混凝土现浇支架预压试验技术探讨

黄南育（上海斯美科汇建设工程咨询有限公司， 上海200433）

0 引 言

目前，混凝土现浇支架应用十分广泛，但在搭设（拆除）、支架预压、混凝土浇筑等过程中时常发生支架垮塌事故。如何对现浇支架进行预压试验并进一步做好优化工作呢？通过梳理，笔者将研究成果与大家共同分享，以减少混凝土现浇支架垮塌事故的发生。

1 现浇支架类型

现浇支架主要分为两大类：满堂钢管支架和梁式支架。

1.1 满堂钢管支架

按钢管连接形式的不同，可将满堂钢管支架分为扣件式、碗扣式、盘式、门式等。

1.2 梁式支架

梁式支架可按以下方式进行分类：

（1）按支撑形式可分为钢管桩基础式、扩大基础钢管柱或支架支撑式；

（2）按主梁的材料、结构形式可分为型钢（工字钢、H 型钢）、贝雷梁、军用梁以及专用钢梁（移动模架）等；

（3）按梁的结构形式可分为简支梁式和连续梁式。

2 现浇支架坍塌破坏的原因分析

2.1 满堂钢管支架

（1）材料质量不合格：满堂支架钢管材料不合格，钢管结构尺寸偏小、锈蚀、弯曲、存在裂纹，扣件质量不合格等，导致支撑杆件破坏，引起支架坍塌。

（2）基础不符合设计要求：基础承载力偏低，基础出现不均匀沉降，基础局部破坏承载力下降，导致支架整体失稳。

（3）支架搭设不符合设计要求：竖杆纵、横向间距偏大，不在同一直线上，底部缺少垫板，竖杆上、下端存在悬空，扫地杆（顶托纵横向杆）距地面（顶面）距离偏大，剪刀撑设置不合理（数量偏少、缺少纵向、水平剪刀撑），水平杆安装不到位等，导致支架部分构件受力过大，结构整体性变差，引起支架破坏。

（4）混凝土浇筑：混凝土未按工艺要求分层浇筑，存在局部集中荷载。

（5）支架拆除：支架拆除顺序不合理。

2.2 梁式支架

（1）钢管桩、柱等支撑结构材料不合格：钢管直径偏小，管壁偏小，钢管不顺直，钢管锈蚀等。

（2）钢管桩、基础承载力不足：钢管桩、地基基础（扩大基础）承载力偏低，导致支架整体下沉或倾覆。

（3）支架搭设不符合设计要求：支撑钢管桩接长接头焊接不合格、不顺直，连接杆件焊接不牢固，多片梁之间横向连接不够（数量偏少、连接不牢），梁部支撑点未加固，受力不在节点上等。

（4）混凝土浇筑：混凝土未按工艺要求分层浇筑，存在局部集中荷载。

（5）支架拆除：支架拆除顺序不合理。

2.3 小 结

综合上述原因可知，支架坍塌的主要原因是支架本身质量问题，支架存在的质量问题都应在支架预压试验中被判断出来，但在支架预压时还会发生坍塌事故，这说明支架预压方案本身存在问题。

3 支架预压

支架预压是检验支架安装质量的关键，支架预压能准确检验支架的实际承载能力。可以说，支架坍塌都与支架预压（静载试验）不当有关。下面对支架预压质量控制进行解析。

3.1 支架预压问题分析

（1）荷载不准确：偏大，支架预压时坍塌；偏小，浇筑混凝土时坍塌。

（2）变形观测点设置不合理：不能准确、客观地反映支架变形情况，易发生误判，错过最佳处理时机，从而引起支架破坏或坍塌。

（3）分级加载不当：每次加载过大，每级加载需要时间较长；加载过程中缺乏观测，对有缺陷的支架极易在加载过程中发生坍塌。

（4）未设置中止或终止加载前提条件：易发生盲目加载，导致支架发生破坏或坍塌。

3.2 现行支架预压规程与单桩静载试验规程比较

支架预压有专门的规范《钢管满堂支架预压技术规程》，与支架预压相似的桩基静载试验也有相关规范《单桩竖向抗压静载试验规程》，对这两个规程作以下比较（见表1）。

表1 支架预压技术规程与单桩竖向抗压静载试验规程比较

3.3 支架预压方案的优化

通过比较可以看出：支架预压加载分级较粗，加载速度慢；沉降观测间隔时间长，支架预压没有终止加载条件；支架预压规程是基于支架是合格的情况下进行的，主要目的仅是检验支架是否满足设计要求，同时测出支架弹性变形和非弹性变形量，为支架设置预拱度提供依据，对于有缺陷的支架极易在预压时发生破坏。单桩竖向抗压静载试验的目的是检验桩基的实际承载能力，已考虑到不满足设计要求的情况，可以避免桩基被压破坏。

