖3 滿堂支架結(jié)構(gòu)布置圖

2 模板支架設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究

安全工作處在模板支架技術(shù)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，并且每一環(huán)節(jié)在整個(gè)過程中發(fā)揮著同等重要的作用。本文將所有環(huán)節(jié)劃分為五個(gè)階段，分別為設(shè)計(jì)、預(yù)壓、搭設(shè)、驗(yàn)收、拆除，總結(jié)了在各階段容易出現(xiàn)的問題，結(jié)合規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)，對各個(gè)問題進(jìn)行了分析。

2.1 設(shè)計(jì)階段

在橋板梁、蓋梁等橋梁構(gòu)建綁扎鋼筋和混凝土澆筑過程中，橋梁模板支架發(fā)揮的是輔助設(shè)施作用。因此，除了要考慮風(fēng)荷載、結(jié)構(gòu)自身荷載、操作人員荷載等外部因素之外，模板支架本身要具備足夠的與橋梁相匹配的強(qiáng)度、剛度等[2]。在設(shè)計(jì)過程中，往往是多種荷載共同作用的情況，提出最為合理經(jīng)濟(jì)的模板支架體系，從而開展整個(gè)施工過程。

圖4 梁式支架結(jié)構(gòu)布置圖

然而，對同一內(nèi)容的解釋在不同規(guī)范中卻存在著各種各樣的差異，例如：《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162—2008）中“4荷載及其變形值的規(guī)定”、《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 166—2016）中“4荷載”、《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》中（JGJ/T 231—2021）“4荷載”和《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T 3650—2020）中“5模板、支架”。上述四個(gè)規(guī)范對“模板支架”均有所規(guī)定，但在荷載命名和組合方式上出現(xiàn)了不同，這樣會(huì)使得在使用過程中，一方面不方便直接引用，另一方面會(huì)使得荷載組合方式和參數(shù)的選擇出現(xiàn)錯(cuò)誤使用，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差，使得模板支架在設(shè)計(jì)計(jì)算階段就處于危險(xiǎn)狀態(tài)，為后續(xù)施工埋下隱患[3]?？紤]這一問題的嚴(yán)重性，需結(jié)合國家規(guī)范做統(tǒng)一梳理。

2.2 預(yù)壓階段

在施工階段，對支架基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)壓可以有效消除地基在外荷載作用產(chǎn)生的彈性變形帶來的不利影響，為支架的正常使用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在模板支架的使用階段扮演著重要作用。下文對預(yù)壓階段規(guī)范中建議的選取荷載的具體數(shù)值和工程實(shí)際中的數(shù)值進(jìn)行了簡介。

（1）支架預(yù)壓

根據(jù)《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 194—2009）第5.2.1條和第5.2.2條，根據(jù)規(guī)范內(nèi)容可知：

①規(guī)范中提供了預(yù)壓荷載數(shù)值的上限和下限，但是無法獲得該數(shù)值同模板支架在使用過程中遭受的最大荷載這二者之間的關(guān)系，也就無法判斷預(yù)壓措施能否起到有效作用；

②為確保模板支架在使用階段具備足夠的承載力，并且方便預(yù)壓荷載數(shù)值的選取，該數(shù)值應(yīng)大于或等于模板支架在施工過程中遇到的最大荷載數(shù)值；

③預(yù)壓環(huán)節(jié)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況為基礎(chǔ)進(jìn)行荷載的布置，而不是僅僅以平均荷載進(jìn)行考慮。

（2）支架基礎(chǔ)預(yù)壓

根據(jù)《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 194—2009）第4.2.1 條，在施工過程中，支架基礎(chǔ)遭受的恒載有混凝土結(jié)構(gòu)本身自重，活載有鋼管支架、模板自重、操作人員及設(shè)備等等，預(yù)壓荷載的數(shù)值應(yīng)大于以上數(shù)值之和，確保達(dá)到預(yù)壓目的。

2.3 搭設(shè)階段

2.3.1 同一規(guī)格型號

由于模板支架屬于臨時(shí)工程，其材料、構(gòu)件、配件等有著各種各樣的尺寸及規(guī)格，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)階段和實(shí)際階段使用的型號出現(xiàn)偏差。為了便于工廠加工和設(shè)計(jì)考慮，應(yīng)形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的模板支架體系。

根據(jù)國家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，在《焊接鋼管尺寸及單位長度重量》（GB/T 20835—2008）明確了鋼管外徑和壁厚的標(biāo)準(zhǔn)公稱尺寸是48.3mm 和3.6mm 以及允許偏差分別對應(yīng)是±0.50mm 和±0.36mm，由此可知，鋼管外徑和壁厚在滿足規(guī)范的前提下，應(yīng)有著更為嚴(yán)格的要求，同時(shí)，考慮逐步淘汰各種類型的非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鋼管支架，使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鋼管支架。

2.3.2 嚴(yán)格把控材料的驗(yàn)收

對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范分析后可知，在當(dāng)前的檢驗(yàn)辦法下，新鋼管雖然符合使用要求，但對于有防銹層卻沒有標(biāo)識牌的舊鋼管卻無法保證其滿足使用要求，因此建議：

（1）不斷提高生產(chǎn)技術(shù)，使標(biāo)準(zhǔn)支架鋼管廣泛應(yīng)用于建筑市場，鋼管上要具備產(chǎn)品標(biāo)識牌和生產(chǎn)詳細(xì)信息等等；

（2）規(guī)定鋼管使用年限，到期采用報(bào)廢措施；

（3）建立完善的檢查和驗(yàn)收制度，明確合理的抽樣方法、數(shù)量、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等；

