（40+64+40）m连续箱梁满堂支架法施工技术

（40+64+40）m连续箱梁满堂支架法施工技术

范勇

中铁十四局集团有限公司市政工程分公司山东青岛266100

摘要：满堂支架法现浇是一种重要的桥梁施工方法，本文以衡景特大桥527#墩～530#墩跨天然气管道（40+64+40）m连续箱梁为例，重点从支架设计、受力验算、地基处理、支架搭设、预压及支架拆除等几个方面介绍满堂支架法现浇连续箱梁的施工技术，供同类工程参考借鉴。

关键词：满堂支架法；连续箱梁；施工工艺；受力验算

随着国内交通设施基础建设的蓬勃发展，满堂支架以其施工速度快、操作简便、桥梁线形易于控制等优点，较为普遍地应用于桥梁施工中，且工艺日益成熟。但由于满堂支架主要依靠竖杆支撑施工荷载，在竖向力作用下极易失稳，因此在施工前对支架体系进行准确的受力验算以及施工中加强对地基处理、支架搭设和支架预压的过程控制显得尤为重要。

1.工程概况

石济客专衡景特大桥527#墩～530#墩跨越天然气管道（40+64+40）m连续梁位于右偏的曲线上，天然气管道直径为1.016m，与线路斜交角度为28°，详见下图。

3.支架设计

碗扣支架采用φ48mm×3mm钢管，立杆横向根据不同的部位选择30cm、60cm、90cm间距，支架布置应根据各段梁重分段考虑。

3.1A段支架布置

底板采用60cm（横向）×60cm（纵向）×60cm（步距），腹板采用30cm（横向）×60cm（纵向）×60cm（步距）；翼板采用90cm（横向）×60cm（纵向）×120cm（步距）。

3.2B段支架布置

B段中间：底板采用60cm（横向）×60cm（纵向）×120cm（步距），腹板采用30cm（横向）×60cm（纵向）×120cm（步距），翼板采用90cm（横向）×60cm（纵向）×120cm（步距）。

B段两端（各5.4m范围内）：底板采用60cm（横向）×30cm（纵向）×60cm（步距），腹板采用30cm（横向）×30cm（纵向）×60cm（步距），翼板采用90cm（横向）×30cm（纵向）×60cm（步距）。

3.3C、D段支架布置

底板采用60cm（横向）×60cm（纵向）×120cm（步距），腹板采用30cm（横向）×60cm（纵向）×120cm（步距）；翼板采用90cm（横向）×60cm（纵向）×120cm（步距）。

3.4剪刀撑与扫地杆布置

为增加横向和纵向支架整体稳定性，纵向和横向均按间距360cm增设竖向剪刀撑，顶部与底部水平设置两层剪刀撑，斜杆夹角控制在45°~60°之间，其连接不小于1m且扣件不少于3个。

3.5天然气管道上方门洞

该处天然气管道已施工保护盖板涵，净宽为4.0m，墙身厚度为1m，为避免支架对管道的影响，在保护涵上方顺管道方向搭设净宽为5m的门洞。门洞基础墙身外侧浇筑两条1.2m（深）×1.0m（宽）的C25钢筋混凝土基础，为减少工字钢跨径可借用保护涵两侧墙身作门洞基础。门洞立柱采用0.3m*0.3m砼条形基础，门洞横梁采用I40b工字钢上跨天然气管道，利于支架顺利跨越天然气管道的纵梁采用I20b工字钢，两层工字钢接触面采用1cm橡胶垫使工字钢密贴确保传力均匀。

①腹板下方

箱梁自重荷载：Pc=5.29×26=137.5KN/m2

荷载组合：P1=1.2×137.5+1.4×（2.5+1+2+2）=173.676KN/m2

②底板下方

箱梁自重荷载：Pc=1.75×26=45.5KN/m2

荷载组合：P1=1.2×45.5+1.4×（2.5+1+2+2）=65.1KN/m2

③翼板下方

箱梁自重荷载：Pc=0.63×26=16.4KN/m2

荷载组合：P1=1.2×16.4+1.4×（2.5+1+2+2）=30.2KN/m2

（2）底模计算

现浇段梁的底模采用竹胶板，厚度为15mm，下面对模板的强度和刚度进行计算，以决定其支撑方木间距。

强度条件分析如下：

根据《竹胶板模板》（JG/T156-2004）的规定，合格品长度方向的静曲强度大于70MPa，横向静曲强度大于50MPa。一般木材考虑荷载变异、施工偏差、强度变异、荷载长期作用、木材缺陷、干燥缺陷影响、缺口应力集中、暴露强度折减等系数，其安全系数在2~5之间，考虑到竹胶板质量较原木相对稳定等因素，取其安全系数为3.竹胶板在实际安装过程时长度方向为顺桥方向，故取竹胶板的容许应力为［σw］=50/3=16.7MPa。

