现浇简支梁满堂支架设计及施工技术

现浇简支梁满堂支架设计及施工技术方剑峰 （中铁十一局集团五公司合福安徽项目部，重庆 ） 摘 要：本论文阐述客运专线现浇简支梁满堂支架的施工方法，结合实际工点工程概况，考虑到满堂支架施工先进快捷的优势，从设计到验算，再到施工，全面介绍了满堂支架施工的技术要点。关键词：满堂支架 设计 验算 施工 技术要点满堂支架施工是梁体现浇施工中较为成熟的一种工艺，具有造价相对较低、操作方便灵活、适应性强、占用施工场地少、节约制架设备投资等特点，对于保证质量、提高工效十分有利。以下内容即为结合实际工点阐述的满堂支架施工工法。1 工程概况 洪富中桥为谷架旱桥，为跨越山间谷地而设，桥址处植被茂密，无大型水沟，河流。根据现场地形及设计要求，洪富中桥1-24+1-32m简支梁采用支架法现浇。本简支箱梁截面类型均为单箱单室等高度简支箱梁，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。设计线间距为5.0m，梁体中心梁高为3.05m，防护墙内侧净宽8.8m，箱梁顶桥宽为12.0m，桥梁建筑总宽12.28m。2 满堂支架设计及验算2.1 支架设计要求（1）支架结构必须有足够的强度、刚度、稳定性。（2）支架在承重后期弹性和塑性变形应控制在15mm以内。（3）支架部分地基的沉降量控制在5mm以内，地基承载（压）力达200kPa。（支架设计完后进行验算）（4）支架顶面与梁底的高差应控制在理想值范围内，且应与预留拱度通盘考虑。2.2支架搭设设计测量人员根据原地面标高及梁底标高计算满堂支架高度及硬化混凝土基础顶面标高，然后根据原地面地质情况确定换填碎石垫层厚度，换填并碾压密实，并对地基承载力及地基沉降进行检测和检算，确保地基具有良好的承载力，满足施工荷载下地基承载检算要求，通过检算地基承载力不得小于200KPa；然后在经过处理压实平整的地基上浇筑30cm厚C20混凝土作为支架基础。搭设WDJ碗扣式多功能钢支架，横桥向方向，梁体腹板下支架间距为30cm，其余为60cm；顺桥向方向，支架间距为60cm，步距0.6m。支架外围四周设剪刀撑，内部沿桥梁纵向每4排立杆搭设一排横向剪刀撑，支架高度通过可调托座和可调底座调节。图1 支架验算单元图2.3支架结构检算根据碗扣式支架的布置方案，采用WDJ碗扣式多功能钢支架，对其刚度、强度、稳定性必须进行检算。钢管的内径41mm外径48mm。断面积转动惯量回转半径截面模量钢材弹性系数钢材容许应力2.3.1 一般截面箱身支架结构验算荷载计算及荷载的组合A、钢筋混凝土梁重：(钢筋混凝土梁重量按26kN/m3计算)B、支架模板重 模板重量：(内模未计) (钢模重量按82.64kN/m3计算) I20工字钢重量：(工字钢重量按31.54KG/m计算) 方木重量：(方木重量按8.33KN/m3计算) 支架重量：根据现场情况按3米高支架进行检算。(JGJ166-2008 建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范说明3m立杆重量16.84kg、0.6m横杆重量2.82kg)C、人员及机器重(JGJ166-2008 建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范)D、振捣砼时产生的荷载( JGJ166-2008 建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范) E、倾倒混凝土时冲击产生的水平荷载(采用汽车泵取值3.0KN/m2)前载组合： 按照最不利位置计算单元1中单根立杆受力：2.3.2立杆强度及稳定性验算（1）、立杆强度验算式中：安全系数；支架钢管设计抗压强度；钢管有效截面积；计算单元对立杆的压力。参见路桥施工计算手册。（2）立杆稳定验算，由路桥施工计算手册查得结论：立杆满足强度及稳定性要求。