橋梁滿堂支架的設(shè)計與施工技術(shù)要點(diǎn)分析

莫朝良

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 510635）

0 引言

滿堂支架是橋梁現(xiàn)場施工采用最為廣泛的方法。通過在橋梁下部設(shè)置密集的支架支撐體系，使得模板可以直接在支架上進(jìn)行安裝和連接，從而使得混凝土能夠像在平地上一樣進(jìn)行澆筑施工，在很大程度上還原了最為簡單和初始的橋梁施工工藝，對于復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜地形狀態(tài)下的橋梁施工具有很好的適應(yīng)性。然而，滿堂支架選擇安裝的支架數(shù)量多而密集，這使得其設(shè)計與施工都較為復(fù)雜。如果沒有進(jìn)行有效的支架設(shè)計，將使得實(shí)際操作過程中支架變形較大，梁體出現(xiàn)早期開裂問題，甚至因為設(shè)計穩(wěn)定性不足而出現(xiàn)安全事故；如果施工中組織管理不合理，則容易使支架施工出現(xiàn)人員安全問題以及因支架變形過大而不利于施工控制[1]。因此，需要高度重視橋梁滿堂支架的設(shè)計與施工。

本文依托樂廣高速T28標(biāo)源潭互通E匝道清佛一級公路跨線橋為工程背景，研究滿堂支架的設(shè)計方法與要點(diǎn)，并對其施工過程關(guān)鍵技術(shù)與施工控制要點(diǎn)進(jìn)行了闡述總結(jié)。

1 工程概述

樂昌市至廣州市的高速公路樟市至花東段是樂昌市至廣州市的高速公路項目的一段，經(jīng)過英德市、清遠(yuǎn)市，止于廣州市花都區(qū)的花東鎮(zhèn)。主線新建線路長約140 km，采用雙向六車道，路基寬33.5~34.5 m，設(shè)計速度為100~120 km/h；清佛一級公路跨線橋主要跨越354省道（354省道目前為寬22.5 m的四車道一級公路），由于清佛一級公路跨線橋所跨位置接樂廣高速公路樟市至花東段第T28合同段源潭互通E匝道，使所跨道路拓寬增加到約30 m，且與所跨道路成80.2°的右偏角。根據(jù)橋位處的地形特點(diǎn)，本橋采用一聯(lián)橋（25m+35m+65 m+35 m）的預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)。由于地形情況復(fù)雜，因此施工采用滿堂支架進(jìn)行現(xiàn)場澆筑。

2 滿堂支架的設(shè)計

為了滿足混凝土澆筑過程中模板的定位高度及施工人員安全性，設(shè)計的滿堂支架需要能夠承擔(dān)施工荷載并滿足安全性和穩(wěn)定性等要求。設(shè)計的主要內(nèi)容是荷載選擇、承載力計算、預(yù)拱度設(shè)計和構(gòu)造設(shè)計[2]。

2.1 荷載選擇

滿堂支架的設(shè)計需要考慮其經(jīng)受的荷載作用，這包括永久荷載和可變荷載兩類。

永久荷載包含作用在模板支架上的所有荷載型式，例如澆筑的混凝土及鋼筋自重，采用25 kN/m2估計，模板系統(tǒng)的質(zhì)量包括了縱橫桿件及斜撐等，支架系統(tǒng)本身的質(zhì)量如腳手板、安全網(wǎng)及欄桿等。需要注意的是，施工中因為漲模等因素需要考慮自重的放大系數(shù)1.02，同時需要考慮澆筑的不均勻性所造成的不平衡自重荷載。

可變荷載包含施工人員及施工機(jī)械設(shè)備質(zhì)量，按照經(jīng)驗取值2.5 kN/m2；考慮振搗混凝土產(chǎn)生的荷載，同時按照經(jīng)驗取值2.0 kN/m2；考慮施工中風(fēng)荷載的影響，按照基本風(fēng)壓進(jìn)行計算分析。

2.2 承載性能計算

支架的設(shè)計應(yīng)該滿足最基本的承載安全性，這不僅需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計算，還需要對支架穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析.一般而言滿堂支架都是采用標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化的支架體系，因此通過支架安全技術(shù)規(guī)范進(jìn)行驗證分析，計算中需要考慮單個立柱的承載能力、橫桿的承載能力、碗口節(jié)點(diǎn)的承載能力、斜桿承載能力等，在承載能力分析的基礎(chǔ)上分析其變形和撓度值。承載性能計算的另外一方面是穩(wěn)定性，這需要考慮支架體系的整體穩(wěn)定問題和局部穩(wěn)定問題，考慮至少2.0以上的安全系數(shù)儲備。

