浅议碗扣式支架施工设计和应用

'浅议碗扣式支架施工设计和应用　　【摘要】碗扣式钢管脚手架以其承载能力强、安全可靠、安装方便的优点在城市桥梁施工中使其应用越来越广泛，但至今没有统一的国家级技术规范作指导，实践中只是凭一些试验结果、施工经验进行设计、施工、验收，实际施工、管理中存在较大的随意性。在通惠河北路永安里跨线桥箱梁施工实践中，箱梁现浇混凝土支架采用满堂红碗扣式钢管脚手架搭设，其设计采用经验估算法，而强度验算则参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》——JGJ130-2001规定，利用PKPM软件进行计算，通过工程实际检验，支架设计、施工、验收等管理过程中，施工、监理、政府监督部门各方都能认同，避免了方案审批过程中的扯皮和随意性，箱梁实际施工收到良好的安全、质量效果。【关键词】碗扣式钢管支架，设计，验算，施工1、引言目前中国建筑用脚手架种类比较多，就北方建筑市场来讲，主要以扣件式钢管脚手架应用时间长，用量为最多。扣件脚手架的优点在于加工简单，搬用方便、使用中通用性强，但其严重的缺点是安全性差、施工效率低、搭设高度受限（最大高度为33m）。9 随着我国高层建筑的发展，建设速度的加快，中国研制开发的新型门式脚手架与碗口式脚手架以其拆装简单、使用安全、承重能力大等优点近年得到很广泛地应用，并且收到了良好效果。近年来桥梁施工中也越来越多地使用了门式脚手架与碗口式脚手架，北京地区桥梁施工中几乎所有的技术与施工人员都愿意使用碗口式脚手架作为桥梁施工支架。虽然碗扣式脚手架应用很广泛，但与扣件式钢管脚手架、门式脚手架相比在确有使用过程中缺乏规范性，扣件式钢管脚手架、门式脚手架则有《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》——JGJ130-2001与《建筑施工门型钢管脚手架安全技术规范》指导支架其设计、施工、验收，而碗扣式脚手架至今没有统一的国家级技术规范作指导，只是凭一些试验结果、施工经验进行设计、施工、验收，有相对的规范性却也有较大的个人差异、不规范、随意性。虽然碗扣式脚手架处在这样一种应用状态，但其安全可靠的优点却使其应用越来越广泛。2、北京市通惠河北路永安里东街跨线桥箱梁简介北京市通惠河北路永安里东街跨线桥箱梁施工中，主梁模板支架采用了新型的碗扣式钢管脚手架施工，施工过程安全可靠，箱梁外观质量效果良好。9 通惠河北路道路工程为北京市重点建设工程；是北京市城市快速道路系统中15条放射线之一，位于通惠河北岸，规划中央商务区（CBD）南侧，比邻东长安街。工程西起东二环，东止东四环四惠立交，规划红线宽45m。永安里东街桥桥梁全长为387.5米，共计12跨，桥梁面积7984.5m2。该桥梁上部结构为现浇预应力三跨连续箱梁与预应力简支T型梁两种形式，其中1、2、3、4、5、6轴南侧箱梁梁长90m，箱梁跨径均为30米，此六跨为变截面连续箱梁，梁高均为1.5米；6、7、8、9轴南北两侧箱梁梁长117.5m，箱梁跨径为35米+47.5米+35米，此六跨为等截面连续梁，梁高均为1.7米；箱梁断面结构形式皆为单箱两室，底板厚度20cm，腹板厚度为65cm，顶板厚度为20cm，翼板宽188cm，翼板厚度40～15cm；（如下图）3、箱梁支架设计、施工3.1箱梁支架体系设计3.1.1本桥支架设计重点考虑三方面要求，1）支架高度在5～7m，支架搭设长度在100～127m，箱梁梁高最大为1.7m，腹板与顶板底板厚度相差1.3m，荷载分布不均匀。2）施工范围处于通惠河北岸旧河床，地表土质为杂填土，土层分布厚度3～7m；控制支架沉降量、进行支架基础处理；3）箱梁混凝土采用全断面一次连续浇筑，须提高主梁模板、支架的强度、稳定性；9 3.1.2支架设计3.1.2.1支架立杆间距估算：一般情况，碗扣式支架应用中横杆步距取1.2米，此时每根立杆承载力取用2.5～3吨；箱梁腹板、中横梁高1.7米，底板顶板合计厚度0.4米，翼板厚度0.4～0.15米，依此计算，箱梁腹板、中横梁范围、底板顶板，翼板范围每平米钢筋混凝土重量分别为4.42吨、1.04吨，因此拟定腹板、中横梁范围下立杆间距0.6*0.6（2.5*1/0.36=7吨>4.42吨）、底板顶板，翼板范围立杆间距0.9*0.9（2.5*1/.81=3.1吨>1.04吨）。按以上估算，在箱梁腹板与横梁下立杆设计为0.6*0.6间距，箱梁底板、翼板下立杆间距设计为0.9*0.9间距。支架平面以腹板、横梁下0.6*0.6的立杆形成封闭的矩形框架，中横梁下支架与桥梁墩柱拉接，在整个平面内形成满堂红支架体系的加强框架，与底板、翼板0.9*0.9间距体系连接形成合理稳定的支架体。横杆步距1.2米，按照使用常规本体系不设斜杆，严格要求顶托、底托伸出值不超出30cm。3.1.2.2支架强度验算验算参照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》，应用PKPM施工计算软件计算（以0.9*0.9*1.2布置为例）如下：3.1.2.2.1立杆的稳定性计算荷载标准值作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。9 3.1.2.2.1.1静荷载标准值包括以下内容：k1-计算长度附加系数，按照表1取值为1.167；u-计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3；u=1.70a-立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.30m；公式（1）的计算结果：？