城市立交桥高墩现浇箱梁新型支架设计及施工

唐 政

(中国中铁五局集团贵州投资建设指挥部，贵州 贵阳 550002)

城市立交桥高墩现浇箱梁新型支架设计及施工

唐 政

(中国中铁五局集团贵州投资建设指挥部，贵州 贵阳 550002)

为研究新型碗口支架系统在城市高墩立交箱梁现浇施工中的应用，以贵龙立交桥为工程背景，进行支架系统的设计计算，对新型高强支架施工及关键环节进行了分析和阐述，工程实践表明：该新型支架系统在力学性能及经济上具有较强的优势，为新型高强支架体系的应用奠定了基础。

桥梁工程，新型支架，支架设计，施工

1 工程概况

支架现浇在城市立交桥施工中较为常见。对于高墩连续梁，随着桥墩高度的不断增加，对支架的设计及施工提出更高的挑战，当支架高度超过30 m时，施工期所面临的风险也更为突出[1,2]。因此，选择合理合适的支架形式、支架类别，进行精确的计算分析，不仅关系混凝土浇筑质量，施工安全成败，更直接影响工程经济的合理性。

贵阳市东站路4标段主线桥第21联里程K7+304～K7+394，对应桥墩编号为108～111，高度29.5 m～33 m，设计为3×30 m的等高、等宽预应力混凝土连续梁桥。主梁平面K7+304～K7+372位于R=600的圆曲线上，K7+372～K7+394位于A=346.41,ls=200的缓和曲线上。箱梁为C50预应力混凝土结构，单箱三室断面，边腹板斜置，斜度为4∶1。全桥采用等高度截面，截面高度1.8 m，顶、底板设置1.5%的横坡。箱梁顶宽18 m，底宽12.352 m，跨中处顶板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板宽度为50 cm;端部顶板厚度60 cm，底板厚度50 cm，腹板厚度100 cm。本项目一方面工期紧，设计采取支架现浇施工；另一方面桥面距离地面高度普遍均较高，工程面临高墩支架现浇风险。因此，在保证工期的前提下，选取何种支架材料、支架形式，以提高施工质量、保证结构施工安全，从而达到合理成桥内力和线形，以及降低施工成本成为本项目面临的一大难点及挑战。

2 支架结构特点

传统碗口式脚手架多采用φ48×3.5 mm的Q235钢材制造，节间距通常为60 cm。该产品由于推出时间较早，随着我国桥梁建设的发展，其在经济、结构安全性等多方面的局限性已渐渐突出[3-5]。鉴于此，为解决工程实际问题，研发新型支架，确保结构安全及经济合理性具有重要的理论及实践意义。本项目创造性地大胆采用大力神新型碗口支架，总体布置如图1所示。支架系统选用φ48.3×3.2 mm的Q345钢管，杆件节间距最大可达到180 cm，在材料和结构形式上与传统碗口支架呈现较大的差异，其布置形式如表1所示。

3 支架受力分析

3.1 荷载分析

根据支架搭设方案，支架系统的荷载如下：

1)新浇混凝土(包括钢筋)容重取25 kN/m3，箱梁自重在横梁实心段和腹板处取45 kN/m2；空腹段取13.75 kN/m2。

2)参照JGJ 162—2008建筑施工模板安全技术规范，模板荷载取0.5 kN/m2，模板支架自重取0.75 kN/m2，施工荷载取1.0 kN/m2，振捣混凝土产生的荷载取2 kN/m2；当采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力标准值，可按下列公式计算，并取其中的较小值：

其中，F为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力，kN/m2；γc为混凝土的重力密度；取25kN/m3；V为混凝土的浇筑速度，m/h；t0为新浇混凝土的初凝时间，h，可按试验确定；β1为外加剂影响修正系数；β2为混凝土坍落度影响修正系数；H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度，m。

3)由于支架较高，需考虑风荷载影响。贵阳地区基本风压w0=0.35kN/m2，由GB50009—2001建筑结构荷载规范，单根立杆的风荷载为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 结构计算分析