2.3.3 纵向方木强度和刚度验算支架中采用9090mm纵向方木，间距0.25m，验算时按简支梁计算。A、纵向方木强度验算 式中：方木设计抗弯强度，；方木截面抵抗矩；方木所受弯矩；B、纵向方木刚度验算 式中：方木挠度；结论：纵向方木满足强度和刚度要求。2.3.4 整体验算检验：查图纸得出，每跨现浇箱梁钢筋混凝土V=334.3m3,按箱梁底部支架承重计算：整个支架系统承重为： KN安全系数k=3.4也满足施工要求。结论：以上模板、支架及支架基础处理能满足32m简支箱梁的施工要求。3 满堂支架施工3.1 原地面处理根据设计提供地质资料结合我分部施工期间现场勘探，现浇梁地质无不良软弱地质，也无岩溶发育区段，在回填碎石土前需要采用挖机进行清除地表虚碴，清除墩或台间表层耕植土、有机土等杂物，当纵横向地面坡度变化时，做成高1.2m，宽2m台阶，确保边坡稳定。3.2回填地面处理完毕，报验合格后，采用碎石土回填，回填最大粒径不宜超过15cm，采用YZ-20JC压路机分层碾压，底层按厚度不大于50cm控制，压实系数不得小于0.8,面层1m内深范围按虚铺厚度35cm控制，压实系数应大于0.9。回填宽度顶部按不小于梁边线外2m，其回填边坡比按1：1.5m坡比回填。在碾压过程中应严格控制分层厚度和最佳含水量，确保压实密度，每层必须进行检测压实度和地基承载力，如果压实度和地基承载力达不到200Kpa应多碾压，或减少虚铺厚度。回填实应从低处开始回填，当有台阶时应及时施作C20片石砼挡墙，在回填时要避免墩受偏压。3.3地面硬化处理基底处理好后压实度和地基承载力检测合格后，浇筑30cm厚C20混凝土基础。地面横向坡度按水平考虑，纵向坡度按线路坡度设置，以便于顶底托的调节。硬化宽度为梁边线外侧1.5m。3.4排水系统为了有效及时排出地表水，在硬化边纵向两侧开挖4030cm的排水沟，排水沟采用M10砂浆铺底，厚10cm，排水沟分段开挖形成坡度，低点开挖集水坑以便排水。3.5 施工技术交底支架搭设前工程技术负责人应按已批准的支架搭设方案的要求对搭设和使用人员进行技术和安全交底。3.6 进场材料检查对进入现场的支架构配件，使用前应对其质量进行复检：（1）主要构配件应有产品标识及产品质量合格证；（2）应重点检查的项目为：钢管管壁厚度，焊接质量，外观质量，可调底座和可调托撑丝杆直径、与螺母配合间隙及材质等。3.7 测量放样测量人员用全站仪放样箱梁在地基上的竖向投影线，并用白灰撒上四周轮廓标志线，现场技术员根据投影线定出单幅箱梁的纵、横向中心线，同样用白灰线做上标记。再根据中心线分别向前后及左右对称布设碗扣支架立杆处可调底座坐标位置。3.8布设立杆可调底座根据立杆位置布设可调底座，挂线控制线形、标高，放置平整、牢固，底部无悬空现象。3.9碗扣支架安装根据立杆及横杆的设计组合，从底部向顶部依次安装立杆（先长后短）、横杆。不同规格长度的立杆要交错布置，一般先全部装完一个作业面的底部立杆及部分横杆，再逐层往上安装，同时安装所有横杆。立杆和横杆安装完毕后，安装斜杆，保证支架的稳定性。斜撑通过扣件与碗扣支架连接，安装时尽量布置在框架结点上。底层水平框架的纵向直线度应L/200；横杆间水平度应L/400。支架全高的垂直度应L/500，最大允许偏差应小于100mm。3.10可调托撑安装为便于在支架上高空作业，安全省时，可在地面上大致调好可调托撑伸出量，再运至支架顶部安装。根据梁底高程变化决定顺桥向控制断面间距，横桥向设左、中、右三个控制点，精确调出可调托撑标高。然后用明显的标记标明可调托撑伸出量，以便校验。最后再用拉线内插方法，依次调出每个可调托撑的标高，可调托撑伸出量一般控制在30cm以内为宜。3.11支架的检查和验收（1）支架检查的重点内容为： 保证架体几何不变形的斜杆、十字撑等设置是否完善； 基础是否有不均匀沉降现象，立杆底座与基础面的接触有无松动或悬空情况； 立杆上碗扣是否可靠锁紧； 立杆连接销是否安装、斜杆扣接点是否符合要求、扣件拧紧程度；（2）支架应随施工进度定期进行检查，达到设计高度后进行全面的检查和验收。