满堂支架设计与施工关键因素分析

浅谈桥梁满堂支架设计与施工关键因素分析

软件+桥梁3班 刘志章 20102110060310(班级编号9)

[摘要]本文结合满堂支架的特点，针对桥梁满堂支架设计与施工的关键因素进行了总体分析，对桥梁设计具有借鉴意义。

[关键词]满堂支架；设计；施工技术；桥梁；

1 概述

满堂支架法施工是一种长期被采用的方法，最近几年，随着国内铁路、公路交通基础设施建设的高速发展，按照满堂支架施工设计的桥梁[10]也越来越多，大大推进了满堂支架的应用进程，满堂支架施工工艺也在不断进行改进。但满堂支架垮塌,造成了严重的人员伤亡及巨大的经济损失的事故仍屡屡发生。根据本人的学习和经验，认为桥梁满堂支架的施工有以下关键因素：1)高速公路现浇梁具有离地高、幅面宽、梁体重，相应的满堂支架即具有高度较高、幅面宽、荷载重的特点；2)满堂支架所需杆件数量繁多、搭设时间较紧，对支架设计及搭设质量的要求较高；3)满堂支架要求地基稳定、均衡；4）满堂支架施工对支架的整体稳定性要求较高。

从以上特点来看，桥梁满堂支架的施工比一般支架更重要，一旦发生问题后果更严重。根据本人的学习和经验，针对桥梁满堂支架的上述特点，对支架设计与施工的各个环节进行了较详细的分析和总结，先简要说明如下。

常用的满堂支架材料主要包括碗扣式脚手架及扣件式脚手架两种，根据施工经验、施工图纸及文献[1～2]，通过其主要性能对比建议满堂支架采用碗扣式脚手架[9］。

2 满堂支架的设计

设计支架时,在支架强度、刚度和稳定性方面容易满足,着重考虑的是支架的变形和下沉,特别是支架均匀沉降方面尤为重要,要求地基必须具有足够的承载力并且要进行预压。

2.1 荷载的选择

满堂支架设计的关键在于荷载的选择及组合,应充分考虑各种施工荷载,不可遗漏。同时笔者发现，对钢管架支撑系统的计算分析，通常按照传统的压杆稳定理论来计算钢管立杆的承载力。在计算过程中，技术人员往往忽视了钢管的实际轴线与理论轴线偏差较大的问题。传统的计算理论一般是建立在钢管轴线的初弯曲为2‰的假设之上，这与实际情况相差较大。根据笔者的现场统计，凡使用

超过15次的钢管，其轴线弯曲都超过了2‰。

由于现场很难统计出弯曲规律的回归曲线来指导承载力的设计，因此笔者认为钢管的承载力值应尽量避免按压杆稳定计算结果直接使用建议按《土木工程手册》[13]中的建议值选取。经笔者检算，该建议值有较大的安全系数，可以适当降低钢管的实际弯曲度对压杆稳定计算结果的影响。

满堂支架的荷载主要包括以下几个方面。 2.1.1 永久荷载

1)作用在模板支架上的结构荷载,包括:新浇筑混凝土、钢筋、模板、支承梁(楞)等自重。普通钢筋混凝土可采用25 KN/m3,预应力钢筋混凝土可采用26 KN/m3。需要特别说明的是由于现浇梁的尺寸各不相同,荷载应选择梁体自重最大的部位进行验算。

2)组成模板支架结构的杆系自重,包括:立杆、纵向及横向水平杆、水平及垂直斜撑等自重。

3)配件自重,根据工程情况,包括:脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施及附加构件的自重。 2.1.2 可变荷载

1)施工人员及施工设备荷载,按经验可采用2.5 KN/m2。 2)振捣混凝土时产生的荷载,按经验可取2 KN/m2。 3)风荷载,可查全国基本风压图选用。

2.2承载力计算

碗扣脚手架按JGJ 166-2008建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范进行计算,扣件式脚手架按JGJ 130-2001建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范进行计算。

承载力计算主要包括单肢立杆承载力计算、横杆承载力及挠度计算、碗扣节点或扣件节点承载力计算、斜杆内力计算等。

2.3 预拱度的计算

根据JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范第8.4.2条规定,在确定预留施工拱度时,应考虑以下因素:

1)超静定结构由混凝土收缩、徐变及温度变化而引起的挠度;

2)由结构重力引起梁的弹性挠度,以及1/2的汽车荷载(不计冲击力)引起梁的弹性挠度。

以上两项挠度根据设计要求,经结构变形计算,梁体上拱和下挠变形均较小,不设预拱度,但施工单位搭架时,应结合桥下地基、支架和模板变形等实际情况考虑此部分下沉变形的影响。

2.4 构造要求

满堂支架的构造要求除应符合规范要求外,尚应特别注意以下几点:

