李德华

（中铁二十局集团有限公司，陕西 西安710016）

0 引言

碗扣式满堂支架施工是胶济客专一大重难点工程，施工难度大，安全风险高，具有多功能、高攻效、承载力大、工序相对简单等特点。碗扣式满堂支架施工设计及载荷计算，可以积累施工经验，并为今后类似工程进行技术人员储备。

1 工程概况

胶济客运专线马尚双线特大桥48#-51#墩跨越淄博市张店区西八路，为40+64+40m预应力混凝土连续梁，梁部结构采用单箱单室变截面箱梁，梁全长145.2m，中支点梁高5.2m，端支点及跨中梁高为2.8m，边支座中心线至梁端0.60m，边支座横桥向中心距4.6m，中支座横桥向中心距4.40m。桥面宽按人行道栏杆内侧12.8m，桥面板宽13.0m。线路中心至挡碴墙内侧2.2m，轨底至梁顶高度为0.71m，轨底枕以下道碴厚0.35m。

梁体为单箱变高度、变截面结构，箱梁顶板厚度34-60cm，腹板厚度50-70-90cm，底板厚度44-100cm。在端支点、中支点、中跨中共设5个横隔板，隔板设有孔洞，供检查人员通过。

2 支架架设方案

2.1 总体方案

本桥（40+64+40）m预应力混凝土连续梁为跨越西八路而设，原设计采用挂蓝悬灌施工方法，因当年基础设施投入较大，挂篮及模板生产厂家定做周期长，为方便施工及加快施工进展，经设计变更采用满堂支架法(碗扣式脚手架作为支架)分段现浇施工。按地方交通主管部门要求，跨越西八路快车道时单向各予留净宽6.5m净高5m的车道,跨越西八路慢车道时单向各予留净宽2.3m净高3m的车道,采用大直径钢管为立柱、H型钢为纵横梁搭设门式架跨越西八路快车道及慢车道。其他地段均直接采用碗扣式脚手架搭设支架。具体见布置图1。

图1

2.2 具体架设方案

2.2.1 基础处理方案

地基发生整体或局部沉降是支架倒塌的重要原因。因此本工程支架搭设前根据场地地质条件先对地基进行处理，确保地基具有良好的承载力。墩身（台）间原地面铲除厚40cm表层土，使用压路机碾压密实，填筑40cm厚碎石垫层。压路机碾压密实后浇筑20cm厚C20混凝土作为脚手架基础，同时在脚手架基础顺桥方向挖设排水沟。

门式支架采用C30钢筋混凝土条形基础，基础宽度为120cm、厚度为80cm。在条形基础顶面按立柱间距预埋80×80×1.5cm的钢板。

2.2.2 支架方案

（1）确定组装顺序：立杆底座→立杆→横杆→接头锁紧→上层立杆→立杆连接锁→横杆。支架组装时,要求到多面层的同一方向,或由同向向两边推进,不得从两边向中间合龙拼装,否则,中间横杆因两侧支架刚度太大而不好安装。当现浇梁混凝土浇筑需用混凝土输送泵上料时,应在支架侧面纵向搭设输送泵管道的专用支架。（2）支架加固。本工程现浇梁具有一定的纵、横坡度,现浇梁支架要承受上部荷载一定的纵、横分力，因此应当根据支架高度,及时加设剪刀撑加固断面。剪刀撑钢管要与其经过的每一根支架立杆全部用钢管扣件锁紧。（3）支架调整。支架的高度在达到设计现浇梁板顶部高度之前,应根据纵、横坡度要求,逐个调整支架立杆顶杆的高度。纵方向的同一断面上每个顶托的高度应确定在同一平面位置,在调整立杆顶托时,螺栓的外壳高度不宜超过螺栓全长的1/3。具体布置见布置图2。

