桥梁满堂支架的设计与施工技术要点分析

莫朝良

（广东冠粤路桥有限公司，广东 广州 510635）

0 引言

满堂支架是桥梁现场施工采用最为广泛的方法。通过在桥梁下部设置密集的支架支撑体系，使得模板可以直接在支架上进行安装和连接，从而使得混凝土能够像在平地上一样进行浇筑施工，在很大程度上还原了最为简单和初始的桥梁施工工艺，对于复杂桥梁结构以及复杂地形状态下的桥梁施工具有很好的适应性。然而，满堂支架选择安装的支架数量多而密集，这使得其设计与施工都较为复杂。如果没有进行有效的支架设计，将使得实际操作过程中支架变形较大，梁体出现早期开裂问题，甚至因为设计稳定性不足而出现安全事故；如果施工中组织管理不合理，则容易使支架施工出现人员安全问题以及因支架变形过大而不利于施工控制[1]。因此，需要高度重视桥梁满堂支架的设计与施工。

本文依托乐广高速T28标源潭互通E匝道清佛一级公路跨线桥为工程背景，研究满堂支架的设计方法与要点，并对其施工过程关键技术与施工控制要点进行了阐述总结。

1 工程概述

乐昌市至广州市的高速公路樟市至花东段是乐昌市至广州市的高速公路项目的一段，经过英德市、清远市，止于广州市花都区的花东镇。主线新建线路长约140 km，采用双向六车道，路基宽33.5~34.5 m，设计速度为100~120 km/h；清佛一级公路跨线桥主要跨越354省道（354省道目前为宽22.5 m的四车道一级公路），由于清佛一级公路跨线桥所跨位置接乐广高速公路樟市至花东段第T28合同段源潭互通E匝道，使所跨道路拓宽增加到约30 m，且与所跨道路成80.2°的右偏角。根据桥位处的地形特点，本桥采用一联桥（25m+35m+65 m+35 m）的预应力混凝土现浇箱梁结构。由于地形情况复杂，因此施工采用满堂支架进行现场浇筑。

2 满堂支架的设计

为了满足混凝土浇筑过程中模板的定位高度及施工人员安全性，设计的满堂支架需要能够承担施工荷载并满足安全性和稳定性等要求。设计的主要内容是荷载选择、承载力计算、预拱度设计和构造设计[2]。

2.1 荷载选择

满堂支架的设计需要考虑其经受的荷载作用，这包括永久荷载和可变荷载两类。

永久荷载包含作用在模板支架上的所有荷载型式，例如浇筑的混凝土及钢筋自重，采用25 kN/m2估计，模板系统的质量包括了纵横杆件及斜撑等，支架系统本身的质量如脚手板、安全网及栏杆等。需要注意的是，施工中因为涨模等因素需要考虑自重的放大系数1.02，同时需要考虑浇筑的不均匀性所造成的不平衡自重荷载。

可变荷载包含施工人员及施工机械设备质量，按照经验取值2.5 kN/m2；考虑振捣混凝土产生的荷载，同时按照经验取值2.0 kN/m2；考虑施工中风荷载的影响，按照基本风压进行计算分析。

2.2 承载性能计算

支架的设计应该满足最基本的承载安全性，这不仅需要进行结构强度的计算，还需要对支架稳定性进行计算分析.一般而言满堂支架都是采用标准化和规格化的支架体系，因此通过支架安全技术规范进行验证分析，计算中需要考虑单个立柱的承载能力、横杆的承载能力、碗口节点的承载能力、斜杆承载能力等，在承载能力分析的基础上分析其变形和挠度值。承载性能计算的另外一方面是稳定性，这需要考虑支架体系的整体稳定问题和局部稳定问题，考虑至少2.0以上的安全系数储备。

2.3 支架变形及预拱度计算

支架能够承担上述荷载作用，又因为其支撑在下部地基上，因此有一定的变形情况，如果对支架变形估计不足将使得施工过程中梁体无法得到有效支撑，在早期就承受较大的荷载作用从而出现开裂风险，很多满堂施工桥梁出现早期开裂问题的根源之一就是支架的变形。

设计中应该考虑支架受力情况下的变形量，同时估计地基基础的可能沉降与不均匀沉降，一方面通过施工措施和手段加强地基稳定性，以降低地基的变形问题；另一方面通过设置预拱度的方法，使得支架在受力承载后达到正好的梁体设计标高位置，从而在施工完成后梁体能够达到设计线形状态。预拱度的设计应该考虑结构重力引起的梁体变形以及活载作用引起变形的一半进行设计考虑。

