浅析满堂支架设计及支架施工控制措施

2017-07-20

四川水泥 2017年6期

(合诚工程咨询集团股份有限公司福建厦门 361000)

浅析满堂支架设计及支架施工控制措施

周智亮

(合诚工程咨询集团股份有限公司福建厦门 361000)

目前，使用比较广泛的现浇混凝土结构支撑架是碗扣式满堂支架，尤其是在现浇箱梁施工中的应用，因其支架构件具有结构简单、拆装方便、运输便利等优点。本文阐述了碗扣式满堂支架设计中,支架的强度、稳定性和地基承载力的验算过程和要求,以及支架施工的控制措施。

满堂支架；设计；控制措施

现浇箱梁施工中，支架作为梁体重要的承重支撑结构，支架搭设质量对现浇梁施工安全、质量的影响起到直接、关键作用，所以在支架设计过程中要根据项目施工需要进行设计、验算,在保证施工安全、质量的情况下,支架搭设不但必须符合相关施工技术、规范要求,还要具有一定的经济性。现结合连霍高速G30吐小项目吐鲁番地区境内一座跨线桥现浇箱梁的支架计算及施工为例,介绍一下实际施工中的应用。该桥上部结构采用四跨连续预应力钢筋混凝土箱梁结构,梁跨设计为20+30×2+20m,分左右幅布置。箱梁断面尺寸顶宽为12m,底宽7.375m,高1.75m,为单箱双室混凝土结构。箱梁混凝土强度为C50,共848.8m3,箱梁使用普通钢筋共重128.2t,预应力钢绞线重32.2t。

1 支架设计

该桥满堂支架采用碗扣式钢管架搭设,支架钢管采用外径48mm、壁厚3.5mm的Q235钢管。梁体跨中支架立杆纵、横向步距按0.9×0.9m布置、横杆层间距按1.2m布置,梁端变截面段支架立杆纵、横向步距按0.6×0.9m布置、横杆层间距按1.2m布置,支架平均高度7m。满堂支架基础为15cm厚C20混凝土,基础以下为天然砂砾地基。

1.1支架承载力验算

1.1.1 荷载组合

经分析和查阅《公路桥涵施工技术规范》,计算支架上部荷载时主要考虑：模板、支承梁（楞）及碗扣支架自重；新浇筑混凝土、钢筋和预应力筋自重；施工人员、设备荷载；振捣砼时产生的振动荷载等。

1.1.2 荷载计算

取箱梁跨中标准截段为例进行支架的相关计算和验算，各参数计算如下：

根据设计图纸截面尺寸将顶板(翼缘板另考虑)、腹板和底板混凝土折算成有效底板混凝土板厚为0.54m(按最不利荷载情况考虑)，钢筋砼容重按25KN/m3(由建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范查得)

①钢筋砼梁体自重：Q1=25×0.54=13.5KPa

②模板、支承梁（楞）及碗扣支架自重按梁体混凝土自重的5%计,则:

③施工人员、设备荷载：Q3=2.0KPa（由路桥施工计算手册查得）

④振捣砼时产生的振动荷载：Q4=2.0KPa（由路桥施工计算手册查得）

1.1.2 支架强度及稳定性验算

单根立杆的坚向受力为其所支撑底面积内的单元体荷载，标准段立杆纵横歩距均为0.9m，立杆竖向受力符合单肢立杆轴向力特点，按照《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》荷载效应组合公式进行计算(不考虑风荷载等影响)：

式中：Lx、Ly—单肢立杆纵向及横向间距（m）

1.1.2.1 立杆受力计算

单根立杆的竖向受力计算：

1.1.2.2 承载力检算

碗扣式脚手管截面积A=489mm2、钢管容许应力[σ]＝210Mpa（由路桥施工计算手册查得），则立杆所受应力：

σ=18.31×1000/489=37.4Mpa＜[σ]＝210Mpa,说明立杆承载力满足要求。

1.1.2.3 稳定性验算

碗扣式支架立杆受横杆与纵杆的约束,在受力分析时,立杆与横杆、纵杆的链接按两端铰接考虑。在立杆稳定性验算时,考虑支架层高为1.2m,取1.2m作为立杆受力长度计算长细比λ。立杆回转半径i=15.78mm（由路桥施工计算手册查得）：

长细比λ＝μ×h/i＝1.0×1200/15.78＝76.05，由此可查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》附录C，可知立杆稳定系数φ＝0.74375。

所以，立杆轴向荷载[N]=φ A [σ]=0.74375×489×210

=76KN>N=18.3KN，说明支架稳定性满足要求。

1.1.3 地基承载力验算

支架底托尺寸为10×10cm，则单根立杆通过底托向下传递到混凝土表面的压力面积为0.1×0.1=0.01m2，厚15cm的C20混凝土抗压强度[fc]至少在20Mpa以上，则混凝土局部抗压强度为：

P＝N/A=18.31/0.01=1.831Mpa＜[fc]=20Mpa(经验算满足要求)

C20混凝土容重为24KN/m3,其扩散角取45°;经现场检测,清表后压实度达95%的天然砂砾地基承载力在250kPa以上。C20混凝土垫层底对天然砂砾地基的压力为:

天然砂砾地基安全系数为250/118=2.1，说明天然砂砾地基承载力安全系数较大，满足施工要求。

2 支架地基加固处理

在满堂支架搭设之前,为确保地基基础满足施工要求,需对天然地基基础进行加固处理,以消除或减少地基基础沉降对支架的影响。

首先,清除地基原地面表层松散砂砾土,并用天然砂砾进行整平处理,按原地面线分台阶设置,压实度不小于95%。用C20混凝土作为支架基础垫层,浇筑15cm厚。吐鲁番地区气候炎热干燥,年平均降雨量仅27mm,蒸发量达2700多mm,因此不考虑雨水影响,基础表面不设置排水横坡,但上游天山地区时常降雨,汛期会形成地表漫流,为防止地基被水浸泡,在支架上游和周边开挖排水沟进行导流,排水沟距支架基础1m以外。

3 支架搭设

3.1 在搭设之前,必须按照《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》的要求对进场的碗扣架构配件进行检查和验收,经验收检查不合格的杆件应禁止使用。

3.2 支架搭设施工应严格按照施工方案进行:

(1)用白灰按搭设方案确定的立杆歩距画出纵横定位线,确定立杆底托布设位置。

(2)满堂支架搭设顺序:应按照从一端开始向另一端延伸、从中间向两侧扩展的的顺序进行搭设,按照立杆布设位置依次竖起立杆、安装纵横水平杆插紧碗扣插销,确保碗扣不松动。

(3)底层纵横水平杆安装完成后,应及时调整同水平面基础上立杆底托螺帽使纵横水平杆处于同一平面内。

(4)当立杆纵横水平杆安装好后,应及时调整立杆垂直度,保证立杆纵、横向成排,竖向竖直,待下层支架调整好后,再安装上层支架。

4 加载预压

4.1预拱度设置

按模板设计方案安装底模和纵横向支撑梁,根据施工方案预拱度计算值设置模板初步预拱度,预拱度包括结构变形产生的预拱度和支架、地基的弹性、非弹性变形产的预拱度两部分。结构本身的预拱度为设计图纸提供的数值,施工需要的预拱度要根据计算的支架弹性压缩值和经验预估非弹性压缩值及地基沉降量得出。实际设置预拱度时应比计算值要稍偏大点,将极大降低卸载后预拱度调整的工作量和难度,最终预拱度设置值要根据卸载后预压沉降监测成果报告进行调整,确定最终支架模板顶面标高。

4.2加载

4.2.1加载荷载计算

根据《钢管满堂支架预压技术规程》5.1.5条规定:支架预压荷载不应小于支架承受的混凝土结构恒载与模板、支架自重之和的1.1倍。因此，该桥支架预压荷载按梁体自重与模板、支架等重量之和的1.1倍考虑,该跨箱梁自重685t,模板、支承梁(楞)及碗扣支架自重按梁体自重的5%计算,则预压荷载为788t。支架预压采用砂袋预压,经现场称量天然砂砾石容重为1.6t/m3,单个预压砂袋重约1.8t,抽样称重不少于总砂袋数的20%。预压荷载按照结构荷载和施工荷载工况进行分部,经计算,支架箱室底板预压荷载折合砂袋高1.88m、共368袋,翼缘板底板预压荷载折合砂袋高0.66m、共70袋。

4.2.2 加载顺序

加载时,按照纵向从跨中向两端,横向从梁中心线向两侧,先底板、后翼缘板,左右对称、分层均衡加载的原则进行,防止偏心受压。按三阶段加载重量分别计算各阶段需加载沙袋数量,第一阶段需加载262袋,第二、三阶段分别加载88袋，加载总袋数为368袋。实际加载时,翼缘板单个加载沙袋重量控制在1t左右,能有效使荷载较均匀分部。

加载部位加载阶段段第一阶段第二阶段第三阶段底板(1.8t) 220 60 88两侧翼缘板(1t) 76 50

4.2.3 加载速率控制

加载过程分三个阶段进行中,每阶段分别加载预压总荷载的60%、20%、20%,在第三阶段加载结束达到总预压荷载重量。每阶段加载完成后,应暂停止下一阶段的加载,而要每间隔12h对支架沉降量进行监测,当各测点12h的沉降速率小于2mm/h时,才可进入下一阶段的加载。从第二阶段加载开始,应降缓加载速率,在第三阶段应严格控制加载速度,避免加载过快造成支架局部均匀沉降过大。

4.3测点布置及堆载监测

4.3.1 观测点布置

沉降观测点布置在底板按纵向每隔1/8跨径布置一个观测断面，每个监测断面布置3个测点，以底板中心线左右对称布置。同时，支架沉降观测点在支架顶部和支架基础相对应的位置上下分别布置。

4.3.2 预压期监测及结果分析

在每阶段加载开始前,均应观测并记录断面底模各测点标高和支架基础各测点加载前的标高,第三阶段加载完成后预压观测期不少于3天,第一天每12h观测一次,以后每天每24h观测一次,并绘制时间—沉降曲线,及时分析总结沉降变化情况。

《钢管满堂支架预压技术规程》5.1.5条规定满堂支架预压合格标准为:支架各测点沉降观测数据达到连续24h沉降量平均值小于1mm或连续三天沉降量平均值小于5mm时,就可以进行卸载。卸载6h后,要再次复测各断面监测点标高,并对沉降观测数据进行整理,计算支架和地基的弹性变形量、支架和地基的非弹性变形量,形成各监测断面预压成果报告并调整预拱度设置值。支架模板的最终标高要根据调整后的预拱度值,通过支架顶部的可调顶托进行调整。