滓=200.95N/mm2，立杆的稳定性计算？滓　　3.1.2.3支架搭设构造要求3.1.2.3.1整体性构造层的设计：a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时，需要设置整体性单或双水平加强层；b.单水平加强层可以每4-6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且须与立杆连接，设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3；c.在任何情况下，高支撑架顶部和底部（扫地杆的设置层）必须设水平加强层。3.1.2.3.2剪刀撑的设计：a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑；b.中部可根据需要并依构架框格的大小，每隔10--15m设置。3.1.2.3.3顶部支撑点的设计：a.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；b.顶部支撑点位于顶层横杆时，应靠近立杆，且不宜大于200mm；3.1.2.3.4支撑架搭设的要求：a.严格按照设计尺寸搭设；b.地基支座的设计要满足承载力的要求。9 3.1.2.3.5施工使用的要求：a.精心设计混凝土浇筑方案，确保模板支架施工过程中均衡受载，采用由中部向两边扩展的浇筑方式；b.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施，钢筋等材料不能在支架上方堆放；c.浇筑过程中，派人检查支架和支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。3.2支架施工3.2.1支架基础处理。箱梁下的地表大部分为人工回填土层；为控制支架竖向变形，本工程中主要是控制地基沉降量，因此地表所有人工杂填土和渣土一律清除外弃。在该部分地表土全部清除后，对未受扰动的现况地表清理整平；根据现场实际情况对基础底部的素土进行碾压处理，采用振动压路机对素土进行反复碾压密实，终碾后其密实度应达到95%以上（重型击实标准）。在素土底层上再摊铺20cm厚级配砂石一层，使用振动压路机碾压密实且表面必须平整，压实度达到98%。处理范围为各联两端头作出支架外侧2.0米，各联两侧作出翼板外缘1.2米。基础防水措施：由于本工程施工将进入雨季，为防止基础受雨水浸泡，砂石基础顶面沿桥梁中心向两侧放坡，应作成两侧直线坡，坡度为1%，坡向两侧的排水边沟；在支架两侧各挖一道宽50cm、深40cm的排水沟，将雨水和养护用水及时排走。3.2.2支架搭设9 1）安装排架前，为使每个立杆受力均匀，减少不均匀沉降，支架底托下铺15×15cm的方木，方木与排架基顶面的缝隙应填实，与基础贴紧密实，且立杆要位于方木中心位置。2）支架柱网的布置：顺桥向在桥梁端横梁的一侧搭设3排0.6米间距的立杆，在中隔梁两侧各1.5米范围内设0.6米间距的立杆，在中横梁两侧各3.3米范围内设0.6米间距的立杆，其余立杆的间距均为0.9米；横桥向，由于本工程南侧为变截面连续箱梁，故箱梁在0—6#轴间横断面尺寸由17.01米渐变为9.47米；根据此特点布置横桥向立杆，保证连续梁每个腹板梁下设置两道立杆且立杆间距为0.6米，其余的立杆间距均为0.9米；由于顺桥由西向东方向横断面宽度不断减小，因此横向立杆的布置排数按跨相应减少；水平横杆的间距为1.2米，遇有顶部立杆超过0.9米时，顶部两道横杆间距调整为0.6米。根据箱梁高度的不同，顶部间距可进行调整，立杆上下均配置可调底托和顶托。3）为保证支架有足够的刚度和稳定性，在支架中间设置钢管剪刀撑，横向剪刀撑每间隔5米设置一道，纵向剪刀撑在支架两侧连续布置，剪刀撑与地面夹角在45°—60°之间。4）依据设计要求和施工技术规定，本工程支架搭设时，在各跨中按二次抛物线设置预拱度1cm，同时设置支架沉降量1cm。9 5）由于本桥处在R=10000m的圆曲线上，搭设支架前每隔5米测一中心点，使顺桥向立杆中心始终在桥梁中线上。4、结束语4.1本工程支架在实际施工中收到良好的效果，工程内在质量与外观质量都达到了北京市《城镇桥梁工程施工质量检验标准》。4.2另外施工中也发现了一些重点进行控制与急需解决的问题，主要集中表现在碗扣式支架锈蚀严重、管焊缝开裂、上下碗扣不能扣紧、横杆立杆长度不标准等，这些问题必须尽快能得到改观，从而避免发生一些工程重大安全或质量事故。建议今后工作中一方面要求施工中严格把好质量验收关，另一方面从行业管理方面，生产制造源头加强控制，以求能彻底解决类似问题。9 4.3实际使用经验证明碗扣式脚手架实际承载力要明显大于按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》——JGJ130-2001计算结果。由于碗扣式脚手架尚无明确的国家安全技术规范，因此施工中经常在方案设计、论证中按照参照规范进行，结果都比较统一，各方也能认可，而实际施工中个人经验参杂其中，杆件布置就有相当出入。另外为了在施工验收中顺利通过，节约施工成本，按照经验设计的支架完全满足实际需要，而参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》——JGJ130-2001进行验算却不能通过，这时又不得不修改验算结果。这种情况的存在增加了碗扣式支架设计使用中的安全隐患，加大了工程风险，很希望国家或地方有关部门尽快编制碗扣式钢管脚手架安全技术规范，以规范解决现存问题。9'