1）0#块支架

墩顶采用型钢搭设，顶部采用15×10cm方木为分配梁。墩顶以外部位采用碗扣式脚手架。因腹板处支架承受重量较大，于腹板中心线两侧1.2m(腹板厚及底板厚2倍之和)范围内立杆横向间距60cm，顺桥方向30cm，其余部位立杆纵横间距60cm，全桥所有支架横杆水平间距90cm。支架顶部安设顶托，纵向采用15×12cm方木为分配梁，分配梁上采用12×10cm方木为背楞，背楞上铺设底模。

2）0#块以外支架

边跨位于田地上，支架高度平均为4m，高度较小，支架搭设方法同前。

门式支架立管采用Φ600mm无缝钢管，立管顶部设400H型钢作为横梁，立管高度为4.5m，垂直铁路方向立管之间采用16号槽钢作为连接杆。沿铁路方向于横梁顶上安设400H型钢为纵梁，纵梁间距600mm/1050mm（腹板下纵梁间距600mm）。横梁上铺设14#槽钢作为分配梁，间距为60cm。碗口式脚手架立杆支设于槽钢上。

3 支架检算

图2

混凝土容重27kN/m3，竹胶板及方木容重取8.5kN/m3，活载为3kN（按施工人员及设备、振捣混凝土产生的荷载分别取1.0kN/m2、2.0kN/m2）,模板采用15mm厚竹胶板。

3.1 腹板下立杆验算

取0#块处腹板支架为验算对象。该处梁高5.2m，支架立杆横向间距60cm，纵向间距30cm，横杆步距90cm，立杆外径48mm，壁厚取3.25mm。

（1）载荷计算：

1）砼重量：5.2m×0.3m×0.6m×27kN/m3=25272N；

2）模板重量：0.3m×0.6m×0.015m×8.5kN/m3=23N；

3）活载：3kN/m2×0.3m×0.6m=540N；

4）方木：(0.3m×0.12m×0.15m+0.6m×0.12m×0.1m)×8.5kN/m3=107N。

5）荷载总计：1）+2）+3)+4)=25942N。

（2）单根立杆受力计算：

单 根 立 杆 轴 惯 性 矩：I=（D14-D24）×π/64=（484-41.54）×π/64=114917.7mm4；

截面积：A=（482-41.52）×3.14/4=456.7mm2；

回转半径i=sqrt（I/A）=sqrt（114917.7/456.7）=15.87mm；

横杆步距为0.9m，长细比：λ=900/15.87=57.0；根据长细比，稳定系数λ取0.829；Q235A钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值取205N/mm2；单根立杆受力：N=f×A×λ=205N/mm2×456.7mm2×0.829=77614N。

（3）安全系数：79614N/25942=2.99

可靠性系数达到2.326时概率为99%，此方案符合要求。

3.2 普通底板下支架验算

取0#块箱梁底板下支架为计算对象,该处立杆纵横间距60cm,水平横杆90cm.0#块箱梁处底板100cm,顶板69cm.

