复杂条件下连续箱梁支架现浇的支撑系统设计

郁文岩

摘要：本文通过施工实践，详细阐述了在跨越常年流水，且为厚层软弱地质情况下搭设满堂支架所采取的技术措施，及采用万能杆件设置支架通车门洞的设计方案。在确保施工安全及施工质量情况下，达到经济可行，取得了良好的效果。

Abstract： Through the construction practice， this paper elaborates on the technical measures taken to build a full-frame bracket under the condition of thick water and weak geological conditions， and the design scheme of using the universal rod to set the bracket to open the door hole. Under the condition of ensuring construction safety and construction quality， it has achieved economic feasibility and achieved good results.

关键词：连续箱梁;现浇支架;跨越河流;钢管桩;万能杆件

Key words： continuous box girder;cast-in-place bracket;spanning river;steel pipe pile;universal rod

中图分类号：U445                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）10-0139-04

0  引言

连续梁的支架现浇施工通常采用钢管搭设满堂支架，钢管脚手架所用材料为制式结构，结构形式灵活，拼装施工简便快速，且材料市场供应充足，施工成本相对较低，因而在工程建筑领域内得到广泛的使用。但其支架将所承受的上部合部荷载传递给地基，故要求地基有足够的承载能力。在以往施工实践中，常出现因地质条件复杂，采取的地基处理措施不得当，使得浇筑混凝土后因地基承载能力不足，使得支架沉降变形过大，甚至坍塌的事故发生，造成严重财产损失和人员伤亡。本人在进行兰州至海口国家高速公路临洮至渭源段桥梁施工时，采用了钢管桩、万能杆件作为支撑材料分别跨越了软弱地质条件的河流及当地道路，使得连续箱梁的支架现浇施工得以顺利、安全的进行，以下对施工技术及方法进行详细阐述，以期能够为其他项目在类似地质条件下进行梁体现浇施工时提供借鉴作用。

1  工程概况

兰州至海口国家高速公路临洮至渭源段LW4合同段会川互通立交A匝道Ak0+460大桥全长106m，上构采用5-20m连续箱梁，下构采用柱式桥台、圆端墩、桩基础。A匝道Ak0+460大桥跨越漫坝河及地方道路。匝道桥位于直线上，上构5-20m连续箱梁采用单箱三室，梁高1.6m，桥面宽14.8m，两侧翼缘板宽2.0m，采用支架现浇法施工。

2  箱梁现浇模板支撑系统设计方案

2.1 地基条件较好的桥跨满堂支架设计方案

大桥第1、3、5跨的桥址处无其它构筑物，地基承载力强，墩高为7～13m。连续箱梁现浇采用扣件式钢管满堂脚手架，满堂落地式脚手架设计方案如下：

2.1.1 脚手架基础处理

脚手架搭设前，清除地面松散的种植土，进行场地整平，对于墩台基坑及其它低洼处采用级配碎石分层回填后夯实。对场地采用压路机进行全面压实后，地基上浇筑厚度20cm的C20混凝土垫层。处理加固的地基宽度超脚手架搭设宽度1m，并在周边挖设排水沟，避免地表水浸泡地基。

2.1.2 支架结构参数

①桥面两侧设置施工平台，支架搭架的宽度较桥面外缘宽2.2m作为施工平台。在连续箱梁底板下的脚手架立桿纵横间距均为60cm。翼缘板及施工作业平台下脚手架立杆纵向间距为60cm，横向间距为90cm。支架横杆的步距为120cm。扫地杆离地面高度为20cm。②沿桥梁纵向，在扣件式满堂支架的最外排及内部每间隔5排设置竖向剪刀撑，剪刀撑的钢管由支架底部连续设置至顶部;沿桥梁横向，在支架的最外排及内部每间隔7排设置竖向剪刀撑，剪刀撑的钢管由支架底部连续设置至顶部;并在支架最上层横杆处设置连续的水平剪刀撑。通过扣件将剪刀撑的钢管与相交的立杆及水平横杆相固定。剪刀撑钢管与立杆或水平杆交角呈45°左右。③为方便施工人员操作，顺桥向在支架顶部设置宽度为1.0m的施工操作平台，平台上满铺厚5cm脚手板，平台外侧设置高度1.2m的防护栏杆，栏杆外侧及操作平台下部挂设安全网。

钢管扣件式满堂支架布置见图1。

2.2 跨越河流处支架设计方案

大桥第2跨跨越漫坝河，漫坝河长年有流水，河床处土体浸水饱和，多呈软塑状，由于软弱土承载力低，压缩性高，不可作为搭设满堂支架的持力层，需采取加固措施。但河床上软弱土层厚度达1.1～3.9m，且常年流水，无法采取通常的换填、复合地基加固等处理措施进行加固。因此，如何对河床部分地基进行加固成为本项目施工的难题。

施工期间曾拟采取在河岸两侧土质较好处设立支墩，设置型钢等结构搭设纵梁上跨河道作为脚手架立柱支点，但经现场检查勘察及测量，跨度达18m，在经济可行的情况下，难以获得承载能力满足要求的材料作承载纵梁。

