满堂式碗扣支架在现浇箱梁施工中的应用

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　　【摘要】：满堂支架施工是一种传统的施工方法，它具有多功能、高攻效、承载力大、工序相对简单等特点，在桥涵施工中被广泛应用。作为现浇箱梁施工的一个关键工序，支架必须保证具有足够的安全性，因此对满堂式支架的各层次进行详尽合理的设计计算显得尤为重要。本文结合满堂式碗扣支架在厦门集杏海堤开口改造主体工程现浇箱梁施工中的成功应用经验，介绍一下满堂式碗扣支架的设计验算和施工工艺。

　　【关键词】：满堂式,碗扣支架,荷载分布计算,施工工艺

　　【正文】：

　　1、工程概况

　　本工程箱涵纵向共六联，其中第一联、第六联为3×15m，第二~五联为4×15m，每联设置4cm的分缝，箱涵全长共330.2m;箱涵横向全宽50.5m由四个箱涵组成(A、B、C、D)，A箱涵宽12.49m，B、C箱涵宽12.98m，D箱涵宽11.99m，箱涵横向设置2cm的分缝。A箱涵为城市轨道交通预留车道，现阶段为人行道;B、C箱涵为项目建成后的机动车道;D箱涵靠近C箱涵一侧5m范围内为绿化带，另一侧7m范围内为检修车道和非机动车道。结合工程实际情况和类似工程施工经验，拟采用满堂式碗扣支架作为承重体系，并选取B、C箱涵满堂支架为代表进行相应支架设计验算和施工工艺介绍。

　　B、C箱涵宽12.98m，顶板厚1.0m，底板厚0.8m，中腹板厚0.8m，边腹板厚0.6m，与道路相接的边腹板厚1.0m，底板沿纵向设置两道宽×高为2.0×0.8m的纵肋，纵肋中心距离箱涵边缘3m。B、C箱涵为灌注桩基础，底板下缘浇注20cm砼垫层。

　　2、满堂支架设计

　　箱涵顶板模板支架采用的满堂式碗扣支架体系由支架基础、碗扣立杆、横杆、扫地杆、斜撑杆及扣件、立杆可调顶托、立杆可调托撑、方木纵梁、方木横向分配梁等组成。

　　2.1支架布置型式

　　2.1.1倒角3m范围处

　　碗扣件在200*300*1298cm倒角处(3m范围)沿纵桥向立杆间距为60cm、沿横桥向立杆间距为60cm、水平杆步距为120cm。考虑到倒角处钢筋砼自重荷载较大，在沿纵桥向两立杆中间加设一道Ф48×3.0mm脚手架钢管立杆，并采用扣件与碗扣架水平杆连接。

　　2.1.2中间顶板厚度100cm段

　　箱涵每孔两倒角间顶板厚100cm段，碗扣件沿纵桥向立杆间距为90cm、沿横桥向立杆间距为60cm、水平杆步距为120cm。

　　2.2荷载计算

　　结合本工程的实际材料进场情况，横桥向方木采用9*9cm、纵桥向方木采用9*14cm、碗扣件钢管采用Ф48mm×3.0mm的钢管、脚手架钢管采用Ф48×3.0mm钢管。

　　A、碗扣件钢管及斜撑、剪刀撑、扫地杆、立杆可调托撑、立杆垫座等钢管支架单元自重Q1:倒角3m范围处按1.598KN计算、中间顶板厚度100cm段按1.667KN计算;

　　B、模板单元自重Q1:倒角3m范围处按0.96KN/m2计算、中间顶板厚度100cm段按0.79KN/m2计算;

　　C、钢筋砼容重Q2按配筋率大于2%取容重ρ=26KN/m3:倒角3m范围处砼厚度从2m斜变到1m，按最厚处2m取值计算;

　　D、施工人员及设备荷载Q3按1kpa计算;

　　E、振捣砼产生的荷载Q4按2.0kpa计算,倾倒砼产生的冲击荷载由于板厚大于等于1.0m,故可以忽略不计。

　　2.3受力验算

　　A、立杆强度验算

　　考虑现场碗扣钢管经长期使用磨损后实际厚度只有3.0mm，查表计算横杆步距为1.2m时实际单肢立杆的容许轴向承载力[N]([N]= ФA[σ])。

　　查《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 166-2008附录C 得杆件稳定系数φ=0.496、查《路桥施工计算手册》2008年版表8-7得钢管支架容许应力[σ]=140MPa、有效净截面面积A=4.24×10-4 m2。经计算[N]= ФA[σ]=4.24×10-4×140×103×0.496=29.44KN。

　　组合风荷载时单肢立杆轴向承载力N=[1.2×Q1+1.4×0.9×(Q3+Q4)]LXLY +1.2Q2V(式中LXLY为单肢立杆纵向及横向间距、V为LXLY段砼体积)。

　　当N≤[N]=29.44KN时，表示立杆承载力满足要求，可以安全使用。

　　B、稳定性验算

　　查《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 166-2008附录B得钢管强度f为205MPa。

　　组合风荷载时单肢立杆压弯强度σ=Nw/φA+0.9βMw/[γW(1-0.8Nw/Ne)](式中Nw为立杆受到的轴向力、φ取0.496、A为钢管有效净截面面积A=4.24×10-4 m2、β为有效弯矩系数取1.0、Mw为风荷载对立杆产生的弯矩、γ截面塑性发展系数取1.15、W为立杆的截面模量W=0.0982×(D4-d4)/D=4.49cm3、Ne欧拉临界力Ne=π²EA/λ²)。