1)每根立杆均设置标准底座,并加垫15 cm@10 cm方木。设置方木具有分散应力、防止应力集中的作用,同时可避免因单根立杆地基沉降过大导致支架整体失稳。

2)碗扣式脚手架由于立杆间距的不均匀导致十字撑不能应用,因此其斜撑应予加强;规范中所采用的八字斜撑由于各层的不连贯导致整体稳定性和整体刚度降低,因此建议采用以往常用的剪刀撑。

3)应确保支架在节点处受力,不宜在横杆中间受力,如必须在横杆中间受力时,应对扣件或碗扣节点的受力进行验算。

3 满堂支架的地基处理

3.1 地基处理依据

a.通过满堂支架的设计计算,要求地基承载力不小于200 kpa;

b.通过地基预压试验确定,要求地基在受载后的非弹性沉陷不大于6 mm。 3.2 一般地基处理

对于一般地质条件的地基处理,可采用铺筑水泥稳定土或水泥稳定粒料层作为面层,顶面做好排水横坡,顺桥向两侧挖好排水沟,做到排水通畅。如采用一般土填筑,则应对顶面的平整度进行严格控制、做好横向排水坡,且支架底部垫木宽度应尽量加大,对于必须跨越雨季进行施工的则应避免采用土填筑顶层,防止雨水浸泡造成地基沉陷。 3.3 软弱地基处理

软土即是强度低、压缩性高的软弱土层。其特性是：天然含水量高、孔隙比大、有机质含量高、透水性差、压缩性高、抗剪强度低；触变性、流变性显著。

软基地区采用满堂支架方案施工,既方便又经济,但软基软土层具有较大压缩性、承载力低、易触变等特点,往往由于施工过程控制不当,引起支架坍塌、梁体外观变形、开裂等现象,施工过程应加强各工序控制和检测。

对于深层淤泥质软弱地基,应改变施工方案,满堂支架方案已不适用,应采用较大跨度的梁式支架、管桩或钻孔桩基础。对于浅层软弱地基或软塑及硬塑状态的不良地基,可采用抛填50 cm~~100 cm厚片石或分层填筑150 cm~~200 cm土,顶部浇筑10cm~~15 cm素混凝土作为垫层。浇筑素混凝土垫层,不仅可增加应力扩散面积、加强地基的整体稳定性,而且由于素混凝土本身的抗剪切强度,即使局部地基处理不到位,仍可保证地基的安全;对于雨季施工的支架,可确保地基不受雨水浸泡,从而避免地基沉陷。可以说素混凝土垫层对于地基的安全稳定是极其重要的,因此建议软弱地基及雨季施工的支架地基均浇筑素混凝土垫层。 3.4南北地区地基处理的方法

北方的原始地表一般用蛙式打夯机处理一遍就可以满足桥梁施工设计要求，南方的软基则要在地基承载力试验的基础上，按施工方案处理地基。地基处理的关键是将地表池塘、桥梁桩基施工时的泥浆池全部挖掉并用承载力较好的黄 土（北方）或砂（南方）换填，换填要严格按照路基的“虚五压三”的方式分层进行，达到设计人员要求的压实度即可。对于南方砂土的压实，可用砂土路基的

方法施工，也可以用灌水法施工。福州湾边特大桥施工使用的是灌水法，并用震动棒插入振捣，每50cm一层，一直到设计标高。经验证，灌水振捣后的地基承载力效果较好，达到了施工的设计要求，满足了工程的需要。

4 满堂支架的搭设及预压

4.1 满堂支架搭设

1)支架搭设应严格按要求分阶段验收:支架搭设前进行构配件质量验收;首段以高度为6m进行第一阶段(撂底阶段)的检查与验收;架体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与验收;遇6级以上大风、大雨、大雪后特殊情况的检查;停工超过一个月恢复使用前进行检查。

2)对于满堂支架应重点检查以下内容:保证架体几何不变性的斜杆等设置是否完善;基础是否有不均匀沉降,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。 4.2 满堂支架预压

1）预压目的：①检验支架及地基的强度、刚度及稳定性；②消除支架承受荷载引起的非弹性变形量；③消除支架承受荷载后地基的沉降变形量；④检测支架承受荷载的弹性变形量，为箱梁支架模板预拱度设置，提供依据。

2)预压荷载。满堂支架预压荷载一般按梁体自重的120%进行控制。预压荷载应分级进行,一般可按 0→25%→50%→100%→120%→100%→50%→25%→0 的顺序进行加载和卸载,如有必要可减少分级次数,但仍需分级进行。2)加载顺序。加载顺序为从跨中开始,按从中间到两边的顺序逐级加载。