2.3 支架變形及預(yù)拱度計算

支架能夠承擔(dān)上述荷載作用，又因為其支撐在下部地基上，因此有一定的變形情況，如果對支架變形估計不足將使得施工過程中梁體無法得到有效支撐，在早期就承受較大的荷載作用從而出現(xiàn)開裂風(fēng)險，很多滿堂施工橋梁出現(xiàn)早期開裂問題的根源之一就是支架的變形。

設(shè)計中應(yīng)該考慮支架受力情況下的變形量，同時估計地基基礎(chǔ)的可能沉降與不均勻沉降，一方面通過施工措施和手段加強(qiáng)地基穩(wěn)定性，以降低地基的變形問題；另一方面通過設(shè)置預(yù)拱度的方法，使得支架在受力承載后達(dá)到正好的梁體設(shè)計標(biāo)高位置，從而在施工完成后梁體能夠達(dá)到設(shè)計線形狀態(tài)。預(yù)拱度的設(shè)計應(yīng)該考慮結(jié)構(gòu)重力引起的梁體變形以及活載作用引起變形的一半進(jìn)行設(shè)計考慮。

2.4 滿堂支架的設(shè)計與構(gòu)造

根據(jù)上述分析，針對本工程特點(diǎn)，設(shè)計了如圖1所示的滿堂支架型式，分別呈現(xiàn)了跨中斷面和支點(diǎn)斷面的支架設(shè)計與布置。箱梁底橫橋向布置I12.6工字鋼作為主龍骨，主龍骨上布置木方及模板。各獨(dú)立支撐塔架之間通過腳手48鋼管采用48/60扣件與塔架立桿相連并扣緊，形成一個整體，縱向及水平方向均需設(shè)置剪刀撐。通過設(shè)計荷載確定及承載能力分析，設(shè)計的滿堂支架體系均能滿足結(jié)構(gòu)安全性和承載性要求。

3 支架的施工技術(shù)與要點(diǎn)

圖1 滿堂支架設(shè)計結(jié)構(gòu)型式（單位：mm）

根據(jù)設(shè)計的橋梁滿堂支架結(jié)構(gòu)體系，在施工中仍然需要保證施工質(zhì)量，才能減少支架施工的安全風(fēng)險，并確保梁體的施工建設(shè)質(zhì)量。滿堂支架的現(xiàn)場施工包含了地基基礎(chǔ)處理、支架安裝與搭設(shè)、支架預(yù)壓、混凝土澆筑、支架卸除等流程和階段[3-4]，以下對這些施工過程的關(guān)鍵技術(shù)與要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)和分析。

3.1 地基基礎(chǔ)處理

由于支架系統(tǒng)直接作用在地基基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)不穩(wěn)定或者沉降變形大將給支架施工帶來很大的安全風(fēng)險，因此需要對地基基礎(chǔ)進(jìn)行處置。首先，應(yīng)該評估地基基礎(chǔ)特點(diǎn)，根據(jù)勘測調(diào)研的相關(guān)資料，分析施工范圍內(nèi)是否存在不良地質(zhì)現(xiàn)象如軟土、濕陷性黃土、軟弱層、巖溶等，評估這些不良地質(zhì)現(xiàn)象的危害等級及狀況；其次，確定地基基礎(chǔ)處置的方法，對于存在不良地質(zhì)的問題應(yīng)該選擇采用表層軟土置換方法還是深層的加固方法，并通過壓實(shí)工藝提高地基基礎(chǔ)層的壓實(shí)度，及時進(jìn)行地面及基礎(chǔ)內(nèi)部的排水，設(shè)置截水溝等，通過壓實(shí)和排水提供基礎(chǔ)的壓實(shí)度來降低施工中的沉降問題，一般都會采用適宜的墊層或者澆筑低等級混凝土基礎(chǔ)層的方式作為支架的基礎(chǔ)；最后，設(shè)置支架枕木，將支架荷載均勻地傳遞到基礎(chǔ)上，這樣可以保證支架與基礎(chǔ)受力傳遞的均勻性，應(yīng)該根據(jù)支架尺寸合理確定枕木的面積和尺寸，保證荷載的擴(kuò)散傳遞效率，同時確保枕木的安全性。

