山地城市现浇箱梁满堂支架关键施工技术探究

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  摘要:本文结合山地城市支架现浇桥梁施工的特点,介绍了满堂支架施工法进行现浇箱梁桥施工的关键技术,包括碗扣式支架的特点及适用范围、支架搭设方法、支架结构设计、支架压载实验、支架的安全要求等内容,较为详尽的对满堂支架施工方法进行的全方位论述,供参考。
  关键词:山地城市;现浇箱梁;满堂支架;关键施工技术
  Abstract: combining with mountainous city stents cast-in-situ the characteristics of bridge construction, this paper introduces the construction method for the full of stents cast-in-site box girder bridge construction of the key technology, including the bowl and the characteristics of the type of stent buckle applicable scope, support build-up method, support structure design, stents ballast experiment, support safety requirements and so on contents, very detailed full support to the comprehensive construction methods, this paper for reference.
  Keywords: mountain city; Cast-in-situ box girder; Full support; Key construction technology
  中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
  
  
  
  1 山地城市桥梁满堂支架施工的特点
  山地城市的主要特点是地形复杂,表现为地面高差大,变化频繁,横坡陡。受此影响,路线布设时平纵横三个方面都受到约束,一般就是平曲线多,平面半径小,纵坡大,桥梁比例高。山地城市桥梁由于受到地形限制,高墩桥梁较多,对桥梁的施工带来一定的影响。
  山地城市高墩桥梁采用满堂支架法施工,主要有以下特点:
  (1) 施工周期长
  墩柱施工阶段,由于高空作业,模板的受力自成体系,从模板的受力性能考虑,高墩柱混凝土的一次浇筑高度一般为 4~6 米。对于 20 米以上高墩的施工次数至少在 4 次以上,最多的达到 10 多次,这样每一根墩柱的施工周期相当长,有的墩柱施工工期达到 5 个月之长。
  主梁浇筑阶段,高墩桥梁搭设支架的时间比一般桥梁时间长,且受到地形的限制,主梁浇筑的进度也略慢。
  (2)模板、支架以及机械设备的投入大
  由于单根高墩柱的施工周期长,且受到总工期的限制,各大桥的高墩柱只能采取平行作业的施工组织方法,每根墩柱至少配备 6 米高度的模板,受起吊能力的限制,高墩柱施工须配备大吨位的吊车,且全标段高墩柱数量多,分散于不同的山沟内,致使吊车等设备很难相互调配使用,导致机械设备的投入也大。
  采用满堂支架施工的高墩桥梁,需要搭设支架的规模和数量都远远超过了一般的桥梁,且支架的安装及拆卸所投入的机械设备也较大。
  (3)计量支付周期长,资金周转压力大
  在前期的桥墩施工过程中,由于高墩柱的施工次数多、周期长,在相当长的时间内,虽然墩柱完成的延米数大,但其不符和计量原则的规定,大量的未完工高墩柱不能计量,施工单位垫付的资金不能回笼,而在墩柱施工的中后期,又开始准备主梁的施工,进行满堂支架的搭设,准备大量的支架和模板,更是需要大量的資金投入。
  (4)高墩施工定位控制难度大
  对于高桥墩来说,截面相对面积小、墩身高、重心高、墩身柔度大、施工精度要求高,施工时轴线很难准确控制。
  (5)高空作业,施工安全系数低
  2 碗扣式支架施工要点
  2.1 碗扣式支架的构造及特点