因竹胶板均为单向支承，故可按单宽连续梁计算。单宽承载力计算如下：

［M］=［σw］w=16.7×152/6×10-3=0.626KN·m

现场竹胶板一般大于2.0m，按照0.3m～0.5m设置支承方木，则为多跨（多在4～6跨之间）连续梁，根据《建筑结构静力计算手册》，梁的最大弯矩为：M=βqL2，五跨梁的支座弯矩最大值系数β=0.105（取自《建筑结构静力计算手册》）。

计算腹板对应部分计算，则根据强度条件其最大跨度为：

L===0.185m

计算时底板对应部分计算，则根据强度条件其最大跨度为：L===0.305m

刚度条件分析如下：

①腹板部分

根据《路桥施工计算手册》，计算其刚度时荷载取值为：

q=1.2×（2.5+137.5）=168KN/m2

施工技术规范要求面板的刚度应小于L/400，根据《建筑结构静力计算手册》梁中跨跨中最大挠度为：

f=αql4/100EI≤=L/400，式中α=0.315（取自《建筑结构静力计算手册》）竹胶板弹性模量取7500MPa，单宽刚度I=1×0.0153/12=2.812×10-7m4

则根据刚度条件有：L===0.21m

边跨跨中最大挠度为：

f=αql4/100EI≤=L/400，式中α=0.644（取自《建筑结构静力计算手册》）

则根据刚度条件有：

L===0.17m

②底板部分

根据《路桥施工计算手册》，计算其刚度时荷载取值为：

q=1.2×（2.5+45.5）=57.6KN/m2

施工技术规范要求面板的刚度应小于L/400，根据《建筑结构静力计算手册》梁中跨跨中最大挠度为：

f=αql4/100EI≤=L/400，式中α=0.315（取自《建筑结构静力计算手册》）竹胶板弹性模量取7500MPa，单宽刚度I=1×0.0153/12=2.812×10-7m4

则根据刚度条件有：L===0.307m

边跨跨中最大挠度为：

f=αql4/100EI≤=L/400，式中α=0.644（取自《建筑结构静力计算手册》）

则根据刚度条件有：

L===0.24m

从上述计算可以看出，模板由刚度控制，在箱梁腹板范围内其最大跨度不超过0.17m，按0.15m（中心距）布置，非腹板范围内其最大跨度不超过0.24m，按0.24m（中心距）布置为方便施工。

（3）纵向方木计算

方木为A-4类木材，其计算参数如下：（取自《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》）

木材容重7.5KN/m3

顺纹受压及承压应力［σα］=11MPa

顺纹弯曲应力［σw］=11MPa

横纹承压应力（全面积、局部表面、垫板下）［σαh］=1.8，2.6，3.6MPa

弹性模量E=9×103MPa

由以上计算知：腹板下方木中心间距为0.15m，故每根所受荷载为173.676KN/m2×0.15m=26KN/m，底板下方木中心间距为0.24m，故每根所受荷载为65.1KN/m2×0.24m=15.6KN/m＜腹板下方木所受荷载，故按腹板下荷载计算；按简支梁计算（方木计算跨径为0.6m），其跨中弯矩、顺纹拉压应力、挠度分别为：（公式取自《建筑结构静力计算手册》）

M=ql2=26×0.62/8=1.2KN·m

σ=M/W==7.2MPa＜［σw］=11MPa，可。

f=5ql4/384EI=5×26×103×0.64×103/384×9×109×0.10×10-4/12=0.585mm＜［f］=l/400=1.5mm，可。

因此腹板下方采用100×100mm方木满足规范要求。

根据上述计算，方木采用针叶材A-4类落叶松的100×100mm方木，腹板下横桥向间距（中心距）0.15m布置，底板下横桥向间距（中心距）0.24m布置时，满足规范要求。