1）砼重量：1.69m×0.6m×0.6m×27kN/m3=16427N；

2）模板重量（15mm竹胶板,考虑地板底模、顶模以及顶板底模）：0.6m×0.6m×0.015m×3×8.5kN/m3=138N；

3）活载：3KN/m2×0.6m×0.6m=1080N；

4）方木：(0.3m×0.12m×0.15m+0.6m×0.12m×0.1m)×8.5kN/m3=107N；

5）荷载总计：17752N；

6）单根立杆受力及安全计算：

单根立杆受力计算同4.1-（2），安全系数：77614N/17752N=4.37

可靠性系数达到2.326时概率为99%，此方案符合要求。

3.3 立杆下地基承载力计算

取0#块下腹板下立杆为计算对象,立杆下为20cm厚砼和40cm厚的碎石垫层，按照45度扩散角考虑，腹板下立杆于地基上受力面积：0.3m×0.6m=0.18m2；

地基受力：25942N/0.18m2=0.144N/mm2；

按照设计图纸该处原状土允许承载力0.15N/mm2，满足要求。

3.4 立杆顶部15cm×12cm（竖向为15cm）方木分配梁计算

计算跨度取0.6m；q=0.6m×5.2m×27kN/m3=84240N/m；

方木及模板重量较小，忽略不计，弯矩M=q×l2/8=84240×0.62/8=3790.8N·m；

4 门式架施工

由于道路路面铺设毡布作为隔离层后立模浇注混凝土（为了防止门式架因不利因素产生位移，在条形基础中心每3m设置一道1.5m长φ20锚固钢筋，钢筋锚入路面一下1m），浇注混凝土时将固定立管用的螺栓及底座钢板预埋混凝土中。立管间距260cm，安装立管时，立管的竖直度偏差≯1%。

立管顶部设400H型钢作为横梁，横梁与立管顶座钢板接触面采用连续焊缝焊接。焊缝高度不小于10mm。

立管高度为4.5m，垂直铁路方向立管之间采用16号槽钢作为连接杆以提高立管侧向刚度。

沿铁路方向于横梁顶上安设400H型钢为纵梁，纵梁间距600mm/1050mm(腹板下纵梁间距600mm)，纵横梁接触面采用连续焊接，焊缝厚度不小于10mm。

5 支架预压

支架预压重量根据箱梁实际断面计算平均到底模上。

测点布置：预压前先在底模及支架基础上布设观测点，测量位置设在支点、梁跨的1/6、1/3、1/2、2/3和5/6处。每点横向3点，预压前，测量观测点原始标高，并做详细记录。

支架预压采用砂袋进行分段预压，预压荷载为该段支架实际承重的1.3倍。预压的目的是为了测出支架的弹性变形和消除支架的非弹性变形，以及支架的稳定性，以利于设置托架的预拱度。预压荷载分三级进行，第一级为0.5倍，第二级为1.0倍，第三级为1.3倍。

第一级加载1小时后即可进行测量工作,采集数据，每集数据采集完后，即可进行下一级加载。

三级加载且测量完成后，静载24小时，每4小时测量一次,采集数据。静载后即可进行卸载。依次卸至1.0倍、0.5倍、0倍。每级同样进行观测，并将卸载时的数据与加载时的数据进行比较，每级加载时的变形数据减去该级卸载时的数据，即为该级的弹性变形量，卸载完成时的变形量即为支架的非弹性变形量。根据支架预压所收集的测量结果绘制出荷载-变形量曲线图，指导施工需要。

支架预拱度设置：根据测出梁段荷载作用下支架产生的弹性变形量、地基下沉量、张拉以后的起拱量与施工控制中提出的因其它因素需要设置的预拱度叠加，算出施工时应当采用的预拱度，按算出的预拱度调整底模标高以确保成桥后的梁体线性满足设计要求。

为了减小梁体的伸缩磨阻力，支架可先搭设0-4号块，随拆随搭设4-8号块支架，支架拆除必须待该节段混凝土预应力张拉完毕，强度达到设计强度并与支架脱离后方可进行。

6 支架施工安全控制措施

6.1 施工准备

（1）对进入现场的脚手架构配件，使用前应对其质量进行复检。

（2）构配件应按品种、规格分类放置在堆料区内或码放在专用架上，清点好数量备用。脚手架堆放场地排水应畅通，不得有积水。

（3）脚手架搭设场地必须平整、坚实、排水措施得当。

（4）脚手架地基基础必须按施工设计进行施工，按地基承载力要求进行验收。

（5）地基高低差较大时，可利用立杆0.6m节点位差调节。

（6）脚手架基础经验收合格后，应按施工设计或专项方案的要求放线定位。

6.2 支架搭设及使用

（1）根据脚手架工程的特点，加强安全教育，设立专职安全员，坚持安全检查制度。

（2）在支架上操作时，必须在支架南北两侧设置人行上下梯道，梯道两侧设置1.5m高的钢管护手，在上部翼板位置外侧搭设1.2m高的钢管护手，并挂安全围网。

（3）确保底架支撑稳固，方可上架作业。架子工作人员必须持证上岗，并佩戴安全帽、带及穿防滑鞋。传递和安装杆件时要求多人协调配合。要尽量创造安全的作业条件。剪刀撑及其这条性拉杆应随架子高度的上升及时安装，确定整架稳定；杆件的垂直度和水平度，各节点构造和紧固程度符合施工规范要求。

