孙 保 华
(中铁十五局集团第一工程有限公司，陕西 西安 710018)
现浇箱梁满堂式支架搭设与设计方案
孙 保 华
(中铁十五局集团第一工程有限公司，陕西 西安 710018)
结合工程实例，介绍了现浇箱梁满堂式支架搭设的设计参数及编制依据，探讨了满堂式支架搭设中的基础处理方案，并对荷载的计算过程进行了阐述，同时研究了支架配置的具体措施，以保证支架的稳定性和梁体的质量。
现浇箱梁，满堂式支架，剪刀撑，荷载计算
1 概述
现浇箱梁在目前公路工程施工过程中极为常见，尤其是在高速公路的施工中，在互通立交、高速公路跨线桥等的设计中，经常会现浇预应力连续箱梁，满堂式支架搭设作为现浇箱梁施工中最为关键的环节，其荷载计算是否准确，搭设方案是否合理，考虑是否周详直接影响到施工过程中以及浇筑完成后支架的稳定性和梁体的质量，本方案以郑卢高速公路洛阳至洛宁段K6+132.015耿家门分离式立交桥为例浅析满堂支架搭设及荷载验算。
2 工程概况
1)设计参数。
郑卢高速公路洛阳至洛宁段为河南省新建高速公路，该段地处山区，沟壑较多，本桥位于土建二标，设计桥宽10 m，双向双车道，跨径为20 m+32 m+20 m。
2)编制依据。
a.郑州至卢氏高速公路洛阳至洛宁段两阶段施工图设计。
b.现行公路桥梁施工技术规范和公路工程质量检验评定标准。
c.工程现场实际情况。
3 基础处理
满堂式支架搭设中，基础处理是重中之重，如果基础处理不好，对于以后的支架搭设、模板安装、混凝土浇筑过程中的安全和质量都会有影响，同时，如果在支架搭设并混凝土浇筑后出现地基沉降情况，将会出现严重的质量事故，所以基础的处理必须作为重点加以考虑。
3.1 方案比选
基础的处理一般有三种方案：
1)全幅处理，处理宽度为桥梁双幅宽度每侧再加1 m～2 m，硬化地基采用碎石进行处理，处理深度结合现场情况而定，一般情况下不少于30 cm，必要时使用水泥稳定碎石作为硬化材料，为节省成本，视地基承载力情况可在下面铺筑碎石，表面5 cm～10 cm铺筑水泥稳定碎石；
2)使用混凝土进行处理，将地基根据支架的设计方案在每排支架的底部处理成宽度不小于40 cm带状混凝土条，处理前的准备工作和第一种方案一致；
3)两者结合，在采用第一种方案的同时，支架立杆下面采用方案二处理。
以上三种方案第一种比较适合于降雨量较大的季节，成本相对来说要高于第二种方案，第二种方案适合于无降雨或有微雨的季节，降雨量不能影响到地基的稳定性，第三种方案适合于雨季，并且地基为软弱地基的情况下采用。
本桥地处挖方地段，土质为粉质黏土，纵坡为单向纵坡，经过轻型静力触探试验，桥下地基承载力在100左右，地基为偏软弱地质，透水性较强，所以选择方案三进行处理。
3.2 地基处理
地基处理施工时，首先要将桥墩周围桩系梁上部填土挖开，分层夯填密实，然后在地基处理前要先进行场地平整碾压，使整个地基处于一个高程面上或可以使地基沿桥梁纵向形成一致的纵坡，最后在其上均匀地铺筑碎石或水泥稳定碎石，碾压密实后的表面要平整并且有轻微的横坡以便于雨季排水，为了不使雨水浸泡地基，地基在桥梁两侧最外侧50 cm的位置设排水沟并设置相应的引水设施，本桥为单向纵坡，地基处理后在纵坡上游地基外侧1 m～2 m处设置截水沟，在经过荷载验算设计出支架布置后，在每排支架的下部采用方案二横向处理。
4 荷载计算
荷载计算是支架搭设的指导依据，只有在经过准确地计算过综合支撑荷载后，才能安全可靠地设计出支架的搭设方案。在荷载的计算过程中，要将支架所可能支撑的所有荷载均加以考虑，不能使工程出现安全隐患。在计算前，首先要初步制定支架的设计方案以便确定支架的自重，然后经过计算以确定该方案是否可行，支架的设计以本桥中跨为依据，初步设计方案见“支架配置”及图1～图3，荷载计算如下。
4.1 边跨计算
1)梁体自重。
梁体的自重包括混凝土和钢筋的自重，由于本桥为后张法，故不考虑钢绞线的自重。
本跨混凝土总方量为132.8 m3，混凝土自重为24 kN/m3，即2.45 t/m3。
N1=132.8×24=3 187.2 kN。
全梁钢筋总质量为102.44 t，本跨总重：
N2=102.44÷72×20×9.8=278.86 kN。
2)支架及模板自重。
全跨满堂式支架共用钢管暂定为10 000 m，每米4.62 kg。
N3=10 000×0.004 62×9.8=452.76 kN。
箱梁内模采用高密度板，即桥梁专用模板，外模采用竹胶板，箱梁模板面积为：
外模：
底板：
S1=6×20=120 m2；
腹板：
S2=1.356×20×2=54.24 m2；
顶板：
S2=2×2×20=80 m2；
内模：
S4=(5+1.33)×2×20=253.2 m2；
N4=(S1+S2+S3+S4)×0.015×1.6×9.8=119.35 kN。
支架顶部设两层方木，下层方木为10 cm×12 cm，直接搭于支架顶托上，沿桥长方向布置，上层方木为5 cm×8 cm，间距30 cm，沿桥横向布置。上层方木长4 m的67根，长6 m的67根；下层方木长4 m的75根。全桥方木自重:
上层方木:
V1=0.05×0.08×(4×67+6×67)=2.68 m3。
N5=2.68×0.6×9.8=15.76 kN。
下层方木:
V2=0.1×0.12×75×4=3.6 m3。
N6=3.6×0.6×9.8=21.17 kN。
3)施工人员及设备荷载。
均布活荷载取1.0 kN/m2，施工人员及设备荷载为：
N7=200×1.0=200 kN。
4)振捣混凝土产生的荷载。
振捣混凝土产生的荷载取2.0 kN/m2。
N8=200×2.0=400 kN。
5)混凝土对模板侧面的压力。
混凝土对侧面产生的压力取以下两数的最小值。
p=0.22γt0β1β2υ1/2=0.22×2.4×200/(35+15)×1.15×1.0×1.58=3.84 kN/m2。
P=γH=2.4×1.356=3.25 kN/m2。
N9=200×3.25=650 kN。
6)倾倒混凝土产生的荷载。
倾倒混凝土产生的荷载取6 kN/m2。
N10=6×27.12=162.72 kN。
7)标准荷载为：
∑N=(N1+N2+N3+N4+N5+N6+N9)×1.2+(N7+N8+N10)×1.4=(3 187.2+278.86+452.76+119.35+15.76+21.17+650)×1.2+(200+400+162.72)×1.4=6 737.93 kN。
根据计算结果，按每根立杆承力30 kN计算，共需配置立杆不少于225根，按每排布置15根，共需最少布置15排，由于此跨位于路基边坡上，无法满布，故采用分段布置，段与段间采用钢梁连接，在钢梁上布置立杆进行支撑，钢梁采用40a型工字钢，具体布置如下：
全跨满堂式支架共用钢管为7 548 m，每米4.62 kg。
N3(1)=7 548×0.004 62×9.8=311.74 kN。
全跨用工字钢6 m 8根，12 m 8根，共计144 m，采用40a型工字钢，每米67.6 kg。
N3(2)=144×0.067 6×9.8=95.4 kN。
N3=N3(1)+N3(2)=437.14 kN。
∑N=(N1+N2+N3+N4+N5+N6+N9)×1.2+(N7+N8+N10)×1.4=(3 187.2+278.86+437.14+119.35+15.76+21.17+650)×1.2+(200+400+162.72)×1.4=6 719.18 kN。
4.2 中跨计算
1)梁体自重。
梁体的自重包括混凝土和钢筋的自重，由于本桥为后张法，故不考虑钢绞线的自重。
本跨混凝土总方量为207.7 m3，混凝土自重为24 kN/m3，即2.45 t/m3。
N1=207.7×24=4 984.8 kN。
全梁钢筋总质量为102.44 t，本跨总重：
N2=102.44÷72×32×9.8=446.18 kN。
2)支架及模板自重。
本跨满堂式支架共用钢管18 164 m，每米4.62 kg。
N3=18 164×0.004 62×9.8=822.4 kN。
箱梁内模采用高密度板，即桥梁专用模板，外模采用竹胶板，箱梁模板面积为：
外模：
底板：
S1=6×32=192 m2；
腹板：
S2=1.356×32×2=86.78 m2；
顶板：
S3=2×2×32=128 m2；
内模：
S4=(5+1.33)×2×32=405.12 m2；
N4=(S1+S2+S3+S4)×0.015×1.6×9.8=190.96 kN。
支架顶部设两层方木，下层方木为10 cm×12 cm，直接搭于支架顶托上，沿桥长方向布置，上层方木为5 cm×8 cm，间距30 cm，沿桥横向布置。上层方木长4 m的107根，长6 m的107根；下层方木长4 m的120根。
全桥方木自重:
上层方木:
V1=0.05×0.08×(4×107+6×107)=4.28 m3。
N5=4.28×0.6×9.8=25.17 kN。
下层方木:
V2=0.1×0.12×120×4=5.76 m3。
N6=5.76×0.6×9.8=33.87 kN。
3)施工人员及设备荷载。
均布活荷载取1.0 kN/m2，施工人员及设备荷载为：
N7=320×1.0=320 kN。
4)振捣混凝土产生的荷载。
振捣混凝土产生的荷载取2.0 kN/m2。
N8=320×2.0=640 kN。
5)混凝土对模板侧面的压力。
混凝土对侧面产生的压力取以下两数的最小值。
p=0.22γt0β1β2υ1/2=0.22×2.4×200/(35+15)×1.15×1.0×1.58=3.84 kN/m2。
P=γH=2.4×1.356=3.25 kN/m2。
N9=320×3.25=1 040 kN。
6)倾倒混凝土产生的荷载。
倾倒混凝土产生的荷载取6 kN/m2。
N10=6×43.39=260.34 kN。
7)标准荷载为：
∑N=(N1+N2+N3+N4+N5+N6+N9)×1.2+(N7+N8+N10)×1.4=(4 984.8+446.18+822.4+190.96+25.17+33.87+1 040)×1.2+(320+640+260.34)×1.4=10 760.53 kN。
5 支架配置
5.1 中跨配置
1)横向布置。
满堂式支架横向杆件的配置选取90 cm和60 cm两种，在腹板的位置选取间距60 cm，在其他部位选取90 cm，在箱梁的顶板外侧相隔90 cm增设立杆1排，横向排列共21排。
2)纵向布置。