　　当σ≤f=205MPa时，表示立杆稳定性满足要求，可以安全使用。

　　2.3.1倒角3m范围处

　　由于模板加固方式为侧模夹底模，利用模板对拉钢筋连接，倒角处碗扣架仅受竖向承载力，不受腹板侧压力作用，因此重点通过验算立杆强度和支架稳定性，以校验支架是否满足施工需要。

　　⑴依据公式N=[1.2×Q1+1.4×0.9×(Q3+Q4)]LXLY +1.2Q2V计算组合风荷载时单肢立杆轴向承载力：

　　N={1.2×[1.598/(0.6×0.6)+0.96]+1.4×0.9×(1+2)｝×0.6×0.6+(1.2×26×0.6×0.6×2)=26.15KN<[N]=29.44KN

　　由此可知单肢立杆轴向承载力强度满足要求。

　　⑵依据公式σ=Nw/φA+0.9βMw/[γW(1-0.8Nw/Ne)]计算组合风荷载时单肢立杆压弯强度：

　　式中Mw=1.4al02Wk/10=1.4×0.6×1.82×0.618/10=0.168KN·m

　　Ne=π²EA/λ²=3.14²×4.24×10-4 ×2.06×108/1132=67.44KN

　　所以σ=[26.15×103/(0.496×4.24×10-4 )]×10-6+0.9×1×(0.168×103)/[1.15×4.49×10-6×(1-0.8×26.15/67.44)]×10-6=124.344+42.451=166.80

　　由此可知立杆稳定性满足要求，可以安全使用。

　　2.3.2中间顶板厚度100cm段

　　该部分梁体厚度均匀，其仅受竖向压力作用，通过计算立杆强度和支架稳定性验算，看该处杆件是否满足施工需要。

　　⑴依据公式N=[1.2×Q1+1.4×0.9×(Q3+Q4)]LXLY +1.2Q2V计算组合风荷载时单肢立杆轴向承载力：

　　N={1.2×[1.667/(0.6×0.9)+0.79]+1.4×0.9×(1+2)｝×0.6×0.9+(1.2×26×0.6×0.9×1)=21.40KN<[N]=29.44KN

　　由此可知单肢立杆轴向承载力强度满足要求。

　　⑵依据公式σ=Nw/φA+0.9βMw/[γW(1-0.8Nw/Ne)]计算组合风荷载时单肢立杆压弯强度：

　　式中Mw=1.4al02Wk/10=1.4×0.9×1.82×0.618/10=0.252KN·m

　　Ne=π²EA/λ²=3.14²×4.24×10-4 ×2.06×108/1132=67.44KN

　　所以σ=[21.40×103/(0.496×4.24×10-4 )]×10-6+0.9×1×(0.252×103)/[1.15×4.49×10-6×(1-0.8×21.40/67.44)]×10-6=101.757+58.868=160.625

　　由此可知立杆稳定性满足要求，可以安全使用。

　　3、支架施工

　　3.1支架搭设施工要求及技术措施

　　满堂式碗扣支架搭设时，先在箱涵钢筋混凝土底板上设下托(立杆底部可调底座)。支架顶部设置顶托，顶托上安设横桥向方木，横桥向方木上布置顺桥向方木，顺桥向方木上铺设顶板底模板。支架纵横向设置剪刀撑，以增加其整体稳定性，支架上端与腹板间用方木塞紧。剪刀撑、横向斜撑与立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设，并且在砼浇注和张拉过程中，进行全过程监测和专人检查。

　　3.2支架搭设要求

　　⑴按施工方案弹线定位，放置可调底座后分别按先立杆后横杆再斜杆的搭设顺序逐层进行,每次上升高度不大于3m。底座和垫板应准确地放置在定位线上;垫板宜采用长度不少于2跨，厚度不小于50mm的木垫板;底座的轴心线应与地面垂直。底层水平框架的纵向直线度应≤L/200;横杆间水平度应≤L/400。

　　⑵模板支撑架搭设应与模板施工相配合，利用可调底座或可调托撑调整底模标高，但支架顶托和底座的丝杆外露长度不得大于20cm。

　　⑶支架的搭设应分阶段进行，第一阶段的撂底高度一般为6m，搭设后必须经检查验收后方可正式投入使用。

　　⑷支架拼装时要求随时检查横杆水平和立杆垂直度外，还应随时注意水平框的直角度，不致使支撑架偏扭。保证支架全高的垂直度应小于L/500;最大允许偏差应小于100mm。

　　⑸支架拼装每3层检查每根立杆底座下是否浮动，否则应旋紧可调座或用薄铁片垫实，在支架拼装头3层，每层用经纬仪、水平仪、线坠随时检查立杆的垂直度及每层横杆的水平，随时检查随时调整。

　　⑹支撑架搭设到顶时，应组织技术、安全、施工人员对整个架体结构进行全面的检查和验收，及时解决存在的结构缺陷。

　　⑺浇筑过程中，派人检查支架和支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。

　　3.3支架拆除要求

　　⑴严格控制拆模时间，架体拆除时应按方案设计的拆除顺序进行。

　　⑵拆除时应遵循先上后下，后搭先拆，一步一清的原则，部件拆除的顺序与安装顺序相反，严禁上下同时进行，拆除时应采用可靠的安全措施。

　　⑶卸料时应由工作业人员将各配件逐次传递到地面，严禁抛掷。