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摘要:满堂支架施工是为连续梁桥施工中最常用的一种施工方法,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。根据笔者多年从事市政桥梁工程施工及管理的经验,简明扼要的介绍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有益的参考。
关键词:桥梁;满堂支架;施工技术
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
万州区高速公路天城连接路项目为三条入城大道中的一条,呈南北向贯穿万州城市副中心——周家坝组团,通过万州大桥和长江二桥加强副中心与城市中心(高笋塘组团)和江南新区组团之间的联系。
项目为S103和S202省道城区段改造项目,大致呈南北走向,设计起点位于万州大桥北桥头,终点接万云高速路天城收费站,全长约5868.769m。根据现场情况,本项目箱梁位置,地形起伏较大,桥梁主线上,横断面坡度较大,纵向也有较大坡度,工难度大,从总的工期和施工设备的组织情5、6#桥最后三跨采用满堂支架,在实际施工过程中,必须采取有效措施,确实保证施工安全和达到设计要求。
一、施工方案
为确保施工过程的顺利进行,必须先对该项目的施工方案进行设计。综合考虑各方面的因素后,该项目的施工方案最终确定如下:在对地基的处理过程中,先对基础进行碾压夯实处理,然后再在地基表面浇筑满堂基础混凝土,并采用满堂扣件式钢管脚手架作为现浇箱梁支架;为保证施工安全并达到设计要求,还需通过对支架进行预压使支架及地基充分变形并达到稳定。这样就可防止由于地基不均匀沉降而导致扣件式脚手架失稳和产生裂缝等,同时也保证箱梁在施工中有足够的刚度和稳定性;在箱梁的浇筑过程中,采取分节段进行,先浇筑箱底板和腹板,再进行顶板的浇筑。
二、施工流程
地基碾压、夯实→浇筑满堂支架基础混凝土→搭设扣件式钢管支架→安装箱梁底模→分层预压→分层卸荷→测量调平底模→绑扎钢架→安装内外侧模→分段浇筑底板及腹板混凝土→安装顶板底模→绑扎钢筋→分段浇筑顶板混凝土。
三、满堂支架的设计
3.1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。满堂支架的荷载主要包括以下几个方面。
3.1.1永久荷载
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。钢筋混凝土可采用 25kN/m3,预应力钢筋混凝土可采用 26kN/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。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。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。
3.1.2可变荷载
施工人员及施工设备荷载,按经验可采用2.5kN/m2;振捣混凝土时产生的荷载,按经验可取 2kN/m2;风荷载,可查全国基本风压图选用。
3.2承载力计算及支架布设
承载力计算及支架布设是满堂式支架施工的核心。
现以5号桥为例,桥梁布置共分为4联:第一联为3×30m;第二联为3×30m;第三联为5×30m;第四联为4×30m,四联均采用预应力混凝土连续箱梁,梁高1.7m。主梁采用斜腹式单箱多室箱梁,梁高1.7m,顶板宽为15.89~18.89m,底宽11.042~14.042m。主梁顶板厚25cm,底板厚22cm,腹板厚50cm,为增强支点处抗剪能力在支承附近5.0m范围内,腹板由50cm加宽至90cm为例,进行承载力计算及支架布设进行分析。该箱梁段碗扣满堂支架布设为①横向:箱室底部间距 60cm,翼板底部间距 90cm。②纵向:端部、变截面段间距 60cm,等截面段间距 90cm。按支架布置原则计算立杆数量为 30 根,确定底撑和顶撑的数量为 60 根;根据确定的基础标高及支架顶面标高,按碗扣架的布置形式确定层间距,计算出了立杆、纵向水平杆、横向水平杆的数量。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。通过计算该段箱梁承载力各项数据见表 1:
表1支架承载力标准
3.3 底模板验算
底模钉在横向木枋(间距 30cm)上,直接承受上部施工荷载,取承受最大荷载的腹板处(横梁与腹板处承受的荷载相同)进行验算,截取 1m 宽的竹胶板简化为跨径为 30cm 的三等跨连续梁来验算, 计算简图如图 1 所示
圖1计算简图
3.4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:
每根立杆均设置标准底座,并加垫 15cm×12cm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。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。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。
四、满堂支架的地基处理
4.1一般地基处理
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,排水沟尺寸为40×15平方厘米做到排水通畅。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。
4.2软弱地基处理
