现浇箱梁碗扣式支架的设计与施工

(新疆路桥建设集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000 )

一、工程概况

喀什至疏勒段公路项目K S-2标段起止桩号K22+000～K43+265.515，路线全长21.383km。本合同段共计现浇桥5座，分别为K23+790.55分离式立交跨线桥、巴仁互通EK0+727.47跨线桥、K42+242.53分离式立交跨线桥、疏勒互通MK0+594.011跨线桥、疏勒互通AK0+820.843A匝道跨线桥（第二联）。主线K23+790.55处与县道429相交，设置分离式立体交叉，主线下穿，县道429线上跨主线，县道429线上设置20m+2×30m+20m跨线桥，上部采用现浇预应力混凝土箱型连续梁，下部采用柱式墩、肋板台、桩基础，桥下净空5.2m。

项目总体位于克孜勒河冲积平原，地形平坦开阔，沿线村庄、居民点较多，农田、果园、水网、乡村道路密布，属绿洲农耕地貌。项目区出露的地层有新生界第四系冲积物，其为冲击成因的松散堆积物，岩性为粉土、砂土，工程地质条件一般。本文对非跨线桥梁现浇箱梁支架进行分析。

二、方案比选

由于非跨线桥梁箱梁混凝土的浇筑体量大，从节约成本的角度考虑，通过2种主要方案的经济技术比选后（如表1所示），采用碗扣式满堂支架。支架具体形式如下。

支架布置：支架由Ф48mm×3.5mm钢管组拼而成，钢管顶托上横桥向布置I10工字钢为支撑梁，底板处顺桥向按25cm的间距布置10cm×10cm的方木作为分配梁，纵横向设置剪刀撑加固。

立杆：采用Ф48mm×3.5mm钢管，立杆横向间距60cm，纵向间距90cm，立杆底托下铺设20cm×5cm的木板。

横杆：靠近顶托和底托处各布置一道，中间步距为120cm。

剪刀撑：顺桥向与横桥向剪刀撑分别按每6排设置一道，采用Ф48mm×3.5mm钢管，与地面的夹角为45°～60°。剪刀撑应由顶至底连续布置。

方木及分配梁：在支架可调U型顶托上横桥向放置I10工字钢主龙骨；顺桥向铺设10cm×10cm方木次龙骨，间距25cm。

模板：箱梁底模、侧模采用15mm厚竹胶板。

表1 2种方案经济技术对比

三、盘扣式支架设计

（一）采用的材料及计算控制指标

本次结构设计以承载能力极限状态和正常使用极限状态进行计算，其中强度采用承载能力极限状态，刚度采用正常使用极限状态。

相对位移容许值：l/400；

A3钢：E＝2.06×105MPa；壁厚≤16mm、[σw]＝215MPa、[τ]＝125MPa。

荷载：钢材自重为7.85×10kN/m3；钢筋混凝土现浇梁自重26kN/m3；模板及模板支撑架荷载，通过计算模板荷载如下，内模（包括支撑架）取1.0kN/m2，侧模取0.8kN/m2，底模（包括背带木）取0.6kN/m2；总计2.4kN/m2。

施工荷载：施工人员及设备荷载取1.0kN/m2。（查《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》4.2.5条取值）；水平模板的混凝土振捣荷载取2kN/m2，（查《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》4.2.5条取值）；总计为3kN/m2。

(二) 计算模型

取主线梁最高一跨（最不利部位）建立空间模型对碗扣架进行计算，利用Midas civil有限元分析软件建模分析。立杆与地基的约束情况采用对立杆底部进行固端约束（约束x、y、z方向的平动及转动）进行模拟。

（三）结构计算

1.上部结构强度计算

将混凝土、模板及施工荷载全部作用于支架模型进行分析计算。

计算结果表明，小横杆、大横杆、立杆的剪应力及组合应力均满足其强度设计值。

立杆最大轴力27.7kN＜30kN，底座和顶托均采用φ38mm（Q235A）可调螺杆，其最大抗压能力计算如下所示：

Nmax＝(πD2/4)×fy＝π×382×205×10-3/4＝232.493kN

通过以上计算结果可知Nmax＝232.493kN＞27.7kN，其中27.7kN为立杆所受的最大荷载。

底座及顶托满足要求。

2.地基承载力及基础计算

基础采用无筋扩展基础，为100mm厚C20混凝土。基础冲切验算：

基础剪切验算：

结论：基础冲切与剪切均满足使用要求。

四、碗扣支架施工

在硬化好的混凝土基础上按立杆纵向布置间距，横向铺设20cm×5cm木板作为立杆底座，再在方木上搭设碗扣支架。支架搭设按照90cm×60cm（纵向×横向）布置立杆，水平杆步距120cm，顶托上横桥向放置I10工字钢为支撑梁，箱梁底板处顺桥向按25cm的间距布置10cm×10cm的方木作为分配梁。

在进行碗扣支架安装时，先确定起始安装位置。为避免局部不平导致立杆不平悬空，利用可调底托将标高调平。安装时先测量所安装节段地面标高，根据所测数据计算出立杆底面标高，然后进行安装立杆。立杆及横杆按照图纸及规范要求搭设、碗扣架搭设时，纵、横成线形成牢固的纵、横、竖三维网架。同时，按桥轴线纵横方向并结合规范要求设置Ф48mm×3.5mm钢管剪刀撑，其与地面的夹角按照45°～60°设置，剪刀撑上下左右连通，从上到下连续布设，从而使支架联结成一个整体。

五、预压沉降

（一）加载预压及卸载

搭设完支架后，在方木顶层铺设木合板采用砂袋预压，预压重量按现浇箱梁自重的1.1倍进行预压（应按要求分级预压；第一级加压至60%总重量；第二级加压至80%总重量；第三级加压至100%总重量；第四级加压至110%总重量。加载顺序为纵向从跨中向支点进行对称布载，横向从结构中心线向两侧对称布载。）砂袋采用人工配合吊车进行，砂袋每袋重1.3t，预压采用超载预压，扣除墩顶部分。预压根据施工阶段进行预压，预压采用整幅整体或逐孔预压。支架卸载按均值卸载，分两次卸完，分别为50%。第一次卸载后停4h～6h，观测2次，第二次卸载后48h内进行6次观测，推算其弹性数据。

（二）沉降观测

经软件分析后选取最不利几个杆件，并在这几个杆件上布置应变片。在支架预压过程中应变片最大应力为160MPa，在箱梁混凝土浇筑过程中应变片最大应力为168MPa，均与软件模拟计算结果接近155MPa，小于应力允许值215MPa，支架满足施工要求。