320国道马家排互通主线桥现浇箱梁钢管支架设计及施工

朱树森1，楼伟亮1，卢建清1

摘  要：钢管脚手架是现浇箱梁施工中常用而又十分重要的临时设施，这项工作的优劣将直接影响桥梁工程的质量、安全和效益。本文结合320国道常山朱家渡至钳口段改建工程马家排互通主线桥施工实际，对保证既有公路运营正常运营情况下现浇连续箱梁钢管支架及门洞进行技术总结，供同类工程借鉴。
关键词：既有公路 现浇箱梁 钢管 支架施工
0  前言
随着经济的迅速发展，在原来已经建成公路上修建越来越多的跨线桥，特别是在修建互通立交时，许多匝道桥由于半径较大无法采用预置安装的方法设计与施工，多数采用现浇的施工方法。为减小因施工对既有公路运营的影响，尽可能控制成本，一般采用钢管脚手架及门洞进行现浇箱梁的施工。
1  工程简介
320国道常山朱家渡至钳口段改建工程马家排互通主线桥桥孔跨径布置为等截面3×35m预应力钢筋混凝土箱梁，梁宽12m，梁厚1.8m，该桥除门洞外其余梁体浇筑施工均采用满堂支架。支架材料为普通钢管脚手架，管外径为D=Φ48mm，管壁厚为3.5mm，采用28a型工字钢梁做门洞梁，以满足既有205国道交通的正常运营。其桥梁结构如下：

图1 马家排互通主线桥现浇箱梁横断面示意图（单位：m）
2  支架布置
按单跨箱梁长35米、宽12米计，立杆间距按700mm*700mm排列，步距为1.5m，立杆数18根*51根（即纵向18排，横向51排），在满堂支架立杆下铺设150mm*700mm的钢垫板，使地坪均匀受力。
在205国道左、右幅分别用12米长28a#工字钢作为门洞梁各搭设一个门洞，门洞宽度、高度为4.0m×4.2m，采用Φ48mm的普通钢管脚手架作为门洞梁支架，门洞两端各三排支架，中央绿化带为五排钢管支架，钢管脚手架间距35×35㎝，步距为1.4m。钢管上部采用可调调节顶托，所有支架应依据搭设高度设置剪刀撑。
支架搭设顺序：做好搭设的准备工作→按支撑施工图放线→按立杆间距排放底座→放置扫地杆→逐根拉立杆并随即与扫地杆扣牢→安装第一步大横杆（与各立杆扣牢）→安装第一步小横杆→第二步大横杆→第二步小横杆→第三、四步大横杆和小横杆→接立杆→加设剪刀撑。
图2 马家排互通主线桥钢管支架横断面布置图
3  满堂支架荷载验算
3.1 荷载计算（按箱梁底板宽度计算35m*8m）
(1)、单跨砼重量：236.83*2.6=615.8吨=6158KN,q1=6158/8/35=21.99KN/m2；
(2)、施工人员、机械荷载:q2=1.0 KN/m2；
(3)、模板、方木荷载:q3=0.5 KN/m2；
(4)、支架自重
立杆：3.84*51排*18列*6米=21151（kg）；
纵向水平杆：3.84*35米*18列*4档=9677（kg）；
横向水平杆：3.84*12米*51排*4档=9400（kg）；
斜撑：3.84*(11*10*2+5*10*2*2)=1613（kg）；
扣件：2.04*8000=16320（kg）；
q4=(21151+9677+9400+1613+16320)*10*10-3/12/35=581.61/420=1.38KN/m2。
3.2 支架验算
（1）、立杆轴力验算
查表得：立杆允许荷载Pmax=25KN/根。
查表取风荷载：q5=0.07KN/m2则：
Q=1.2*(q1+q3+q4)+1.4q2+q5=1.2*(21.99+0.5+1.38)+1.4*1.0+0.07=30.114KN/m2。
每根立杆的轴力为：
N=30.114*0.7*0.7=14.76(KN)<[N]=25KN。
所以采用立杆间距按700mm*700mm排列的支架，满足施工要求。
（2）、立杆稳定验算
立杆步距L=1.4m，查表得i=1.58cm,A=4.89cm2。则：
模板支架立杆的计算长度l0=步距1.4m+2×0.1=1.6m；