本项目开创了新思路，采取在河床软弱地层中打设钢管桩作为支架承载结构，具体施工方案如下。

①在河床软弱地层内打入？准50×8mm钢管桩作为支架的承载结构。钢管桩横桥向每4m设一根，脚手架搭设宽度设计为20m，横桥向每排钢管桩打设数量为6根。沿桥梁纵向的排距为2m，共设9排。钢管桩深入地基下持力层不少于3.0m，以确保承载满足要求施工要求。②在钢管桩顶设置厚2cm的60cm×60cm封头钢板，同排封头板顶面标高要一致，在封头板上沿桥横向摆放2I45a工字钢作为承载横梁，承载横梁上再纵向摆放[22a槽钢作为脚手架钢管立柱的垫梁，垫梁的排距与脚手架立杆的排距相对应，钢管立柱下端设置底座，底座则支垫在[22a槽钢垫梁上。③因本项目钢地势高差较大，作为脚手架承载结构的钢管桩顶面标高沿桥纵向设置成2个不同标高的台阶，以顺应地形变化，节约钢管桩的用钢量，提高经济效益。

钢管桩设置如图2、图3所示。

2.3 临时通车门洞设计

连续箱梁第4跨上跨当地公路，施工期间需保持道路的正常通行，经与相关路政管理部门进行协调，采取在满堂脚手架下设置临时通车门洞的方案，门洞按左右幅行车道分开设置，每个门洞净宽4m，净高不得低于4.5m。

临时通车门洞两侧支墩通常采用钢管柱制作，但钢管柱需消耗较多钢材，使用后的钢管柱基本难以在下一个项目进行周转使用，故施工成本高。考虑到本项目既有材料库存有足够数量万能杆件，万能杆件拼装简单、承载能力强、组合形式灵活多样、施工成本低，本项目采用万能杆件作通车门洞的支墩。

万能杆件支墩基础采用C20混凝土，尺寸为20.6m×2.6m×1.2m（长×宽×高），在立杆顶部安置N21支承靴，支承靴上摆放2I25a工字钢横梁，横梁上为I56a工字钢纵向承重梁，设置间距为1.0m。纵向承重梁上摆放间距为0.6m的[25a槽钢作为其上钢管脚手架立柱的支撑垫梁，垫梁摆放位置与立杆位置相对应。临时通车门洞如图4所示。

3  搭设施工质量控制关键

3.1 材料选用及质量要求

支架主体采用？准48×3.5mm建筑钢管，施工时需使用适合设计要求，合格厂家生产，并有相应合格证的管材及扣件，管材两侧的端口要切割光滑、平齐。尽量选用新出厂的钢管及扣件，严禁使用过度变形、有裂纹、锻造缺陷或严重锈蚀的扣件及钢管，并对进场材料涂刷防锈漆进行防护。

对扣件，特别是旧扣件需进行严格的质量检查，不得有裂纹、气孔、砂眼及明显变形等质量问题，清换滑丝的螺栓，并对扣件采取防锈等保护措施。

3.2 搭设顺序及搭设方法

①测设连续箱梁的投影中线，确定支架立柱设置位置，在砼垫层上弹线并标识立柱摆放位置，按设计位置安放跨河处及通行门洞上的[25a槽钢垫梁。②支架的搭设从桥台或是交界墩一侧开始，在桥台侧或是交界墩旁搭设第1排立杆，架立好立杆后，要及时按规范要求施做扫地杆及第1步水平杆，扫地杆距立杆下端不得超过20cm。③随着支架向上搭设，同步设置及接长剪刀撑。立杆顶部设置可调顶托，以便对底模标高进行调整。④支架的搭设严格按设计方案及规范要求进行施工，严格控制搭设质量及立杆垂直度，并经验收合格后方可进行下步施工。

3.3 支架堆载预压

支架搭设完成，外模拼装调整完成后即可进行预压试验。荷载按设计梁体重量的120%加载预压，预压采用砂袋加载，以便在施工中消除支架非弹性、测定弹性变形，荷载加载过程主要是模拟施工过程，尽量做到与施工过程荷载施加情况相符。

卸载次序与加载次序相反，即按加载的反向次序依次卸载，并要避免偏压失稳的不安全状况出现，对各沉降变形观测点进行监测及记录，通过沉降及变形测量值计算出支架在施工荷载的作用下产生的弹性变形量与残余变形量。

根据设计资料中对梁纵向预拱、反拱的设置数据及按预压所得的支架系统变形值进行每个支承断面的计算值，调节梁底主梁方木下的顶托，以达到预拱度的设置要求。

确保箱梁顶面标高满足设计要求。在完成第1跨梁体的浇筑后，进行施工完成的梁体变形值实测，修正后进行第2跨梁体上拱度值的调整，逐跨修正调整，以达到最佳状态。

4  满堂支架及通道支撑受力检算

4.1 荷载取值

①连续箱梁标准断面混凝土面积为9.70m3，其混凝土自重按均布荷載作用于支架上，其作用面积按梁底计算，钢筋砼自重取26kN/m3，则连续箱梁混凝土自重产生的均布荷载为9.7×26/10.8=23.4kN/m2。②浇筑混凝土时的人员及机具对支架产生的荷载：1.5kN/m2。③浇筑混凝土产生的冲击及振捣荷载：2kN/m2。④箱梁模板及支撑的自重荷载：2.5kN/m2。