2.4 满堂支架的设计与构造

根据上述分析，针对本工程特点，设计了如图1所示的满堂支架型式，分别呈现了跨中断面和支点断面的支架设计与布置。箱梁底横桥向布置I12.6工字钢作为主龙骨，主龙骨上布置木方及模板。各独立支撑塔架之间通过脚手48钢管采用48/60扣件与塔架立杆相连并扣紧，形成一个整体，纵向及水平方向均需设置剪刀撑。通过设计荷载确定及承载能力分析，设计的满堂支架体系均能满足结构安全性和承载性要求。

3 支架的施工技术与要点

图1 满堂支架设计结构型式（单位：mm）

根据设计的桥梁满堂支架结构体系，在施工中仍然需要保证施工质量，才能减少支架施工的安全风险，并确保梁体的施工建设质量。满堂支架的现场施工包含了地基基础处理、支架安装与搭设、支架预压、混凝土浇筑、支架卸除等流程和阶段[3-4]，以下对这些施工过程的关键技术与要点进行详细总结和分析。

3.1 地基基础处理

由于支架系统直接作用在地基基础上，基础不稳定或者沉降变形大将给支架施工带来很大的安全风险，因此需要对地基基础进行处置。首先，应该评估地基基础特点，根据勘测调研的相关资料，分析施工范围内是否存在不良地质现象如软土、湿陷性黄土、软弱层、岩溶等，评估这些不良地质现象的危害等级及状况；其次，确定地基基础处置的方法，对于存在不良地质的问题应该选择采用表层软土置换方法还是深层的加固方法，并通过压实工艺提高地基基础层的压实度，及时进行地面及基础内部的排水，设置截水沟等，通过压实和排水提供基础的压实度来降低施工中的沉降问题，一般都会采用适宜的垫层或者浇筑低等级混凝土基础层的方式作为支架的基础；最后，设置支架枕木，将支架荷载均匀地传递到基础上，这样可以保证支架与基础受力传递的均匀性，应该根据支架尺寸合理确定枕木的面积和尺寸，保证荷载的扩散传递效率，同时确保枕木的安全性。

3.2 支架安装与搭设

支架系统需要根据设计的图纸进行安装与搭设，这个过程由于涉及到较多的构件类型，因此需要根据合理的施工组织流程进行操作。一般首先进行支架立柱的布设，并通过一定数量的横撑和斜撑进行支撑；其次进行顶面方木和工字钢横梁的安装，在安装过程中支架立柱配合进行立体作用，在提高支架安装效率的同时提高支架的稳定性；最后需要根据支架顶面的高程设计值进行调整，调整的方法是改变支架底部，一般采用砂箱来调整确定支架高程。支架安装完成后就需要安装现场浇筑的主梁模板系统，包括底模和侧模，模板系统应该调整至达到设计的高程要求。

3.3 支架预压施工

支架预压是进行支架安全性施工的关键环节，是进行支架承载性能及安全性检定的工序，这在每个满堂支架的施工过程中都是必不可少的环节。支架预压的目的是消除支架与地基基础直接的非弹性变形，使得梁体在浇筑过程中得到很好的施工监控，因为弹性压缩变形通过计算理论可以真实预测[5]。通过支架预压试验，支架的弹性变形量也可以很方便地观测到，这些观测的数据是后续梁体施工监控的关键参数。

支架预压施工方法有砂袋、钢筋及水箱堆载预压等方式，试验加载的吨位值一般是计算荷载的1.2倍左右，这样才能够保证预压试验的效率和质量。预压过程中需要时刻观测支架的变形量，一般认为如果连续几天观测的支架变形量在3 mm以内时，则可以认为支架的变形基本趋于稳定，非弹性变形已经被压缩完成，可以卸除预压荷载进行后续的正常施工浇筑了。

3.4 混凝土浇筑

梁体混凝土浇筑过程按照常规的现浇工艺进行，此时需要关注的是为了确保施工完成后结构的线形和应力状态能够达到设计预期状况，需要采用施工监控手段进行结构状态控制，这其中对于支架变形的监测就是施工控制的关键内容之一。无论是混凝土浇筑完成还是张拉预应力，都需要对支架上若干关键点进行变形监测，确保桥梁的成桥状态线形。

3.5 支架卸除

施工完成后需要卸除支架。拆除也是重要的过程，如果拆除手段不合理同样会引起梁体的开裂。应该从桥梁支座位置向跨中位置逐渐卸除支架，拆卸的方式往往通过释放砂箱以使得支架从受压状态回复到自然状态。支架拆除过程中同时需要对结构受力状态进行监测，确保安全平稳。

4 结语

依托乐广高速T28标源潭互通E匝道清佛一级公路跨线桥为工程背景，该桥梁为连续梁桥结构，下部施工环境非常复杂，故采用满堂支架施工工艺。根据满堂支架施工中需要考虑的荷载因素、承载能力、变形及预拱度等因素，进行了支架的设计与构造。通过该支架系统现场各环节的施工，总结了相关施工技术要点，现场施工取得了良好效果，施工过程中结构受力状态及线形变化平稳，桥梁成桥状态良好。