新型大力神碗口支架无论在构造还是材料上均与传统碗口式支架有较大差异，且大力神支架采用可拼接式双U型钢模型，可将转角底部进行锁紧连接，并且整根底模U型钢是连接紧的，保证了底部模型不会外移，同时采用可调支撑钢和两对对拉螺栓放置模型外移。荷载首先作用在底模板上，按照“底模→纵向方木→U型钢→碗扣支架→基础”的传力顺序。支架计算结果如表2所示。

表2 支架验算结果

立杆作为轴向受力构件，其稳定问题直接关乎结构的安全及使用，本桥支架高度29.5 m～32 m，对立杆的计算按支架高32 m最不利情况进行验算。大力神DURALOK支撑系统中，立杆规格为φ48.3×3.2 mm的Q345钢管，其回转半径i=1.598，可得L=ml/i=[0.7×(1.5+2×0.35)×100]/1.598=81.03；由GB 50018—2002冷弯薄壁型钢结构技术规范可得Q345的折减系数为0.623。根据压杆稳定条件，立杆轴力容许值为：N=fA×[f]=84.74 kN。立杆稳定验算如表3所示，安全系数均大于1.5，具备较强的安全稳定性。

因桥面距地面较高，立杆作为支架系统重要承载构件，除承受上部传递的轴向荷载外，风荷载的影响不容忽视。考虑风荷载的影响，立杆处于压弯状态。经计算，该状态下立杆所受应力204.83 MPa<[f]=300 MPa，满足要求。

表3 立杆稳定验算

对大力神碗口支架系统在强度、刚度及稳定性方面的验算结果表明该新型支架系统具有工程实用性，各项指标均满足规范要求，为其大面积推广实用奠定基础。文献[5]对该支架系统和传统碗口支架在经济上做了详细的对比分析，大力神新型碗口支架具有较好的经济适用性，大大节省了工程造价。采用该支架系统，为本项目工程节约10%的造价。由于节间距的增大，大大减小了节点个数，内外镀锌，均降低了安装风险，减少工程安全隐患。

4 施工工艺及操作要点

该支架体系总体施工流程如图2所示，需加强以下关键施工环节的控制。

4.1 地基处理

按超出箱梁投影2.0 m宽范围清除箱梁投影区内表层腐殖土，采用石方分层填筑至设计标高。石方填筑采用推土机整平、20 t振动压路机振动压实，填筑分层松铺厚度不超过40 cm，压实标准0 cm～80 cm范围压实度不小于95%，80 cm外不小于93%。基础顶面设置1.5%的横坡，便于及时排除雨水。基础填筑完毕后检测地基承载力，要求地基承载力不得低于计算值。为避免雨水浸泡地基导致基础承载力降低，在处理后的地基顶面上再浇筑15 cm～20 cm厚C20混凝土进行封闭。同时为了克服基层的受力不均匀，在底托下方垫10 cm×15 cm方木，方木横桥向布置。地基两侧设置排水沟，保证施工期间排水畅通。经检算，基底局部压力55.08 kN<874.8 kN，冲切验算55.08 kN<138.6 kN，满足要求。

4.2 支架搭拆

在经处理后的基础上铺设10 cm×15 cm的方木，立杆地托支在方木上。支架严格按照设计的纵、横间距和步距搭设。支架上下设置天地托，天地托的可调高度控制在5 cm～35 cm之间，在第一层横杆搭设完成后，通过地托调节，使横杆处于同一水平上，然后再进行下一层搭设，纵、横向每3排～4排设置一道横向、纵向剪刀撑(纵向剪刀撑间距5.4 m，横向剪刀撑间距4.8 m)。其上横桥向铺设U型钢(成对使用)，U型钢上纵向铺设10 cm×10 cm的分布方木，然后在其上铺设底模，底模采用12 mm厚的竹胶板。