则支架承受的上部荷载为23.4+1.5+2+2.5=29.4N/m2。

4.2 支架钢管立柱

支架采用扣件式建筑钢管，其截面特征为：外径=48mm，壁厚=3.5mm，A=489mm2，rx=1.58cm，[δ]=205MPa。

箱梁下部立杆的布置纵横间距为60cm，立杆最大搭设高度为12m，单根立杆底部截面承受的支架自重荷载经计算为1.2kN。

则单根立杆承受的最大轴向压力为1.2+29.4×0.6×0.6=11.8kN

支架步距为120cm，则立杆钢管长细比λ=l/rx=120/1.58=76<150，查表得立杆承受轴向压力的稳定系数Φ为0.744。则：

[N]=0.744×489×10-6×205×106=74582N=74.582kN>N=11.8kN

4.3 钢管桩

每根钢管桩立柱承受的上部荷载面积为4.0m×2.0m，经计算，单根钢管桩承受的轴向压力为276.3kN。

钢管桩均为Ф50×8mm螺旋钢管。有：

A=π（5002-4842）/4=12359mm2

Iz=π（5004-4844）/64=3.74×108mm4

iz=（Iz/A）1/2=173.9mm

钢管桩最大自由长度为4m，μ值按1.0。有：

λ=μL/i=1.0×4000/173.9=23.0，查表得？准=0.96

σ=N/？准A=（276.3×103）/（0.96×3936×10-6）=73.1MPa<[σ]=180MPa。

4.4 钢管桩上的2I45a承重梁

I45a工字钢截面特性：每米80.4kg，A=102cm2，W=1430cm3。

2I40a工字钢按受均布线性荷载，跨度为4m的三跨连续梁进行检算，经计算q=74.9kN/m。进而计算得Mmax=119.8kN·m，Qmax=179.8kN。

σ=（119.8×103）/（2×1430×10-6）=41.9MPa<[σ]=180MPa

τ=（179.8×103）/（2×102×10-4）=8.8MPa<[τ]=125MPa

4.5 跨河处[22a槽钢垫梁

[22a槽钢截面特性：每米24.99kg，A=31.84cm2，W=217.6cm3。

[22a槽钢按受均布线性荷载，跨度为2m的三跨连续梁进行检算，经计算得q=20.0kN/m，进而计算得Mmax=8.0kN·m，Qmax=24.0kN。

σ=（8.0×103）/（217.6×10-6）=36.8MPa<[σ]=180MPa

τ=（24.0×103）/（31.84×10-4）=7.5MPa<[τ]=125MPa

4.6 万能杆件支墩承载验算

通车门洞中间支墩承受的荷载为最大，承受面积为10.8m×7.3m的上部均布荷载，上部均布荷载经计算得37.6kN/m2。

则中间万能杆件支墩承受的全部荷载为：

37.6×10.8×7.3=2964.4kN。

通车门洞的万能杆件每处立杆为双拼N1杆件，查相关资料得每个双拼N1杆件立柱可承受709.1kN的轴向压力。中间支墩在连续梁下共设有16个立柱，则可承受的总轴向压力为：

[P]=709.1×16=11345.6kN>2964.4kN

4.7 通车门洞处纵向I56a工字钢承重梁

I56a工字钢力学参数：[σ]=181MPa，W=2324.3cm3，A=135.25cm3，每米106.2kg，E=206GPa。

通車门洞I56a工字钢纵梁的跨度为5.2m，间距100cm，将其简化成受线性均布荷载作用的简支结构进行受力计算。均布荷载q=37.6kN/m2。

Mmax=ql2/8=37.6×5.22/8=127.1kN·m

σ=M/W=127.1×106/2324.3=54.7<[σ]=180MPa

Qmax=37.6×5.2/2=97.8kN

故τmax=Qmax/A=97.8/135.25×10-4=72.3MPa<[τ]=125MPa

4.8 通车门洞处[25a槽钢垫梁

通车门洞处[22a槽钢垫梁承受荷载线性荷载的大小与通车门洞处跨河处[22a槽钢垫梁相同，但跨度仅为1m，其承载能力可满足要求。

5  结束语

对于现浇施工的支架而言，稳固、承载能力达到要求的地基无疑是支架是否安全可靠的关键所在，如果地基承载能力不足，则很容易出现质量和安全事故。故进行支架设计及施工时，首先需确保支架搭设在具有良好承载能力的稳固结构上。本项目采用打设钢管桩将支架荷载传递至软弱地质下的持力层，及采用万能杆件设置道路通行门洞，实践证明是安全可靠的，且经济可行。希望以上施工新技术及措施给予同仁带来借鉴意义。

参考文献：

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[2]薛安顺.桥梁工程技术[M].北京：高等教育出版社，2009，9.

[2]吴水根，吴晓亮.现浇连续梁跨河道的支架设计与施工[M].结构工程师，2015（2）.