3.2 支架安裝與搭設(shè)

支架系統(tǒng)需要根據(jù)設(shè)計的圖紙進(jìn)行安裝與搭設(shè)，這個過程由于涉及到較多的構(gòu)件類型，因此需要根據(jù)合理的施工組織流程進(jìn)行操作。一般首先進(jìn)行支架立柱的布設(shè)，并通過一定數(shù)量的橫撐和斜撐進(jìn)行支撐；其次進(jìn)行頂面方木和工字鋼橫梁的安裝，在安裝過程中支架立柱配合進(jìn)行立體作用，在提高支架安裝效率的同時提高支架的穩(wěn)定性；最后需要根據(jù)支架頂面的高程設(shè)計值進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法是改變支架底部，一般采用砂箱來調(diào)整確定支架高程。支架安裝完成后就需要安裝現(xiàn)場澆筑的主梁模板系統(tǒng)，包括底模和側(cè)模，模板系統(tǒng)應(yīng)該調(diào)整至達(dá)到設(shè)計的高程要求。

3.3 支架預(yù)壓施工

支架預(yù)壓是進(jìn)行支架安全性施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是進(jìn)行支架承載性能及安全性檢定的工序，這在每個滿堂支架的施工過程中都是必不可少的環(huán)節(jié)。支架預(yù)壓的目的是消除支架與地基基礎(chǔ)直接的非彈性變形，使得梁體在澆筑過程中得到很好的施工監(jiān)控，因為彈性壓縮變形通過計算理論可以真實(shí)預(yù)測[5]。通過支架預(yù)壓試驗，支架的彈性變形量也可以很方便地觀測到，這些觀測的數(shù)據(jù)是后續(xù)梁體施工監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)。

支架預(yù)壓施工方法有砂袋、鋼筋及水箱堆載預(yù)壓等方式，試驗加載的噸位值一般是計算荷載的1.2倍左右，這樣才能夠保證預(yù)壓試驗的效率和質(zhì)量。預(yù)壓過程中需要時刻觀測支架的變形量，一般認(rèn)為如果連續(xù)幾天觀測的支架變形量在3 mm以內(nèi)時，則可以認(rèn)為支架的變形基本趨于穩(wěn)定，非彈性變形已經(jīng)被壓縮完成，可以卸除預(yù)壓荷載進(jìn)行后續(xù)的正常施工澆筑了。

3.4 混凝土澆筑

梁體混凝土澆筑過程按照常規(guī)的現(xiàn)澆工藝進(jìn)行，此時需要關(guān)注的是為了確保施工完成后結(jié)構(gòu)的線形和應(yīng)力狀態(tài)能夠達(dá)到設(shè)計預(yù)期狀況，需要采用施工監(jiān)控手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)控制，這其中對于支架變形的監(jiān)測就是施工控制的關(guān)鍵內(nèi)容之一。無論是混凝土澆筑完成還是張拉預(yù)應(yīng)力，都需要對支架上若干關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行變形監(jiān)測，確保橋梁的成橋狀態(tài)線形。

3.5 支架卸除

施工完成后需要卸除支架。拆除也是重要的過程，如果拆除手段不合理同樣會引起梁體的開裂。應(yīng)該從橋梁支座位置向跨中位置逐漸卸除支架，拆卸的方式往往通過釋放砂箱以使得支架從受壓狀態(tài)回復(fù)到自然狀態(tài)。支架拆除過程中同時需要對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，確保安全平穩(wěn)。

4 結(jié)語

依托樂廣高速T28標(biāo)源潭互通E匝道清佛一級公路跨線橋為工程背景，該橋梁為連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)，下部施工環(huán)境非常復(fù)雜，故采用滿堂支架施工工藝。根據(jù)滿堂支架施工中需要考慮的荷載因素、承載能力、變形及預(yù)拱度等因素，進(jìn)行了支架的設(shè)計與構(gòu)造。通過該支架系統(tǒng)現(xiàn)場各環(huán)節(jié)的施工，總結(jié)了相關(guān)施工技術(shù)要點(diǎn)，現(xiàn)場施工取得了良好效果，施工過程中結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及線形變化平穩(wěn)，橋梁成橋狀態(tài)良好。