支架按规范设置扫地杆和剪刀撑。剪刀撑采用大力神专用卡口式剪刀撑杆，在安装剪刀撑杆时要尽量使剪刀撑紧靠节点位置(间距不超过100 mm)。靠近墩柱的纵横杆支架与墩柱抱紧，并用可调节钢管与墩柱抵牢，连接处用木模支垫保护墩柱混凝土不受埙坏。

支架立杆放样：先用全站仪放出箱梁中心线、边线及每条纵肋中心线，然后根据支架布置图，用钢尺放出底座十字线，标示清楚；然后，严格按标示的底座位置准确安放底座和立杆。

碗扣钢管杆件组装顺序是：立杆底座→立杆→横杆→水平撑→斜撑→横杆→顶撑→纵横分配梁→底模→侧模→端头模。安装一般以梁体结构中心线位置开始往两侧安装。

安装第一层水平杆：将水平杆接头插入立杆最下端碗扣内，调整水平杆位置，使第一层水平杆处在同一平面上，然后将上碗扣沿限位销扣下并顺时针旋转将其锁紧。立杆接长时，将上部立杆底端连接孔同下部立杆顶端连接孔对齐，插入立杆连接销锁定。在搭设立杆的过程中，按要求同步安装剪刀撑。支架搭设到设计标高后，安装可调顶托。

碗扣支架拆除顺序：先松开顶托，对支架进行卸载，然后按自上而下，从跨中向两端顺序拆除。支架拆除前，在其下方设置警示区域，现场配置专职安全监督人员负责整个拆除过程中的安全

防护。拆除过程中，严禁从高空抛掷杆件及配件，拆下来的杆件和配件及时进行清理，并堆码整齐。

4.3 支架预压

支架搭设完毕，方木铺设，底模和侧摸拼装后，按照桥梁结构荷载的分布，吊装预压物对支架进行预压。预压材料采用钢筋、水箱或沙袋等，加载重量为箱梁设计总量的1.2倍。按每1/4跨布置一个监测断面，每个监测断面布点不宜少于3个，对称布置，如图3所示。

预压分级进行，按箱梁自重的50%,75%,100%，120%四个阶段划分。在前三个阶段，每个阶段静停12 h，每4 h进行一次沉降观测；后一个阶段静停24 h，每8 h进行一次沉降观测。全部加载完成后，当各监测点最初24 h的沉降量平均值小于1 mm或各监测点最初72 h的沉降量平均值小于5 mm时，即可判断预压合格。

5 结语

大力神新型碗口支架，采用Q345钢材制造，相对普通Q235碗口支架，强度更高，计算结果及工程实践表明该新型支架系统具有较高的承载力，安全储备较大，节间距最大可做到120 cm×180 cm，大大减少了节点个数，支架材料用量减少，杆件定型，内外镀锌，不易丢失和损坏，均降低了安装风险，减少工程安全隐患。

新型碗口支架比普通碗扣式脚手架节约1/3数量，直接缩减了搭、拆脚手架的时间，提高施工速度和经济效益，比传统碗口支架更具优势和竞争力，其较高的安全性能增强其运用前景。

[1] 康胜旗.大跨度城市立交跨既有桥梁现浇支架施工及检测技术[J].铁道建筑技术，2010(S1)：142-145.

[2] 吴伟国,蒋 鑫,杜召华,等.高墩连续梁桥满堂碗扣式支架施工安全控制研究与应用[J].公路工程，2013,38(6)：206-212.

[3] 陈 斌，金志高,李继刚.脚手架与模板支架安全计算中若干问题的探讨[J].四川建筑科学研究，2008,34(5)：189-191.

[4] 席赵虎.谈上跨高速公路现浇桥梁施工技术[J].山西建筑，2013,39(35)：199-200.

[5] 蒋雪峰，吴纪东.高强度碗扣支架在桥梁施工中的应用[J].企业科技与发展，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，工程师，全国一级建造师

1009-6825(2015)11-0171-03

U445.35

A