（4）各參建單位要提高查驗(yàn)?zāi)０逯Ъ艿闹匾暢潭取?/p>

2.3.3 機(jī)械操作人員施工規(guī)范

只有經(jīng)國家相關(guān)部門考核后的專業(yè)人員，才可以從事模板支架的搭設(shè)和拆除工作。在施工現(xiàn)場中，當(dāng)有人員、材料和設(shè)備進(jìn)場時(shí)，要求相關(guān)單位的管理人員第一時(shí)間完成備案證件事項(xiàng)。但在實(shí)際情形下，只對第一批入場的人員機(jī)械等進(jìn)行查驗(yàn)，后續(xù)入場的認(rèn)為是同批次的而不進(jìn)行查驗(yàn)。在部分地區(qū)，由于工期和人員因素，會(huì)招募一些無證人員，這給現(xiàn)場模板支架的安全性保障帶來了極大隱患。因此，每次進(jìn)行類似操作前，都要查驗(yàn)人員的證書，合格以后方可進(jìn)行后續(xù)操作。

2.3.4 工程驗(yàn)算

在搭設(shè)工作完成前，需進(jìn)行以下內(nèi)容的復(fù)合設(shè)計(jì)計(jì)算書：

（1）施工條件和環(huán)境有無變化：

（2）結(jié)構(gòu)和施工荷載有無變化：

（3）材料材質(zhì)和尺寸有無變化。

只有對各個(gè)結(jié)果進(jìn)行復(fù)合且無誤之后，才能進(jìn)行支架的搭設(shè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)具有至關(guān)重要的作用。實(shí)際施工中往往缺少這一環(huán)節(jié)，使得整個(gè)模板支架體系缺乏保障。

2.4 工程驗(yàn)收階段

當(dāng)模板支架搭設(shè)完成之后，要按照規(guī)范和施工方案完成對其的驗(yàn)收工作。

根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2011），表中以滿堂支撐架（剪刀撐設(shè)置普通型）為例，計(jì)算了不同步距下鋼管支架的承載力。

其中鋼管1：外徑d=48.3mm，壁厚t=3.6mm，截面積A=5.06cm2， 回 轉(zhuǎn) 半 徑i=1.59cm； 鋼 管 2： 外 徑d=47.8mm，壁厚t=3.24mm，截面積A=4.54cm2，回轉(zhuǎn)半徑i=1.58cm，立桿計(jì)算長度附加系數(shù)k=1.155。立桿計(jì)算長度系數(shù)μ2，根據(jù)不同的布局有不同的數(shù)值。當(dāng)步距為1 200mm時(shí)，μ2=2.247;當(dāng)步距為1 500mm時(shí)，μ2=1.893，其余步距采用線性內(nèi)差法計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

桿件計(jì)算長度l0可通過公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

長細(xì)比λ可通過公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

穩(wěn)定系數(shù)φ根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130—2011）查表可得。最終計(jì)算的承載力如表1所示。

工程驗(yàn)收階段是模板支架正式使用的最后一步，要確保驗(yàn)收工作全面而詳細(xì)[4]。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，提出以下建議：

（1）按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對入場材料進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收，杜絕出現(xiàn)不合格品；

（2）支架的步距、橫距和縱距等參數(shù)要嚴(yán)格按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，避免對安全性能造成影響。根據(jù)表1所示，當(dāng)支架步距由1.2m變化到1.3m時(shí)，支架本身承載力會(huì)降低5%，不再符合規(guī)范中1.2倍的安全儲備要求。

表1 不同步距下鋼管支架立柱的承載力比較

（3）不得以負(fù)偏差大的材料構(gòu)件去替換標(biāo)準(zhǔn)材料和構(gòu)配件或者以舊帶新，如?47.8×3.24mm 鋼管支架代替?48.3×3.6mm 后承載力會(huì)減少11%，不滿足規(guī)范1.2倍的安全系數(shù)儲備要求。

（4）根據(jù)安裝方案進(jìn)行搭設(shè)操作時(shí)，剪刀撐、連接件等設(shè)備必須及時(shí)到位。

（5）施工單位和監(jiān)理單位及安全員等要嚴(yán)格執(zhí)行檢查制度，確保使用的材料、配件符合標(biāo)準(zhǔn)，支架搭設(shè)間距符合規(guī)范要求，不得隨意擴(kuò)大支架間距。

（6）當(dāng)模板支架搭設(shè)工作完成以后，根據(jù)《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 194—2009）進(jìn)行整個(gè)預(yù)壓階段的工作，務(wù)必保證模板支架具有足夠的安全儲備。

（7）模板支架堆放要符合要求，不得隨意堆放。

2.5 拆除階段

當(dāng)工程結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)的承載力標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，才能進(jìn)行模板的拆除工作，不得擅自拆除[5]。

這一階段存在的主要危險(xiǎn)源是：

（1）工程結(jié)構(gòu)成型的判斷標(biāo)準(zhǔn)是同種環(huán)境的混凝土試塊試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

（2）嚴(yán)格認(rèn)真執(zhí)行拆除方案，堅(jiān)持先搭后拆、后搭先拆的原則。

3 結(jié)語

（1）本文根據(jù)現(xiàn)澆橋梁模板支架的搭接方式的不同，對其進(jìn)行了分類，并且對碗扣支架這一形式進(jìn)行著重介紹。

（2）將現(xiàn)澆橋梁模板支架的設(shè)計(jì)和施工過程劃分為五個(gè)階段，分別為設(shè)計(jì)、預(yù)壓、搭設(shè)、驗(yàn)收、拆除，總結(jié)了在各階段容易出現(xiàn)的問題，結(jié)合規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)。