长细比λ= l0/i=1.6/1.58×10-2=101.3；
查表得：ψ=0.580；
σ=Nmax/(ψ*A)=14.76*103/0.58/489=52.04MPa<[σ]=205MPa,满足稳定要求。
（3）、纵、横向水平杆验算
在本工程施工时，支架搭设后的受力体系为：上部荷载传递到横向木档，再传递至纵向水平杆，经扣件传递到立杆；立杆荷载经钢垫板传递至地面的传力体系。
查表得：最大允许均布荷载为[Qmax]=12KN/m。
将上部荷载换算成线荷载：
恒载：（21.99+0.5）*18=404.82(KN/m) ；
活荷：1.0*51=51(KN/m) ；
线荷载Q=1.2*404.82+1.4*51=557.18(KN/m)；
根据51排横向水平杆受力计算，则:
Qmax=557.18/51=10.93(KN/m)<[Qmax]=12KN/m。满足要求。
（4）、扣件验算
工程支架接头采用普通扣件连接，经现场试验，用三个扣件接长的立杆可承受15KN的重量，现经过计算每根立杆的轴力为14.76KN，小于试验结果可承受重量。满足要求。
3.3 地基承载力验算
平均压力P≤fg；
P-立杆基础底面的平均压力，P=N/A；
N-上部结构传至基础顶面的轴向力设计值；
A-基础底面面积；
fg-地基承载力设计值。
根据支架荷载计算结果每根立杆的轴力为：
N=14.767(KN)   A=0.7×0.7=0.49m2
P=N/A=14.76/0.49=30.12KPa ≤fg=120Kpa，满足施工要求。
4  门洞支架及门洞梁荷载验算
4.1 荷载计算（按箱梁门洞底板宽度计算12m*8m）
(1)、门洞砼重量（12米长）：73.28*2.6=190.5吨=1905KN，q1=1905/8/12=19.84KN/m2；
(2)、施工人员、机械荷载：q2=1.0 KN/m2；
(3)、模板、方木、工字钢荷载：q3=2.0 KN/m2；
(4)、支架自重
立杆：3.84*11排*35列*5米=7392（kg）；
纵向水平杆：3.84*5.6米*35列*4档=3010（kg）；
横向水平杆：3.84*12米*11排*4档=2028（kg）；
斜撑：3.84*(6*2*6+10*2*6)=737（kg）；
扣件：2.04*1600=3264（kg）；
q4=(7392+3010+2028+737)*10*10-3/12/12=131.67/144=0.914KN/m2。
4.2 支架验算
（1）、立杆轴力验算
查表得：立杆允许荷载Pmax=25KN/根；
查表取风荷载：q5=0.07KN/m2则：
Q=1.2*(q1+q3+q4)+1.4q2+q5=1.2*(19.84+2.0+0.914)+1.4*1.0+0.07=28.77(KN/m2)；
每根立杆的轴力为：
N=(28.77*0.35*0.35)*(12*8)/[(0.7+1.4+0.7)*8]=15.10(KN)<[N]=25KN。
所以采用立杆间距按350mm*350mm排列的支架，满足施工要求。
（2）、立杆稳定验算
立杆步距L=1.4m，查表得i=1.58cm,A=4.89cm2；
模板支架立杆的计算长度l0=步距1.4m+2×0.1=1.6m；
长细比λ= l0/i=1.6/1.58×10-2=101.3；
查表得ψ=0.580；
σ=Nmax/(ψ*A)=15.10*103/0.58/489=53.24MPa<[σ]=205MPa，满足稳定要求。
4.3 工字钢验算
(1)、门洞砼：q1=19.84KN/m2；
(2)、施工人员、机械荷载：q2=1.0 KN/m2；
(3)、模板、方木荷载：q3=0.5 KN/m2；
q=1.2(19.84+0.5)+1.4×1.0=25.81KN/m2；
Mmax=ql2/8=25.81×6×6/8=116.145KN；