（3）停工超过一个月恢复时应进行检验。（4） 支架验收时，应具备下列技术文件 施工组织设计及变更文件； 专项施工设计方案； 周转使用的支架构配件使用前的复验合格记录； 搭设的施工记录和质量检查记录；（5）验收合格后，应对支架进行等荷载预压后，方可投入使用。3.12纵横梁及外模安装可调托撑标高调整完毕后，在其上安放I20a工字钢横梁，采用9cm9cm方木置于工字钢上作小楞，作为模板支撑。4 满堂支架预压设计为了检验满堂支架碗扣支架支撑体系受力状况，各部位的强度与刚度和测量满堂支架在箱梁施工全过程的弹性变形与非弹性变形量，控制模板的预拱度，确保箱梁浇筑过程安全与质量，满堂支架组装后应进行模拟箱梁施工过程的加载预压。4.1 预压重量的计算预压重量按满堂支架在箱梁施工过程中最不利状况（现浇32m箱梁）进行考虑，其箱梁浇筑过程的荷载如下表：表1 32m箱梁浇筑过程中荷载重量估算表第一次浇筑（32m梁）荷载重量内模重量（T）钢筋、钢绞线重量（T）底板砼总重量（T）斜腹板砼重量（T）顶板翼缘板砼重量（T）施工附加荷载（T）合计（T）367122021033075942q1=3.44T/mq2=7.07T/mq3=6.75T/mq4=10.61T/m注：32m箱梁支座中心间距为31.1m；施工附加荷载按2.0KN/m2。预压荷载=（梁体重量+内模重量+ 施工附加荷载）1.1=1036.2T。表2 24m箱梁浇筑过程中荷载重量估算表第一次浇筑（24m梁）荷载重量内模重量（T）钢筋、钢绞线重量（T）底板砼总重量（T）斜腹板砼重量（T）顶板翼缘板砼重量（T）施工附加荷载（T）合计（T）265416315624555699q1=3.46T/mq2=7.07T/mq3=6.75T/mq4=10.61T/m注：24m箱梁支座中心间距为23.1m；施工附加荷载按2.0KN/m2。预压荷载=（梁体重量+内模重量+施工附加荷载）1.1=768.9T。4.2 荷载预压满堂支架拼装完成后，首先根据计算书中提供的理论挠度值进行预拱度调整。调整工字钢下面支撑的可调撑杆。 模板预拱度调整完成后即可进行预压试验。荷载采用砂袋法预压方法，通过先底板，再腹板，最后堆载顶板和翼板的顺序进行，总荷载量控制在32m跨箱梁1036.2T，在加载施工最大荷载的60%和100%、 110%时分别进行观测，在加预压之前测出各测量控制点标高，测量控制点按顺桥向模板分节位置布设，32m箱梁分9个横断面，每个横断面布置5个点，具体见后文观测点布置。卸完成后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架和地基的弹性变形量，用总沉降量减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形（即塑性变形）量。预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。预压卸载时间以支架地基沉降变形稳定为原则，即最后两次沉落观测平均之差不大于2mm时，即可卸载。4.3 加载顺序满堂支架模拟箱梁施工过程加载与卸荷的顺序见“箱梁施工“预压-卸载”试验流程图”。 图2 箱梁施工“预压-卸载”试验流程图卸载成为“状态一”的受力状态卸载成为“加载初始状态”预压过程的总结、满堂支架局部加固、抬高值的确定测量监控预压前准备工作完成“状态一”加载完成“状态二”加载完成“状态三”加载持荷观测卸载成为“状态二”的受力状态第一步：预压前准备工作、支架的底模、侧模初始状态的设定（先按箱梁相应断面的设计标高暂定）。、场地平整硬化，预压材料过磅装袋，堆放等工作。、场地照明设备的安装。、人员组织、机械设备与测量仪器的配备（需要水平仪2部，经纬仪1部）。 、观测点的设置为避免在砼施工时，支架不均匀下沉，消除支架和地基的塑性变形，准确测出支架和地基的弹性变形量，为预留模板拱度提供依据，保证施工安全、提高现浇梁质量。