（4）横向工字钢（横梁）计算

A段箱梁底板横梁采用I14普通工字钢，查《钢结构设计手册》P672，得q=0.169KN/m，

W=101.7cm3I=712cm4

在梁下部以间距0.6m布置横梁。

腹板处上部荷载（设计值）：173.626×0.6=104.24KN/m

底板处上部荷载（设计值）：65.1×0.6=39.1KN/m

纵梁自重（设计值）：0.169×1.2=0.21KN/m

腹板纵梁所受荷载q=104.2+0.21=104.4KN/m

底板纵梁所受荷载q=39.1+0.21=39.3KN/m

腹板纵梁计算跨径（按简支梁计算）L=0.3m

底板纵梁计算跨径（按简支梁计算）L=0.6m

①腹板下方

M=ql2=104.4×0.32/8=1.17KN.m

σ=M/W==11.5MPa＜［σw］=205MPa，可。

f=5ql4/384EI=5×104.4×103×0.34×103/384×206×109×712×10-8=0.007mm＜［f］=l/400=0.75mm，可。

②底板下方

M=ql2=39.3×0.62/8=1.77KN·m

σ=M/W==17.4MPa＜［σw］=205MPa，可。

f=5ql4/384EI=5×39.3×103×0.64×103/384×206×109×712×10-8=0.045mm＜［f］=l/400=1.5mm，可。

根据上述计算，横梁强度、跨中挠度均满足要求。

（5）立杆计算

①腹板下方

A段腹板底部立杆按照0.6m（纵距）×0.3m（横距）×0.6m（步距）搭设，则A段腹板单根立杆受力为N=173.676×0.6×0.3=31.26KN＜［N］=40KN，立杆受力满足要求；

根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》得：

L=h+2a=600+2×200=1000mm

碗扣式钢管脚手架截面尺寸为φ48×3mm，截面特性A=424mm2，i=15.94mm，则：

长细比λ=L/i=1000/15.94=62.7，公式中L表立杆计算长度即步距为600mm，a为立杆伸出水平杆长度（计算按200mm考虑），i代表钢管回转半径即为15.94mm。

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》可查λ=62.7时轴心受压构件稳定系数为φ=0.806，A=424mm2，Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205N/mm2

立杆的稳定性检算如下：N/φA=31.26×103/（0.806×424）=91.5N/mm2＜f，立杆稳定性满足要求。

②底板下方

A段底板底部立杆按照0.6m（纵距）×0.6m（横距）×0.6m（步距）搭设，则A段腹板单根立杆受力为N=65.1×0.6×0.6=23.436KN＜［N］=40KN，立杆受力满足要求；

根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》得：

L=h+2a=600+2×200=1000mm

碗扣式钢管脚手架截面尺寸为φ48×3mm，截面特性A=424mm2，i=15.94mm，则：

长细比λ=l/i=1000/15.94=62.7，公式中l代表立杆计算长度即步距为600mm，a为立杆伸出水平杆长度（计算按200mm考虑），i代表钢管回转半径即为15.94mm。

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》可查λ=62.7时轴心受压构件稳定系数为φ=0.806，A=424mm2，Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205N/mm2。

立杆的稳定性检算如下：N/φA=23.436×103/（0.806×424）=68.6N/mm2＜f，立杆稳定性满足要求。

③翼板下方

A段腹板底部立杆按照0.6m（纵距）×0.9m（横距）×1.2m（步距）搭设，则A段腹板单根立杆受力为N=30.2×0.6×0.9=16.3KN＜［N］=40KN，立杆受力满足要求；

根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》得：

L=h+2a=1200+2×200=1600mm

碗扣式钢管脚手架截面尺寸为φ48×3mm，截面特性A=424mm2，i=15.94mm，则：

长细比λ=l/i=1600/15.94=100.3，公式中l代表立杆计算长度即步距为1200mm，a为立杆伸出水平杆长度（计算按200mm考虑），i代表钢管回转半径即为15.94mm。

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》可查λ=100.3时轴心受压构件稳定系数为φ=0.588，A=424mm2，Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205N/mm2