满堂式支架纵向杆件的配置也选取90 cm和60 cm两种，因在桥墩处有中横梁，承力较重，所以选取60 cm间距，跨中选取90 cm间距，中横梁处60 cm间距4个，其他部位90 cm间距30个，共用立杆39列。全跨共用立杆569根。
3)杆件根数。
立杆总根数为15×39=585根，扣除墩柱处立杆16根，共计569根。
杆件承力选取30 kN/根(横杆1.2 m步距)，立杆总承力为：
569×30=17 070 kN>10 760.53 kN。
可以满足承力要求。
5.2 边跨配置
1)横向布置。
满堂式支架横向杆件的配置选取90 cm和60 cm两种，在腹板的位置选取间距60 cm，在其他部位选取90 cm，在箱梁的顶板外侧相隔90 cm增设立杆1排，横向排列共21排。
2)纵向布置。
满堂式支架纵向杆件的配置也选取90 cm，60 cm和30 cm三种，因在桥墩处有中横梁，承力较重，所以选取60 cm间距，跨中选取90 cm间距，钢横梁两端承力点采用30 cm，支撑点处共计60 cm间距12个，30 cm间距6个，共用立杆21列。全跨共用立杆315根。
3)杆件根数。
立杆总根数为15×21=315根，扣除墩柱处8根，共计307根。
杆件承力选取30 kN/根(横杆1.2 m步距)，立杆总承力为：
307×30=9 210 kN>6 719.18 kN。
可以满足承力要求。
5.3 剪刀撑
支架搭设完成后，为保证支架的稳定性，在满堂脚手架架体外侧四周及内部纵、横向每4排由底至顶设置连续竖向剪刀撑。由于架体搭设高度在8 m及以上，在架体底部、顶部及竖向间隔每2步分别设置连续水平剪刀撑。水平剪刀撑和竖向剪刀撑斜杆相交平面设置。剪刀撑宽度设置为8 m。
6 支架搭设
1)每搭完一步脚手架后，根据支架搭设图校正步距、纵距、横距及立杆的垂直度。
2)底座安放应符合下列规定：
a.底座、垫板均应准确地放在定位线上；b.垫板采用1.8 m×0.15 m×0.25 m的枕木。
3)立杆搭设应符合下列规定：立杆接长除顶层顶步可采用搭接外，其他各层各步接头必须采用对接扣件连接；相邻立杆的对接扣件不得在同一高度内，且应符合下列规定：两根相邻立杆的接头不允许设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不小于500 mm；各接头中心至主接点的距离不大于步距的1/3；开始搭设立杆时，应每隔6跨设置一根抛撑，直至支架安装稳固后，方可根据情况拆除。
4)纵向水平杆搭设应符合下列规定：
a.水平横杆全部采用碗扣式杆件；b.对接扣件的开口应朝上或朝内。
5)脚手架必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200 mm处的立杆上。横向扫地杆也应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。当立杆基础不在同一高度时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长2跨与立杆固定，高低差不应大于1 m。
[1] JTJ 041—2000，公路桥涵施工技术规范.
[2] 交通部第一公路工程总公司.公路施工手册：桥涵.北京：人民交通出版社，2000.
[3] 郑州至卢氏高速公路洛阳至洛宁段两阶段施工图设计(第三册 共五册).
[4] JGJ 130—2011，建筑施工扣件式脚手架安全技术规范.
[5] JGJ 162—2008，建筑施工模板安全技术规范.
The erection and design scheme of cast-in-situ box girder full timbering
Sun Baohua
(TheFirstEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway15thBureauGroup,Xi’an710018,China)
Combining with the engineering example, this paper introduced the design parameters and compilation basis of cast-in-situ box girder full timbering erection, discussed the foundation treatment scheme in full timbering erection, and elaborated the load calculation process, researched the specific measures of timbering configuration, to ensure the stability of timbering and the quality of beam body.
cast-in-situ box girder, full timbering, double bridging, load calculation
2015-09-12
孙保华(1976- )，男，工程师
1009-6825(2015)33-0175-04
U445
A