  碗扣式钢管脚支架是一种新型承插式钢管脚支架,该支架独创了带齿碗扣接头,不仅受力稳定可靠,而且完全取代了螺栓作业。与其它支架相比它具有多功能、高效率、通用性强、承载力大、安全可靠、易于加工、不易丢失、维修少、便于管理、易于运输等优点。它可以用于建筑、桥梁施工的脚手架、现浇构件临时支架等,目前在城市道路桥梁建设中已广泛使用,可做到省时、省力、安全、可靠。
  (1)基本构造
  碗扣式多功能支架的杆配按用途可分为主构件、辅助构件和专用构件。主要构件包括立杆、横杆、斜杆、顶杆、底座,辅助构件包括用于作业面的、连接的脚手板、架梯等其它构件,专用构件如支撑柱、垫座、可调支座、提升滑轮等。
  碗扣式支架主构件的基本构造与扣件式钢管支架类似,不同之处主要在于碗扣接头;碗扣分上碗扣和下碗扣,下碗扣焊在钢管上,上碗扣对应的套在钢管上,其销槽对准焊在钢管上的限位销即能上、下滑动;横杆是在钢管两端焊接横杆接头制成;连接时,只需将横杆接头插入下碗扣内,将上碗扣沿限位销扣下,并顺时针旋转,靠上碗扣螺旋面使之与限位销顶紧,从而将横杆和立杆牢固的连接在一起,形成框架结构,每个下碗扣可同时安装 4 个横杆接头,位置任意,如图1 所示。
  
  图1 碗扣节点构成图
  (2)碗扣式支架特点
  碗扣式支架主要具有多功能、整架承载能力较高、整体强度好、节点强度好、拆装方便、构件种类少及维护简单等特点。
  2.2 碗扣式支架搭设流程
  碗扣式支架搭设的一般流程为:
  ①根据箱梁底面及地面标高差,预先选配好立杆规格并拟定纵横水平拉杆布置图;
  ②在地基上铺设垫木;
  ③下托定位、安装下部立杆和纵横向水平杆;
  ④测量调整水平拉杆和基准标高并锁紧立杆碗扣;
  ⑤扶正立杆纵向垂直、拉杆横向水平;
  ⑥放置脚手板;
  ⑦继续接高上层立杆和水平拉杆;
  ⑧安装上托;
  ⑨矫正立杆垂直度,扣紧水平杆;
  ⑩设置剪刀撑,放置横木,支架搭设完成
  支架搭设过程中,首先在经处理后的支架基础地面上放出支架边线,然后按支架方案设计碗扣架纵横间距放线。
  支架安装严格按照施工方案图纸布置位置安装,碗扣支架为定型支架,安装时必须先确定安装起始位置,并根据地面标高确定立杆起始安装高度,利用可调底托将标高调平,避免局部不平导致立杆悬空或受力不均。安装可采取先测量所安装节段地面标高,根据所测数据计算出立杆底面标高,先用可调底托将四个角标立杆高调平后挂线安装其它底托,后安装立杆。扣件对接要错开,连接牢固,保证支架刚度。
  2.3 碗扣式支架搭设要求
  根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008),碗扣式钢管模板支撑架的搭设有以下要求:
  ① 支架搭设前必须按施工方案进行地基的处理,按地基承载力要求进行验收,满足设计要求的承载力。地基验收后加设垫木或垫板或做现浇条形基础,支架地基应有可靠的防水和排水措施,防止积水浸泡地基,引起满堂支架不均匀沉降。
  ② 支架立杆碗扣节点应按 0.6m 模数设置,应根据立杆所受的荷载大小选择间距和步距,立杆底部应设置可调底座或固定底座,纵、横向水平杆作为扫地杆,距底座上皮的高度应小于 300mm。可调底座及可调托撑丝杆与螺母捏合长度不得少于 4-5 扣,插入立杆内的长度不得小于 150mm。
  ③模板支撑架高度超过 4m 时,应在四周拐角处设置专用斜杆或四面设置八字斜杆,并在每排每列设置一组通高十字撑或专用斜杆。支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑,由底至顶连续设置,剪刀撑杆件的底端应与地面顶紧,夹角宜在 45°~60°之间,剪刀撑应采用Φ48mm×3.5mm 钢管,用扣件与钢管立柱扣牢,剪刀撑应采用搭接接长,搭接长度不得小于 500mm,并采用 2 个旋转扣件分别在离杆端不小于 100mm 处进行固定。支架高宽不得超过 3,当高宽超过 3 时可采取扩大下部架体尺寸,或按有关规定验算,采取设置缆风绳等加固措施。
  3 满堂支架结构设计
  选取满堂支架施工法进行施工的混凝土箱梁桥,在支架搭设前应按照《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》并借鉴同类工程的经验,对支架进行合理的设计和计算。
  满堂支架的设计应包括以下主要内容:
  ① 模板、支架的构造要求:
  1)每根立杆底部必须设置底座或垫板;
  2)立杆之间必须按步距满设纵横向水平杆,确保两个方向有足够的设计刚度 ;