立杆的稳定性检算如下：N/φA=16.3×103/（0.588×424）=65.4N/mm2＜f，立杆稳定性满足要求。

4.3地基承载力验算

取A段Ⅰ截面③为最不利部位

Pk=N/A=173.676KN/m2=173.676KPa，根据现场实测地基承载力满足要求。

4.4门洞计算

取B、C、D段Ⅱ截面④腹板为最不利部位，分别对I40b工字钢和I20b工字钢进行验算：

查《路桥施工计算手册》附表3-31可得I40b工字钢截面抵抗矩W=1139×103mm3，截面惯性矩I=22781×104mm4，I20b工字钢截面抵抗矩W=250.2×103mm3，截面惯性矩I=2502×104mm4。

（1）下层I40b工字钢：

平均荷载q=128.1×0.3=38.43KN/m

跨内最大弯矩为：Mmax=qL2/8=38.43×52/8=120.1KN·m

由弯矩正应力计算公式得：σw=Mmax/W=120.1×106/（1139×103）=105MPa＜［σw］=145MPa，强度满足要求；

挠度计算：I40b工字钢弹性模量E=2.1×105MPa，f=5ql4/384EI=5×38.43×50004/384×2.1×105×22781×104=6.5mm＜［f］=l/400=12.5mm，刚度满足要求。

（2）上层I20b工字钢：

平均荷载q=128.1×0.3=38.43KN/m

跨内最大弯矩为：Mmax=qL2/8=38.43×0.72/8=2.35KN·m

由弯矩正应力计算公式得：σw=Mmax/W=2.35×106/（250.2×103）=9.38MPa＜［σw］=145MPa，强度满足要求；

挠度计算：I20b工字钢弹性模量E=2.1×105MPa，f=5ql4/384EI=5×38.43×7004/384×2.1×105×2502×104=0.023mm＜［f］=l/400=1.75mm，刚度满足要求。

5.工艺流程

5.1基础处理

为减小支架变形、保证结构安全和线形，支架搭设前应对基础进行处理，保证基底承载力不少于180KPa。跨内地基用40cm厚建筑砖渣换填，分2层填筑并压实，硬化15cm厚C20混凝土，基础处理范围为桥宽12.2m各增加1m，为防止水浸泡基础，分别向两侧留1%的排水坡引导水排入两侧的排水沟；承台基坑回填等薄弱地段，需对基底夯实处理并分层回填砂砾；天然气管道已施工保护盖板涵，净宽为4.0m，墙身厚度为1m，为避免支架对管道的影响，在保护涵上方顺管道方向搭设净宽为5m的门洞。

5.2支架搭设

（1）支架原材、模板进场时进行检查验收其材质规格，经验收合格后，方可进场使用。

（2）基础完成经验收合格后，方可进行支架搭设。首先用全站仪精确放出桥梁中心线，并在地面上放出对应的桥梁中心线及支架两侧边线，以便于支架的搭设。

（3）满堂支架的布局根据计算书采用φ48*3mm碗扣支架。支架顶部采用顶托、底部采用底托，以调整支架高程。立杆高度选择以120cm、240cm为主，选择90cm作为调节高度使用，严格控制立杆垂直度和水平杆。立杆接头位置根据高度交错布设，逐个检查立杆底脚，确保垫实无松动。

为增加横向和纵向支架整体稳定性，纵向和横向均按间距360cm增设竖向剪刀撑，由底至顶贯通，，顶部与底部水平各设置一道水平剪刀撑，斜杆夹角控制在45°~60°之间，其连接不小于1m且扣件不少于3个。

（4）严格控制可调顶托和底拖的可调范围，留在立杆内长度不小于30cm，防止因“过调”导致底托、顶托失稳；严格控制竖杆的垂直度小于支架高度的1/600且不大于35mm，保证剪刀撑及扫地杆的间距和数量满足要求，确保钢管及支架整体稳定性。立杆底距地面200mm高处，沿纵横水平方向应按纵下横上的顺序设扫地杆，可调支托底部的立杆顶端应沿纵横向设置一道水平拉杆。施工用脚手架不应与支架相连。

（5）支架搭设严格控制立杆的垂直度和水平杆水平度，所有碗扣接头必须锁紧，拧紧力矩不小于40N·m且不大于65N·m，确保搭设质量；顶托与工字钢、方木应连接可靠，搭设支架同时设置施工平台、栏杆、梯子、安全网等防护措施，挡脚板高度20cm。