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 50~100cm 厚片石或分层填筑150~200cm 土,顶部浇筑 10~15cm 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。
五、 满堂支架的搭设及预压
5.1满堂支架搭设
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。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。
5.2 满堂支架預压
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。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。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。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。根据项目的具体情况,通过对几种预压材料的比较,柘桩桥施工采用水压法进行预压。为确保水压预压能保证加载要求和消除桥梁横坡、纵坡对水压的影响,在每个水室高边处放置砂袋,确保均匀受压。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,预压位置按网格划分成纵横四段,一共16格,每一格设置4个观测点。当连续 3d 累计沉降量不大于 5mm 时观测结束。
六、 满堂支架施工安全要点
6.1支架搭设防电、避雷措施
防电措施钢管支架在架设的使用期间要严防与带电体接触,否则应在架设和使用期间断电或拆除电源,如不能拆除,应采取可靠的绝缘措施;钢管支架应作接地处理,设一接地极,接地极入土深度为 2~2.5m;夜间施工照明线通过钢管时,电线应与钢管隔离,有条件时应使用低压照明。
6.2支架避雷措施
避雷针:设在架体四角的钢管脚手立杆上,高度不小于 1m,可采用直径为 25~32mm,壁厚不小于 3mm 的镀锌钢管;接地极:按支架连续长度不超过 50m 设置一处,埋入地下最高点应在地面以下不浅于 50cm,埋接地极时,应将新填土夯实,接地极不得埋在干燥土层中。垂直接地极可用长度为 1.5~2.5m,直径为 25~50mm 的钢管,壁厚不小于 2.5mm;接地线:优先采用直径 8mm 以上的圆钢或厚度不小于 4mm 的扁钢,接地线之间采用搭接焊或螺栓连接,搭接长度≥5d,应保证接触可靠。
6.3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。
6.4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。
6.5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。
参考文献:
[1]倪初冬,聂智勇. 现浇箱梁钢管满堂支架的搭设及计算
[2]张峰. 现浇箱梁满堂支架施工安全性分析
关键词:桥梁;满堂支架;施工技术
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
万州区高速公路天城连接路项目为三条入城大道中的一条,呈南北向贯穿万州城市副中心——周家坝组团,通过万州大桥和长江二桥加强副中心与城市中心(高笋塘组团)和江南新区组团之间的联系。
项目为S103和S202省道城区段改造项目,大致呈南北走向,设计起点位于万州大桥北桥头,终点接万云高速路天城收费站,全长约5868.769m。根据现场情况,本项目箱梁位置,地形起伏较大,桥梁主线上,横断面坡度较大,纵向也有较大坡度,工难度大,从总的工期和施工设备的组织情5、6#桥最后三跨采用满堂支架,在实际施工过程中,必须采取有效措施,确实保证施工安全和达到设计要求。
一、施工方案
为确保施工过程的顺利进行,必须先对该项目的施工方案进行设计。综合考虑各方面的因素后,该项目的施工方案最终确定如下:在对地基的处理过程中,先对基础进行碾压夯实处理,然后再在地基表面浇筑满堂基础混凝土,并采用满堂扣件式钢管脚手架作为现浇箱梁支架;为保证施工安全并达到设计要求,还需通过对支架进行预压使支架及地基充分变形并达到稳定。这样就可防止由于地基不均匀沉降而导致扣件式脚手架失稳和产生裂缝等,同时也保证箱梁在施工中有足够的刚度和稳定性;在箱梁的浇筑过程中,采取分节段进行,先浇筑箱底板和腹板,再进行顶板的浇筑。
二、施工流程
地基碾压、夯实→浇筑满堂支架基础混凝土→搭设扣件式钢管支架→安装箱梁底模→分层预压→分层卸荷→测量调平底模→绑扎钢架→安装内外侧模→分段浇筑底板及腹板混凝土→安装顶板底模→绑扎钢筋→分段浇筑顶板混凝土。
三、满堂支架的设计
3.1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。满堂支架的荷载主要包括以下几个方面。
3.1.1永久荷载
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。钢筋混凝土可采用 25kN/m3,预应力钢筋混凝土可采用 26kN/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。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。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。
3.1.2可变荷载