3)加载顺序。加载顺序为从跨中开始，按从中间到两边的顺序逐级加载。 4)加载材料。支架预压加载材料可采用砂袋或水袋。一般情况下,采用水袋加载更均匀,但水袋重量一般均不能满足加载要求,因此仍需配合砂袋或其他材料以满足预压荷载要求。4)预压观测。加载前、每级荷载加载完成后、加载12 h、加载24 h、加载48 h和卸载完毕后均应对支架及地基进行观测。变形不收敛时应延长观测时间。观测点的布设要上下对应,目的是既要观测地基的沉降量,又要观测支架、方木的变形量。支架预压前应在跨中断面、1/4跨中断面、墩位断面设置预压沉降观测点,在横断面上一般布置在两侧翼缘板、箱梁底板两侧及中间,共5个观测点。当连续3d累计沉降量不大于5 mm时观测结束。

5)预压观测。加载前、每级荷载加载完成后、加载12h、加载 24h、加载 48h 和卸载完毕后均应对支架及地基进行观测。变形不收敛时应延长观测时间。观测点的布设要上下对应，目的是既要观测地基的沉降量，又要观测支架、方木的变形量。支架预压前应在跨中断面、1/4 跨中断面、墩位断面设置预压沉降观测点，在横断面上一般布置在两侧翼缘板、箱梁底板两侧及中间，共5 个观测点。当连续 3d 累计沉降量不大于 5mm 时观测结束。

5 满堂支架施工安全要点[12]

5.1 支架搭设

支架搭设的安全及文明施工应符合有关规范的要求,需要特别注意的是支架的防电避雷措施: 1)在架设和使用期间,要严防与带电体接触; 2)对支架采取接地处理,如电力线路垂直穿过或靠近钢管脚手架时,应将电力线路周围至少2 m以内的钢管脚手架水平连接,并将线路下方的钢管脚手架垂直连接进行接地; 3) 在架上使用电焊机,混凝土振动器等,要放在干燥的木板上,操作者要戴绝缘手套,且电焊机和混凝土振动器机壳要采取保护性接地接零措施; 4)雷雨天不得上架操作。5）剪刀撑应随支架的搭设和拆除同步进行[11],以免支架整体失稳。支架拆除顺桥向应从跨中向两端对称、均匀和有顺序的推进,横桥向逐排进行[6]。 5.2 支架预压

从支架发生垮塌的事故分析来看,有很多事故是发生在加载过程中,因此对超载预压应进行严格控制,应特别注意不能集中堆载,所有预压材料应按加载要求直接放置到加载部位,防止堆载集中而超过支架承载能力造成垮塌。 5.3 模板的调整

满堂支架预拱度的调整是施工中重点，施工前要进行超载预压，得到可靠的预拱度各项设计参数，并考虑周全，挠度值的计算要尽量结合实际情况，模板的调整主要通过可调顶托来实现。 5.4 应急处置措施

施工过程中发现支架变形过大时,人员应立即撤离,并对支架进行观测,待变形稳定后对支架上的荷载进行逐步、均衡卸载,最后对支架进行加固或拆除处理。已发生的多起事故的教训,告诉我们应急处置措施必须首先确保人的安全,然后才是支架的处理。 5.5 安全控制

施工过程中，要坚持以人为本的原则，严格按照相关规范的规定，注重施工过程中的每一个细节，做好安全控制工作。成立专门的安全管理领导小组，编制完善紧急情况应急预案及施工安全保证措施，做好操作及管理人员的专项安全培训，确保施工人员，以及所建桥梁的安全。

6 结语

满堂支架法现浇预应力混凝土连续箱梁在桥梁工程中是一种较为常见的施工方法，其施工工艺简单，无需大型的机械设备，施工速度较快，能适用于多种桥梁形式和各种环境下的施工，同时施工时多点支撑，沉降容易控制，张拉时支架反弹量小，对主梁健康有利，线型也同样容易控制。根据笔者多年的学习和总结,简明扼要的介绍了满堂支架施工各个环节关键技术要点,为支架的安全施工提供了一定的参考价值。 参考文献:

[1] JGJ 166-2008,建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范[S]. [2] JGJ 130-2001,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[3] 徐 伟,陈东杰.建筑施工设计施工详细图集)))模板与脚手架工程[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001.

[4] JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[5] 建筑施工手册编写组.建筑施工手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社,2003.

[6] 孔祥平.运用满堂支架进行连续箱梁现浇施工[J].山西建筑，2003，(1)：68～69.

[7]桥梁工程（第二版）范立柱 主编

[8 向中富 . 桥梁施工工程师手册 ［M］ . 北京: 人民交通出版社，2011. [9］田宇，孙成彪． 碗扣式钢管脚支架在现浇连续梁桥施工中的应用［J］． 沈阳建筑工程学院学报，2004(3)

[10] 毛瑞详,程翔云.公路桥涵设计手册)基本资料[M].人民交通出版社.

[11]华东交通大学土木建筑学院 栾宇,钱济章,刘喜辉 工程建设与设计刊报软基地区连续梁桥的满堂支架设计

[12]张 峰 工程建设与设计刊报 现浇箱梁满堂支架施工安全性分析