石质边坡现浇箱梁碗扣支架施工技术研究

石质边坡现浇箱梁碗扣支架施工技术研究

吴晓栋

中交路桥华北工程有限公司

摘要：介绍广西桂北地区某一分离式立交桥碗扣支架施工技术，为山区石质较高边坡现浇梁支架搭设提供可鉴的施工经验。

关键词 ：石质边坡；现浇箱梁；碗扣支架施工

1 工程概况

广西桂北地区某一分离式立交桥为行人上跨高速公路而设，上构为17+34+17米预应力砼连续箱梁，梁高1.4m，桥面净宽为4.5m，每延米重约6.93吨。下构桥墩为铪圆柱墩，扩大基础；桥台为U台,扩大基础。地面距梁底高约13m，边坡为不规则的石质边坡，坡率为1:0.3~1:0.7不等，边坡顶距坡脚水平距离约10m。

2 方案选择及分析

针对石质斜坡上现浇支架的搭设，初拟了三种常用的支架搭设方案，并结合此前的施工经验及查询相关技术资料，对这三种方案的优缺点进行了对比如下：

支架方案对比表 表2-1

考虑该项目处于后期收尾阶段，即将通车，施工工期非常紧凑，重新组织工字钢、贝雷片等部分材料进场比较困难等特点，最终选择了第三种最常规的碗扣支架施工方法。

但存在一个比较棘手的问题是在坡率较陡、不规则的高边坡石质边坡上找到一个较为平整的支撑点较为困难。如采用混凝土或砖砌的梯状平台，从工期和成本角度考虑是不可行的，另如果通过人工在岩面上凿出一个平整的支撑位置也是相对困难，而且比较费时，并且安全系数较低。

3 石质边坡支架设计及受力计算

3.1 支架设计

该分离式立交桥除石质边坡段的支架搭设比较困难外，其它处的支架搭设均可按常规方法进行搭设。碗扣立杆采用Ø48×3.0mm钢管，顺桥向一般截面处间距为90cm，墩柱附近及边坡纵桥向加密至60cm。支架底部支撑点采用在岩体中水平植入两根ϕ25的螺纹钢（其间距为13cm），植入深度约为20cm，然后再其上放方木和底托进行搭设支架。另为保证支架稳固，除沿坡面方面增设部分斜撑，还增设水平纵桥向钢管，用以分散立杆竖向受力。

3.2 支架复核

为保证安全，受力构件应既满足承载力要求又满足变形要求，按照极限状态进行设计，即考虑荷载分项系数；同时为简化计算，只对构件受力最大时进行静力分析，另只选取构件受力最不力位置进行分析。

3.2.1 荷载计算

①砼荷载

为贴近实际受力，将混凝土荷载按照截面进行划分，具体如下：

图3-1 砼荷载划分计算示意图

根据上图可知，3#杆件的混凝土荷载最大，故选取3#杆件进行计算。

FHZ=0.4597*0.6*26*1.05=7.53 KN

②模板自重

模板及方木自重取0.30 KN/㎡，则：

FMZ=0.3×0.6×0.6=0.11 KN；

③支架自重

支架自重取单根取1.7KN，则：

FZZ=1.7 KN。

④人机堆载

人机堆载取1.5 KN/㎡，则：

FDZ=1.5×0.6×0.6=0.54 KN；

⑤倾倒荷载

倾倒荷载取2 KN/㎡，则：

FQD=2×0.6×0.6=0.72 KN；

⑥振捣荷载

振捣荷载取2 KN/㎡，则：

FZD=2×0.6×0.6=0.72 KN；

3.2.2 方木验算

承载力验算按照1.2×恒荷载+1.4×可变荷载进行计算，P=13.98 KN

最大弯矩Mmax=Pab/L=13.98*0.14*0.14/0.28=0.98 KN·m

最大应力σ=M/W=0.98/(8.533×10^-5)/1000=11.46 MPa≤[σ]=12 MPa

刚度验算按照1.2×恒荷载进行验算，P=11.21 KN

最大扰度f=PL3/48EI=11.21×0.283/48/(9×106×3.413×10

^-6)

=1.7×10^-4 m≤[f]=0.28/400=7×10^-4 m

故知8cm×8cm方木承载力及刚度均满足受力要求，为安全起见，要求两根25mm螺纹钢间距取12cm~20cm。

3.2.3 钢筋验算

两根钢筋ϕ25钢筋水平植入岩体（岩体完整、无裂纹）至少20cm，钢筋受力验算采用受力软件建模进行验算，为安全起见，取方木悬臂2cm进行计算（实际要求方木紧挨坡面），方木传递到钢筋的力简化成均布荷载，取单根钢筋进行验算，具体计算过程如下：