施工人员及施工设备荷载,按经验可采用2.5kN/m2;振捣混凝土时产生的荷载,按经验可取 2kN/m2;风荷载,可查全国基本风压图选用。
3.2承载力计算及支架布设
承载力计算及支架布设是满堂式支架施工的核心。
现以5号桥为例,桥梁布置共分为4联:第一联为3×30m;第二联为3×30m;第三联为5×30m;第四联为4×30m,四联均采用预应力混凝土连续箱梁,梁高1.7m。主梁采用斜腹式单箱多室箱梁,梁高1.7m,顶板宽为15.89~18.89m,底宽11.042~14.042m。主梁顶板厚25cm,底板厚22cm,腹板厚50cm,为增强支点处抗剪能力在支承附近5.0m范围内,腹板由50cm加宽至90cm为例,进行承载力计算及支架布设进行分析。该箱梁段碗扣满堂支架布设为①横向:箱室底部间距 60cm,翼板底部间距 90cm。②纵向:端部、变截面段间距 60cm,等截面段间距 90cm。按支架布置原则计算立杆数量为 30 根,确定底撑和顶撑的数量为 60 根;根据确定的基础标高及支架顶面标高,按碗扣架的布置形式确定层间距,计算出了立杆、纵向水平杆、横向水平杆的数量。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。通过计算该段箱梁承载力各项数据见表 1:
表1支架承载力标准
3.3 底模板验算
底模钉在横向木枋(间距 30cm)上,直接承受上部施工荷载,取承受最大荷载的腹板处(横梁与腹板处承受的荷载相同)进行验算,截取 1m 宽的竹胶板简化为跨径为 30cm 的三等跨连续梁来验算, 计算简图如图 1 所示
圖1计算简图
3.4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:
每根立杆均设置标准底座,并加垫 15cm×12cm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。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。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。
四、满堂支架的地基处理
4.1一般地基处理
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,排水沟尺寸为40×15平方厘米做到排水通畅。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。
4.2软弱地基处理
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 50~100cm 厚片石或分层填筑150~200cm 土,顶部浇筑 10~15cm 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。
五、 满堂支架的搭设及预压
5.1满堂支架搭设
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。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。
5.2 满堂支架預压
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。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。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。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。根据项目的具体情况,通过对几种预压材料的比较,柘桩桥施工采用水压法进行预压。为确保水压预压能保证加载要求和消除桥梁横坡、纵坡对水压的影响,在每个水室高边处放置砂袋,确保均匀受压。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,预压位置按网格划分成纵横四段,一共16格,每一格设置4个观测点。当连续 3d 累计沉降量不大于 5mm 时观测结束。
六、 满堂支架施工安全要点
6.1支架搭设防电、避雷措施
防电措施钢管支架在架设的使用期间要严防与带电体接触,否则应在架设和使用期间断电或拆除电源,如不能拆除,应采取可靠的绝缘措施;钢管支架应作接地处理,设一接地极,接地极入土深度为 2~2.5m;夜间施工照明线通过钢管时,电线应与钢管隔离,有条件时应使用低压照明。
6.2支架避雷措施
避雷针:设在架体四角的钢管脚手立杆上,高度不小于 1m,可采用直径为 25~32mm,壁厚不小于 3mm 的镀锌钢管;接地极:按支架连续长度不超过 50m 设置一处,埋入地下最高点应在地面以下不浅于 50cm,埋接地极时,应将新填土夯实,接地极不得埋在干燥土层中。垂直接地极可用长度为 1.5~2.5m,直径为 25~50mm 的钢管,壁厚不小于 2.5mm;接地线:优先采用直径 8mm 以上的圆钢或厚度不小于 4mm 的扁钢,接地线之间采用搭接焊或螺栓连接,搭接长度≥5d,应保证接触可靠。
6.3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。
6.4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。
6.5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。
参考文献:
[1]倪初冬,聂智勇. 现浇箱梁钢管满堂支架的搭设及计算
[2]张峰. 现浇箱梁满堂支架施工安全性分析