  3)箱梁荷载相差较大时,如腹板和横隔梁位置,可以采用不同的立杆间距,但宜在一个方向变距,而另一个方向不变,从而使立杆的受力更均匀。
  ② 立杆步距的设计:
  1)高支架步距以 0.9~1.5m 为宜,不宜超过 1.5m;
  2)当支架荷载在立杆不同高度轴力变化不大时,宜采用等步距设置;
  2)当中部有水平加强层或支架很高,立杆轴力沿高度变化较大时,可采用下小上大的变步距设置,但变化不要过多。
  ③ 整体性构造层的设置:
  1)高支架的顶部和底部(扫地杆的设置层)必须设水平加强层;
  2)当支架高度≥20m 或高宽比≥6 时,需要设置整体性水平加强层,水平加强层有单向和双向两种;
  3)单水平加强层每 4~6 米沿水平结构层设置剪刀撑或水平斜杆,且须与立杆连接,设置加强层的层数要大于水平框格总数的 1/3;
  4)双水平加强层设置在支架的顶部和中部,中部每隔 10~15m 设置一道,使支架整体具有较大的刚度。
  ④ 剪刀撑的设置:
  1)支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑,由底至顶连续设置;
  2)高于 4m 的支架,其两端与中间每隔 4 排立杆从顶层开始向下每隔 2 步设置一道水平剪刀撑;
  3)剪刀撑应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上,旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于 150mm。
  ⑤ 顶部支撑点的设计:
  1)最好在立杆顶部设置支托板,其距离支架顶层横杆的高度不宜大于 400mm ;
  2)可调顶支托螺杆伸出钢管顶部不得大于 200mm。
  ⑥ 支架搭设的要求:
  1)满堂支架地基基础必须按施工方案进行施工,按地基承载力要求进行验收,
  满足设计要求的承载力;
  2)进入现场的脚手架构配件,使用前必须对其质量进行复检;
  3)严格按照施工方案搭设支架,立杆的接头均应错开在不同的框格层中;
  4)支架立杆应竖直设置,2m 高度的垂直允许偏差应小于 15mm;支架全高的垂直度应小于 L/500;最大允许偏差应小于 100mm。
  4 满堂支架施工的压载试验
  支架的压载试验是满堂支架施工中一道非常重要的工序,其目的主要有两方面,一方面是进行一次承载模拟检验支架及地基的强度和稳定性确保施工安全,另一方面是消除施工前支架和地基的非弹性沉降变形,同时收集支架和地基的弹性变形和非弹性变形的数据,为箱梁底模施工标高控制和跨中预拱度设置提供准确依据,确保梁体几何线型的准确。支架压载试验的程序如下:
  ① 支架的加载
  支架的加载可以使用砂袋、土袋、水箱或者采用水预压等方式,各种加载方法各有优缺点,可以根据实际情况本着方便、经济、周转快的原则选择。加载的范围为箱梁底部.加载的总 重量不小于箱梁总重的 1.2 倍。荷载分布位置要与箱梁自重荷载分布一致,加载时各点压重要均匀对称,防止出现异常情况。加载以每孔为单位,逐孔加载预压,一孔卸载后,荷载移至相邻孔,一联结束后,荷载移至下一联。根据实际施工过程中箱梁混凝土浇筑程序方法的不同,加载的方案可以分为一次性加载和分级加载两种。一次性加载是把荷载的全部重量一次性布压于支架上并进行沉降观测。分级加载是把荷载的全部重量分成几次(几级)布压于支架上,并从加第一级荷载开始持续进行沉降观测。
  ② 沉降的观测
  正确选取沉降观测的布置点的位置,测点的位置和密度应该具有一定的代表性,可以较为准确的反映出整个支架体系的沉降变形情况。观测断面一般的选择在墩部及每跨的 L/2、L/4 处共 5 个断面,每个观测断面一般选取左、中、右三个观测点。如跨径较大,可以每跨的 L/2 处为中心两侧对称加密布置;如断面宽度较大,可以桥轴线为中心两侧对称加密观测点,以满足观测精度的要求。在每个观测断面的模板底部和支架基底分别布置两层观测点。沉降观测的仪器选用水准仪,模板底部的观测点可以采取铁钉钉入方木加以定位,由于观测点在顶部,所以需要采用倒尺观测。支架基底的观测点定位在支架底的垫板上。