对模板接缝位置及跨中具有代表性点进行观测，观测布点如图所示：32米梁纵向设置9排观测点（24米梁设置7排）。图3 32米梁预压观测点平面布置图 图4 24米梁预压观测点平面布置图横断面观测：32米梁及24米梁布设相同，设置五个点，分别为翼缘板两个点，腹板两个点，底板一个点既线路中线位置。布置如图，图5 现浇梁预压观测点横断面布置图根据高速铁路桥涵工程施工技术指南铁建设2010241号文件要求，预压加载按最大施工荷载的60%、100%、110%分三次加载，每级加载完毕1h后进行观测，加载完毕后宜每6h测量一次变形值，预压卸载时间以支架地基沉降变形稳定为原则，即最后两次沉落观测平均之差不大于2mm时，即可卸载，卸载时注意要按加载顺序反向行之，即先卸载到最大施工荷载的100%，观测稳定后继续卸载到60%、0%，分别记录好观测数据以备后用。具体操作步骤：第一步：初始状态的观测：在完成观测点的布设后 进行各观测点初始读数的观测，并做好记录。第二步：“状态一”加载模式（60%）“状态一”的加载模式是加载配重至施工最大荷载的60%，加载后1h进行观测，并记录好数值后，方可继续加载。加载过程中如发现异常应立即停止加载，查找原因处理后在进行。第三步：“状态二”加载模式（100%）“状态二”的加载模式是加载配重至施工最大荷载的100%，加载后1h进行观测，并记录好数值后，方可持续加载。加载过程中如发现异常应立即停止加载，查找原因处理后在进行。第四步：“状态三”持续加载（110%）完成“状态二”观测后持续加载到施工最大荷载的110%，加载完毕后1小时进行观测，并每隔6小时观测一次并做好记录，直至沉降稳定。沉降稳定时间以支架地基沉降变形稳定为原则，即最后两次沉落观测平均之差不大于2mm时，即可进行卸载。第五步：卸载卸载观测是“加载预压”的重要一环，通过各级荷载的卸载观测可推算出满堂支架在各级荷载作用下的弹性变形量与残余变形量，卸载观测过程与加载观测过程相反，其过程如下：状态（三）状态（二）状态（一）初始状态卸载时每完成一级卸载均待观察完成、做好记录再卸下一级荷载。预压卸载顺序具体示意见碗扣式满堂支架现浇箱梁预压卸载示意图。第六步：预压过程的总结，“预压卸载报告”的编写对满堂支架在使用过程中的安全性、可靠性进行评估，对各观测断面的观测点在各施工阶段的残余变形、弹性变形量的计算，对支撑点、跨中抬高值的确定，对局部刚度不足的部位提出加固方案。4.4 满堂支架底模预拱度设置与调整（1） 梁底模板设置预（反）拱的计算：保证线路在运营状态下平顺，即梁体上下结构表面坡度与设计坡度一致。梁底模板跨中设置的拱度值L如下式：L= L1+L2（mm）L1:张拉及混凝土收缩徐变引起的上拱值。为正值（+），设计埋论值为22.5mm。L2:预应力60天后的残余徐变拱度值。为正值（+），理论计算值为7.76mm。根据上式计算，设反拱。跨中至支座顶，则按L值到0mm，按二次抛物线过渡。注意，各点要考虑弹性变形量L1:支架堆载预压时底模的挠度值（弹性变形值）。为负值（-），预拱度设置时各点均要上调一个L1值。（2） 预拱度的设置根据计算所求得的反拱度值，以两支座处为“O”，通过工字钢下方的可调撑杆来调节，以抛物线型逐步过渡到跨中最大。经标高复测无误后，应螺紧可调撑杆、锁定，防止载荷期间，丝杆回缩。（3） 预拱度的调整以堆载预压的实测挠度值、张拉及混凝土收缩徐变引起的理论上拱值、预应力60天后的理论残余徐变拱度值计算而设定的第一片梁的预（反）拱值，可能在实际施工中达不到理想的效果。应根据第一片梁施工后的实测效果，进行修正后在第二片梁拱度设置上作一些调整，逐步修正调整，达到理相状态。调整过程中应综合考虑实际施工过程的沉降量与“预压卸载”弹性下沉量存在一定的偏差，分析其原因后进行及时调整，保证误差最小。主要原因分析：、预压过程是模拟施工过程，预压体全部是松散体，而实际钢筋混凝土骨架具有一定抗弯能力。 、部份荷载通过支座直接传递至墩台身，没有作用在支架上。、张拉时实际砼弹性模量值比