从安全性方面考虑，桩基静载试验方法值得借鉴。假定支架可能存在质量缺陷，将支架预压试验方法作以下优化：

（1）加载分4～5级，将最后一级改为10% 或5%；

（2）由于每级加载持续时间较长，沉降（变形）观测很难做到时时观测，在加载过程中出现破坏也难以被及时发现，因而建议在加载全过程中采用激光束进行不间断监测，一旦达到预警值，立即暂停加载，并缩短加载完成后的观测间隔，待较稳定后，再延长观测间隔时间；

（3）增设终止加载条件，一旦达到终止条件，立即停止加载以防支架受损；同时增加对支架水平位移的观测，支架整体失稳一般会产生水平位移。

3.4 支架预压试验要点

（1）支架预压试验的前提条件：应在支架验收合格后进行。

（2）观测点布设：当结构跨径不超过40m 时，沿结构的纵向每隔1/4跨径应布置一个观测断面；当结构跨径＞40m 时，纵向相邻观测断面之间距离不得＞10m；每个观测断面上的观测点应不少于5个，且对称布置；每组观测点应在支架顶部和支架底部对应位置上布设（支架预压规范要求）。

（3）加载：支架预压加载过程可分为4级进行，依次施加的荷载应为单元内预压荷载值的60%、80%、90% 和100%，当沉降或变形较大时，最后一级可分两次加载（观测时间可适当放宽）。纵向加载时，应从跨中开始向支点处进行对称布载；横向加载时，应从结构中心线向两侧进行对称布载，加载重量要求准确，加载要均匀，且符合实际浇筑时的重量分布。值得注意的是，直到本级加载沉降（变形）观测稳定后，方可进行下一级加载。

（4）沉降观测：加载过程中采用激光束进行不间断观测。加载完成后，每30min 观测1次；每小时沉降小于0.2mm 时，每6h 观测1次；无变化时，每12h 观测1次。连续2次沉降小于2mm，视为稳定，方可继续加载。

（5）终止加载条件：总沉降量和变形量达到支架设计沉降量和变形量时，暂停加载，对支架、支架基础、沉降变形速率进行检查分析，并进行沉降观测。若无法稳定，则终止加载；若能够稳定，则对支架检查无异常（含基础）后，可再加载 5%，沉降量超过设计值后，终止加载。激光束预警值按支架设计变形量设置。

（6）卸载：达到预计加载量且观测稳定后或达到终止加载条件后，可先卸载至现浇构件重量，卸载后 6 h 观测支架回弹量，最后一次性卸完全部荷载。卸载后 6 h 观测支架回弹量。支架两侧应对称、均衡、同步卸载。

（7）支架未达到设计要求的处理：对观测数据进行分析，复核实际加载重量，检查支架变形及支架基础变形情况，查明原因并进行针对性处理后再重新预压。

3.5 激光束观测报警点的设置方法介绍

3.5.1 材料器材

（1）激光笔若干（每跨约 6 支）。

（2）观测靶（见图 1）：用 200 mm×200 mm 的薄铁皮或塑料片，在中心开 1 个 a mm×b mm 的矩形孔（a：2倍的设计横向变形值，b：2 倍的支架沉降量），要求该塑料片通过卡子或夹子能固定于需要观测的点处，备若干个。

图1 观测靶示意图

3.5.2 设置方法

将激光笔固定在墩身两侧（相互复核），上、中、下各固定 1 支激光笔，使光束水平穿过支架（通视），照向邻墩；观测靶分上、中、下三层分别布置，纵向固定在需要观测的点上，调整观测靶使激光束穿过靶心矩形孔中心（一般每层可布置 3 个，跨中、1/4、3/4 跨），并在邻墩布置激光束接收靶；接收靶为一未开孔的观测靶，在靶心画一圆圈，使激光束照在靶心（可复核激光笔是否移位）。

观测靶安装好后，在观测靶与钢管连接处做好标记，以便判断观测靶与钢管件之间是否发生错动。同理，可在支架跨中断面，横向布置 1 组观测靶，以便观察支架纵向水平位移。

3.5.3 观测方法

在支架预压过程中，可一直或间断地打开激光笔。当支架观测点发生变形、超过观测靶 1/2 矩形孔距离时，即会遮挡激光束，接收靶上的激光光斑消失（自动报警），以此时时监控支架变形情况，一旦报警，及时处理即可。

4 结 语

通过上述总结归纳表明，现浇支架施工是一个系统工程，支架施工过程中质量控制是关键。支架预压既是支架施工的安全保证，又是对支架搭设最终质量的检验，同时也是高风险的试验项目，完善的支架预压方案，在很大程度上可降低现浇支架施工的安全风险。若延伸激光束观测系统的使用方法，可在支架使用中既能对支架进行全过程变形观测，又可用于模板变形观测，从而满足预警条件，最终达到及时处理、确保施工安全的目的。