W max= Mmax/[σ]=116.145/160=726cm3；
若采用28a工字钢，查表得抗弯截面系数：W28a=508cm3
W28a/W max=508/726=0.69m，施工中工字钢间距为35cm，满足验算要求。
5  钢管脚手架施工注意事项
5.1 满堂支架是整个梁体最重要的受力体系，所以钢管支撑的杆件有锈蚀，弯曲、压扁或有裂缝的严禁使用；使用的扣件有脆裂、变形、滑丝的扣件禁止使用，扣件活动部位应能灵活转动，当扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离应不小于5mm。
5.2 立杆：在竖立杆时要注意杆件的长短搭配使用。立杆的接头除梗肋处可采用搭接头外，必须采用对接扣件实行对接。搭接时的搭接长度不应小于1m，用不少于3个旋转扣件来扣牢，扣件的外边缘到杆端距离不应小于100mm。相邻两立杆的接头应相互错开，不应在同一步高内，相邻接头的高度差应大于1500mm。
5.3 大横杆：大横杆的长度不宜小于三跨，一般不小于6m。大横杆对立杆起约束作用。故立杆和大横杆必须用直角扣件扣紧，不得遗漏。上下相邻的大横杆应错开布置在立杆的里侧和外侧，以减少立杆的偏心受荷情况。同一水平内的内外两根大横杆的接头和上下相邻的两根大横杆的接头均应相互错开，不得出现在同一跨间内，相邻接的水平距离应大于1500mm。
5.4 小横杆：小横杆紧贴立杆布置，用直角扣件扣紧，拆模前在任何情况下不得拆除贴近立杆的小横杆。
斜杆：纵向支撑的斜杆与地面夹角宜在45º~60º范围内。斜杆的搭设是将一根斜杆扣在立杆上，另一根斜杆扣在小横杆的伸出部分上，这样可以避免两根斜杆相交时把钢管别弯。斜杆用扣件与脚手架扣紧的连接头两端距脚手架节点不大于200mm，除两端扣紧外，中间尚需增加2~4个扣结点。斜杆的最下面一个连接点距地面不宜大于500mm，以保证支架的稳定性。斜杆的接长宜采用对接扣件的对接连接。当采用搭接时，搭接长度不小于400mm，并用两只旋转扣件扣牢。
5.5 立杆纵横距和步距按支撑设计方案进行施工，立杆间设剪刀撑，剪刀撑应联系3~4根立杆，斜杆与地面夹角为45~60度，剪刀撑应沿步高连续布置，在相邻两排剪刀撑之间，设大斜撑，剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与脚手架的立杆或大横杆扣紧外，在其中间应增加2~4个扣结点。
5.6 满堂支撑需待砼达到设计强度方可拆除，拆除顺序和搭设顺序相反。先搭的后拆，后搭的先拆。先从钢管支架顶端拆起。拆除顺序为：剪刀撑→小横杆→大横杆→立杆→……。
5.7 立杆与横杆必须用直角扣扣紧，不得隔步设置与遗漏。相邻立杆的接头位置应错开布置，在不同的步距内，与相近横杆的距离不宜大于纵距的1/3，上下横杆的接长位置应错开布置，在不同的立杆步距中，与相近立杆的距离不大于纵距的1/3。相邻步距的横杆应错开布置在立杆的里侧和外侧，以减少立杆偏心受载情况。
5.8 剪刀撑沿架高连续布置，横向也连续布置，纵向每隔5根与立杆设一道，每片架子不少于3道，剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与脚手架的立杆或横杆扣紧外，在其中应增加2～4个扣结点。
6  结束语
6.1 由于排架搭设是依靠扣件螺栓紧固完成的，因此每节点的扣件螺栓施工中都必须用力矩板手进行检查。
6.2 支撑排架是箱体顶板的关键工序，排架搭设结束后由专人对排架进行验收，验收合格后方可支模。
6.3 钢管支架完成后，采用沙袋、水箱静压法等做预压试验，以检查支架的压缩量和稳定性。

参考文献：
[1]《建筑施工脚手架实用手册》. 中国建筑工业出版社,1994.
[2]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130－2010),2010.