  在加载之前,先测量出各观测点的初始标高值,加载之后每达到一个规定的荷载值和经过一次规定的时间间隔时需要进行一次沉降观测,并认真记录观测数据。连续两次观测所规定的时间间隔一般选取 2~4 个小时较为适宜;对于分级加载的预压方案,每一级荷载加载完成后,要等到沉降值趋于稳定后,再加下一级荷载。加载达到总荷载的 100%后,荷载的持续时间必须大于 24 小时。如 24 小时后,每 2 小时时间隔测得的各点平均沉降值小于 0.1mm,表明沉降已基本稳定,可以卸载,否则还须持荷继续预压,直到地基及支架沉降到位后方可卸载。卸载完成后再测一次各观测点的标高值。
  沉降观测完毕后,必须对观测的数据进行仔细整理和认真分析,根据观测断面各观测点的沉降值与其对应的荷载值和持荷时间,绘制出沉降-荷载关系图。沉降观测的主要结果应包括以下内容:1)地基沉降值;2)支架沉降值;3)卸载后支架和地基的可恢复值;4)支架的侧位移量和垂直度。
  根据这些观测结果可以直接得到地基和支架的总沉降值和弹性变形值,可以计算得到非弹性变形值。弹性变形值是卸载后可以恢复的沉降变形,其产生原因是地基和支架在荷载作用下的弹性变形量。非弹性变形值是卸载后不可恢复的沉降变形,其产生原因是地基和支架体系的非弹性变形和各接触点间存在的间隙被压出。弹性变形值等于卸载后所测标高减去持荷后所测标高,总沉降值(支架持荷稳定后沉降值)减去弹性变形值即为地基和支架的非弹性变形值。
  卸载后,必须根据各观测点对应的弹性变形值、设计标高及设计预拱度,确定各点的立模标高,通过可调顶托重新调整模板标高,保证混凝土浇筑施工完成后,箱梁底部达到其设计标高和线型。模板各断面立模标高控制的计算公式为:
  
  其中,H :模板的立模控制标高;
  h1 :地基弹性变形;
  h2 :支架弹性变形;
  f :梁体设计挠度(设计提供或按规范取值);
  h3 :梁底设计标高。
  ③满堂支架压载试验中的注意事项:
  满堂支架压载试验的主要目的之一是检验支架体系的安全性,确保施工安全,在压载过程中要密切关注地基和支架的变形情况,如发现地基出现明显下沉或产生裂缝,支架体系发生严重位移、变形,方木发现裂缝或脆断等情况,要立即停止加载预压并进行卸载,待查明原因并采取措施后再加载预压。加载预压时支架下严禁站人。压载试验完成后,要根据地基沉降程度和支架体系变形情况,采取有效的措施加强薄弱环节,确保施工安全和工程质量。满堂支架压载试验前一定要仔细检查支架体系各节点是否连接牢固可靠,压载试验时试验支架与相邻支架间的连接扣件必须松开,使压载支架独立受力,确保压载试验的安全性和结果的有效性、真实性。
  5 满堂支架施工的支架安全保障措施
  ① 搭设脚手架安全保证措施
  满堂支架施工前必须制定施工专项方案,保证其技术可靠和使用安全,经技术审查批准后方可实施。脚手架搭设前工程技术负责人应按施工专项方案的要求对搭设和使用人员进行技术交底。堆进入现场的脚手架构配件,使用前应对其质量进行复检。架搭设场地必须平整、坚实、排水措施得当;地基基礎必须按施工方案进行施工,按地基承载力要求进行验收。脚手架搭设应按立杆、横杆、斜杆、连墙件的顺序逐层搭设,每次上升高度不大于 3m。作业层必须满铺脚手板,外侧应设挡脚板及护身栏杆;护身栏杆可用横杆在立杆的 0.6m 和 1.2m 的碗扣接头处搭设两道;作业层下的水平安全网应按<安全技术规范》规定设置。脚手架搭设到顶时,应组织技术、安全、施工人员对整个架体结构进行全面的检查和验收,及时解决存在的结构缺陷。
  ② 拆除脚手架安全保证措施
  满堂支架拆除时必须严格按施工方案要求的拆除顺序进行。脚手架拆除前现场工程技术人员应对在岗操作工人进行有针对性的安全技术交底;并全面检查脚手架的连接、支撑体系等是否符合构造要求,经按技术管理程序批准后方可实施拆除作业;拆除前应清理脚手架上的器具及多余的材料和杂物。脚手架拆除时必须划出安全区,设置警戒标志,派专人看管;拆除作业应从顶层开始,逐层向下进行,严禁上下层同时拆除;拆除的构配件应成捆用起重设备吊运或人工传递到地面,严禁抛掷。
  
  参考文献:
  [1]中华人民共和国行业标准.建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规(JGJ166-2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.
  [2]李俊杰.现浇箱梁满堂支架的施工技术[J].交通世界,2009(2)
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