（4）起重指挥站在能顾全面的地点，信号统一、准确。吊运材料严格按安全制度执行。

整体架拼装完成后，检查所有连接扣件是否松紧。施工期间随时对支架进行全面检查，发现异常情况及时通报，必要时采取果断措施。

（5）脚手架使用中，应定期检查下列项目：①杆件设置和连接是否符合要求？②底座是否松动脱空？③扣件是否松动？④立杆的沉降与垂直度偏差是否满足要求？⑤安全防护措施是否满足要求？⑥是否超载等？

（6）梁、板砼浇灌时，采用汽车泵，砼入模从跨中预拱度最大的地方先浇，以减小不均匀变形量。特别要求在浇筑砼时，在梁板的底部两侧检查支架整体受力情况，若有意外，则必须立即通知处理。

（7）有六级以上的大风和雨天时停止脚手架的搭设作业；雨后上架应穿防滑鞋；身体状况不适的施工人员，不得上架作业。

（8）在桥两侧搭设安全网，只有在确认安全网可靠后，方可进行上层作业。地面应设围栏和警示标志，并派人看守。

6.3 支架拆除

支架拆除时设专人指挥，施工人员统一有序进行，并配好相应的安全防护用品；地面应设围栏和警示标志，并派人看守；有六级以上的大风和雨天时停止脚手架的拆除作业。

箱梁混凝土强度达到《混凝土结构工程施工质量验收规范》中混凝土强度的有关规定。方可拆除支架、完成现浇箱梁的施工。拆除施工前由项目部组织对支架进行全面检查批准后方可实施拆除作业；碗扣支架拆除前现场工程技术人员对在岗操作工人进行有针对性的安全技术交底。

拆除步骤：松动顶托可调螺栓→撬动格栅模板下落与顶托大格栅→抽出箱梁两侧托架外运→抽出中间底模外运→拆除纵向横向剪刀撑→自上而下拆除碗扣支架横杆和立杆，自上而下逐层拆碗扣式支架斜拉杆。

拆除顺序：遵循全孔多点、对称、缓慢、均匀的原则，拆除作业严格遵守拆除顺序——自跨中向两端梁对称，由上而下逐层进行，杜绝上下层同时拆除。全部顶托卸完后抽出底模胶合板、木板和槽钢。拆除时应有专人负责施工安全，作业面下方严禁人员进出；拆除的构配件应成捆用起重设备吊运或人工传递到地面，轻拿轻放，以免冲击变形，影响模板的平整度；拆除的构配件应分类堆放，以便于运输、维护和保管。

7 结束语

碗扣型多功能脚手架是在吸取国外同类型脚手架的先进接头和配件工艺的基础上，结合我国实际情况而研制的一种新型脚手架，接头构造合理，制作工艺简单，作业容易，使用范围广，现代满堂支架施工技术亦朝着大吨位、大跨径方向发展，常规满堂支架钢管杆件本身承载能力有限，所以探讨如何实现在特殊大吨位箱梁、高墩、大断面现浇箱梁等工况条件下的现浇箱梁施工是桥梁建设者经常考虑的问题之一。笔者通过对马尚特大桥满堂支架计算的介绍，抛砖引玉，希望对类似工程起到一定的参考作用。

［1］江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2013.

［2］高秋利.碗扣式钢管脚手架施工现场实用手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2012.

［3］余宗明.脚手架结构计算及安全技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.

［4］JGJ/T194-2009钢管满堂支架预压技术规程[S].