5.3支架预压

（1）预压目的

支架的预压目的是为了检验结构的承载力和稳定性，消除基础、支架非弹性变形、支架不均匀下沉；测量支架弹性变形量，为保证梁体线性采取的预设拱度、为立模标高提供依据；确保梁底高程符合设计要求，保证结构线形和结构安全。

（2）预压材料

预压前在支架上先横向搭设（A段）I14工字钢和（其余段）10*12cm方木分配梁后纵向铺设10*10cm方木上铺箱梁底模，采用钢筋原材顺桥向进行预压，根据底板、腹板不同荷载进行布设，确保预压荷载与设计相符合。

（3）预压重量

预压荷载为梁体自重加内模重量及临时施工荷载，按照梁体自重的120%计算。

（4）预压监测

预压监测频率原则：①、支架加载前，应监测记录各监测点的变形初始值。②、每级加载完成1小时后进行支架变形观测，以后间隔6h监测记录各监测点的位移量，当相邻两次监测位移平均值之差不大于2mm时，方可进行后续加载。③、全部预压荷载施加完成后，应间隔6h监测记录各监测点的位移量；当连续12h监测位移平均值之差不大于2mm时，方可卸除预压荷载。④支架卸荷6h后，应监测记录各监测点的位移量。

支架沉降监测采用水准仪，测量精度应符合三等水准测量要求；支架平面位移采用全站仪进行观测。

（5）加载前准备工作

支架加载前技术人员应对支架进行全面检查，检查内容包括顶托、底托是否悬空、支架连接是否可靠、剪刀撑设置是否符合要求，顶托与方木间是否密贴等，确保加载安全。

（6）加载顺序

为确保安全，加载分三级进行，每级加载完成后进行观测，待稳定后方可进行下一级加载，每级预压时间不少于1小时。全部预压荷载施加完成后，每6h监测各监测点的位移量；当连续12h监测位移平均值之差不大于2mm时，方可卸载。加载过程中应派专人对支架进行观察，发现问题立即停止加载，问题处理后方可继续。支架卸载6h后，监测各点位移量。

（7）预压荷载及加载形式

预压顺序根据施工顺序加载，内模重按20t考虑（木模、钢管支撑）混凝土比重按2600Kg/m3计算（含钢筋和预埋件），各段分段预压，A段混凝土预压重量为1094.4t，B、C段预压重量为1185t，D段预压重量为1006.2t。支架预压加载和卸载模拟砼浇筑顺序，按照对称、均衡、分层、分级的进行，严禁集中加载和卸载。

5.4支架拆除

支架拆除在梁体张拉压浆后，浆体强度满足设计要求后即可拆除。支架拆除前，在梁顶做好梁体沉降的观测点，测量支架拆除前进行标高，拆除过程中时时观察标高变化强况，同时满堂支架拆除时，派专人对梁底进行观察，如有异常情况，应立即停止支架拆除工作，待查明原因或通过讨论后，按调整方案进行作业。

（1）支架拆架自跨中位置开始，先拆除梁体跨中处支架，然后由跨中处同时向两侧由上而下对称拆除，为保证拆除过程中支架的稳定性，每层支架水平拆除自上而下推进。不准分立面拆架或在上下两步同时进行拆架。支架拆除顺序为：安全网→栏杆→脚手板→剪刀撑→小横杆→大横杆→立杆。

（2）支架拆除时，方木要与脚手管交替拆除，拆一排方木，就拆支撑该方木处的脚手管，做到一步一清、一杆一清。拆立杆时，要先抱住立杆再拆开最后两个扣。拆除大横杆、斜撑、剪刀撑时，应先拆中间扣件，然后托住中间，再解端头扣。拆除后架体的稳定性不被破坏。

（3）拆除时统一指挥，上下呼应，动作协调，当解开与另一人有关的结扣时，应先通知对方，以防连人坠落。

（4）拆除过程中不得中途换人，如必须换人时，应将拆除情况交代清楚后方可离开，每天拆架下班时，不应留下隐患部位。

（5）所有杆件和扣件在拆除时应分离，不准在杆件上附着扣件或两杆连着送吊下的钢管与扣件运到地面时应及时按品种规格堆放整齐。

6.结束语

满堂支架是桥梁施工中一种重要的临时结构形式，地基处理、支架设计及验算是保证安全的前提条件，支架搭设及预压过程必须严格按照方案施工。每道工序必须予以高度重视，严格按照规范和要求施工，才能确保施工安全和质量。