①混凝土均布荷载FHJ=7.53KN/2/0.08m=47.06 KN/m

②模板自重均布荷载FMJ=0.11KN/2/0.08m=0.68 KN/m

③支架自重均布荷载FZJ=1.7KN/2/0.08m=10.63 KN/m

④人机堆载均布荷载FDZ=0.54KN/2/0.08m=3.38 KN/m

⑤倾倒荷载均布荷载FDZ=0.72KN/2/0.08m=4.50 KN/m

⑥振捣荷载均布荷载FDZ=0.72KN/2/0.08m=4.50 KN/m

承载力验算按照1.2×恒荷载+1.4×可变荷载进行计算，从计算结果可知，应力σ=235MPA≤[σ]=235MPa，f=3.94×10^-4m（变形极小），故知其满足受力要求，为安全起见，要求方木紧贴坡面。

3.2.4 岩体验算

现场石方部分为花岗岩和石灰岩，为安全起见，选取石灰岩进行计算，角度保守取45°。考虑岩石的特性，岩体受力验算主要考虑抗剪，计算截面取20cm×20cm三角形。

承载力验算按照1.2×恒荷载+1.4×可变荷载进行计算，取F=13.98/2=6.99KN,剪切面积=0.2×0.2/2=0.02㎡。

σ= F/s=6.99KN/0.02㎡=349.5 Kpa≤[σ]=5000×0.08=400Kpa，故知岩体满足受力要求。保守起见，要求钢筋植入岩体不应小于25cm。

4 现场实施及支架优化

为保证石质高边碗扣支架的安全稳定，对石质高边坡段支架搭设进行了优化，其操作要点具体如下：

4.1 地基处理

为使地基承载力满足上部结构荷载的要求，沉降变形要求控制在允许范围以内，由于主线路基部分已经铺设水稳层，故不需处理；水沟边至边坡底部分地基要求其地基承载力不小于285KPa,并在其上浇筑10cm～20cm厚的C15砼调平；另由于边坡为石质边坡，难以在其上形成一个稳固规整的平台，只能通过（不带底托的）钢管支架在其上找立杆间距小于60cm且较平的位置作为立杆搭设位置。如支架立杆无法支立在平整的岩面上时，人工采用电钻水平钻入岩体不小于25cm，孔距为12cm~20cm，再打入ϕ25螺纹钢，其上放8cm×8cm方木作为钢管立柱支撑平台。

图4-1 边坡支撑点处理

4.2 支架搭设

支架基础处理完成后，进行支架搭设施工，现浇箱梁支架采用碗扣支架（边坡部分采用钢管支架）。

支架进场前应进行验收，主要构配件应有产品标识及产品质量合格证，供应商应配套提供管材、零件、铸件、冲压件等材质、产品性能检验报告。重点对钢管管壁厚度及顺直度、可调托撑等进行检查。

支架搭设前，应先按照设计图纸放出支架边线及梁中心线，用石灰准确洒出立杆位置，再在基础上准确安放底托，底座采用15cmLDZ底托，底托轴心线应与底面垂直。（搭设在水稳层上的支架不必下垫方木；由于边坡为石质边坡，通过钢管（不带底托）进行找点，横、纵桥向支架立杆间距均应小于等于60cm。）

支架按如下进行布设：

立杆：立杆采用Ø48×3.0mm钢管，顺桥向一般截面处间距为90cm，墩柱附近及边坡支架纵桥向加密至60cm；下设置扫地杆，纵向扫地杆采用直角扣件固定在距钢管底端不大于200mm处的立杆上，横向扫地杆采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上，立杆基础不在同一高度上时，必须将高出的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。

横杆：横杆采用Ø48×3.0mm钢管，横杆步距为120cm，立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度不应超过0.75m，否则应在纵横向设置水平杆。

顶托：采用KTZ-600可调托撑，螺杆与螺母旋和长度不得小于5扣，插入立杆内的长度不得小于150mm。

斜杆：采用Ø48×3.0mm钢管扣件作为斜杆，在架体外侧周边及内部纵、横桥向每5跨（且不小于3m），由底至顶设置连续竖向剪刀撑，斜杆水平倾角在45°60°之间，斜杆应每步与立杆扣接，扣接点距碗扣节点的距离≤150mm。

横梁：顶托上横桥向设3根Ø48×3.0mm钢管用以承重。

4.3 支架优化

4.3.1 设置水平横向钢管

图4-2 水平纵桥向钢管

每排立杆选择石质边坡较为平整稳固处均设置6m长的水平纵桥向钢管，用以分散立杆竖向受力，从而降低因单根立杆处受力薄弱而带来的风险。

4.3.2 沿坡面增设斜杆

图4-3 延坡面斜杆

每排立杆沿坡面设置斜杆（距坡面小于35cm），以防止立杆因受力不稳而发生侧滑。

5 结束语

通过对广西桂北地区某一分离式立交桥的施工实践，采用改进优化的碗扣支架搭设方法施工石质高边坡现浇箱梁，有效地解决了项目实际问题，缩短了施工工期，节约了施工成本，同时其工艺简单，易于操作，并很好地规避了施工中存在的施工安全质量风险，具有一定的推广价值。