利用满堂式脚手架现浇箱梁施工技术.doc

第五节 利用满堂式脚手架现浇箱梁施工技术一、概述箱梁的现浇施工技术日新月异，特别是近年来飞速发展，多种技术应用于其中。利用满堂式脚手架现浇箱梁，由于其操作简单，设备低廉，仍在施工中广泛应用。目前，作为模板支撑体系的满堂脚手架主要有以下几种：扣件式钢管脚手架、碗扣式脚手架、轮扣式脚手架、门型框式脚手架、木竹脚手架、梯形框式脚手架、承插式钢管脚手架、螺栓连接钢管脚手架等，其中，扣件式钢管脚手架、碗扣式脚手架应用比较广泛，木竹脚手架在民用建筑中也有较多应用，轮扣式脚手架则是近年来发展起来的新产品。下面主要介绍扣件式脚手架、碗扣式脚手架、轮扣式脚手架的特点：1.扣件式钢管脚手架扣件式钢管脚手架由扣件和钢管组成，具有装拆比较方便、搭设灵活、能适应建筑物中平立面的变化、强度较高等特点，又由于加工简便、搬运方便、通用性强等特点，为我国目前使用量最大、应用最普遍的一种脚手架，占脚手架使用总量的70%左右，在今后较长的一段时间内，这种脚手架仍将占主导地位。扣件式钢脚手架的主要构件有立杆、大横杆、小横杆、斜杆、底座和扣件等，杆件多为483.5焊接钢管，也可用其它的钢管，如无缝管，外径50-51，壁厚3-4的焊接钢管，用作立杆、大横杆、小横杆和斜杆的钢管长度以4-6m为宜，也可根据需要进行裁剪，底座由底板和插芯式套管等组成，底板可为钢板或铸铁，边长多为150，厚度810，插芯直径多为36，高150，套管为大一号的钢管，长150，扣件多为铸铁扣件，分直角扣件、回转扣件、对接扣件3种，螺栓用A3钢制成。2.碗扣式脚手架碗扣式脚手架是一种技术较为先进的承插式多功能钢管脚手架，已广泛用于房建、桥梁、隧道、地道桥、水塔、大跨度棚架等建筑、市政及交通的各个领域，深受施工单位欢迎。碗扣式脚手架具有带齿的碗扣接头，在三维方向均有可靠的力学强度和自锁性能，而且拼装快速、省力，避免了螺栓作业和零散扣件，能方便组成多种荷载力的脚手架和多种支撑承力架等。碗扣式脚手架主要由碗扣接口、立杆、横杆、顶杆、支座和上托等构件组成，见碗扣架规格，其中碗扣接头是核心部件，由上、下弦碗扣、横杆接头和上碗扣限位销组成。其特点如下：（1）多功能：根据施工需要，组成不同施工荷载的脚手架、支撑承力架等，适用性强；（2）拆装方便：接头拆装速度比常规快六倍以上；（3）效率高：拼装避免了螺栓作业，降低劳动强度1倍以上；（4）整体强度好：杆件轴线交于一点，节点在框架平面内，齿碗扣接头具有可靠的抗弯、抗剪、抗扭强度，整架强度比扣件式提高；（5）安全可靠：接头自锁能力强，构件系列标准化，使用安全可靠，避免扣件式的人为因素影响；（6）便于管理：无零散易丢构件，易于堆放整齐，便于现场材料管理；碗扣接头的安装方法:立杆和顶杆上每隔0.6m设置一付碗扣接头，下碗扣和上碗扣有限位销，当上碗扣的缺口对准限位销时，上碗扣可扣杆向上滑动.连接横杆时，先将横杆接头插入下碗扣的周边带齿的圆槽内，将上碗扣沿扣限位销滑下扣住横杆接头，并顺时针旋转扣紧，用铁锤敲击几下即能牢固锁紧，可以互相垂直或偏转一定角度。3.轮扣式脚手架轮扣式脚手架原理与碗扣式脚手架相似，但操作更为简单方便，为近年开发的新产品，经过现场的大量使用，普遍认为“轮扣式”脚手架的出现给工程建设和路桥施工的整体工程支护设计和施工带来了更大方便，为施工快速、安全、文明提供了更加有力的保证。轮扣式脚手架由插座、立杆、横杆、斜杆、过渡杆组成。轮扣式脚手架的插座为轮扣形的钢板，四边凸出部分开设矩形孔。横杆两端各焊接一只长形插头。组装时，将插头插入轮扣上相应的孔内，用铁锤敲打插头即可锁紧，每个轮扣上可同时插入4根横杆。拆卸时只要敲击插头松开，就能拿下横杆。该脚手架的主要特点是：（1）结构合理，使用方便，装拆速度快；（2）插头自锁功能强，锁定牢固；（3）承载力强，每根立杆允许承载力达40KN；（4）采用过渡杆，可以与碗扣式脚手架共同使用。近几年该脚手架在北京、沈阳、山东等重点建设工程中大量使用后，使用效果较好。 二、支架施工设计1.支架设计概述（1）支架设计要求虽为临时结构，但它要在施工过程中承受桥梁的大部分恒载，因此从受力和使用性能上要求必须有足够的强度和刚度，同时支架的基础应可靠，构件之间的结合要紧密，并具有足够的纵、横、斜向的连接杆件，使支架成为空间稳定的整体；支架在受荷后将有变形和挠度，在安装前要进行计算，以便设置合理的预拱度，使结明的外形尺寸和标高符合设计要求；支架上要设置落架设备，落架时要对称、均匀，不应使主梁局部受力；构造和制作简单，装拆方便，要能增加周转次数。（2）支架计算要点作用在支架上的荷载有梁体结构的重力、浇筑设备的重力(包括振动荷载)、风力及施工人员的重力，连同模板和支架自重均由支架承受；支架的各构件应按其计算图式进行强度计算，容许应力可按临时结构予以提高；支架的挠度需要验算，并小于其容许值；支架的预拱度计算包括梁自重所产生的挠度、支架受载后芹生的弹性变形和非弹性变形、支架基础的沉降量等；支架卸架设备的选用及受力计算。（3）满堂支架法施工的优缺点:桥梁的整体性好，施工平稳、可靠，不需大型起重设备；施工中无体系转换；预应力混凝土连续梁桥可以采用强大预应力体系，使结构构造简化，方便施工；需要使用大量施工支架；施工工期长、费用高，需要有较大的施工场地，施工管理复杂。作为承力支架必须通过检算确定地基承载能力、立杆间距、横杆步距及承载杆件的计算，解决强度、稳定、安全问题。2.荷载组合选用（1）荷载计算参考表4-1、4-2、4-3荷载计算参考数据表 表4-1序号项 目采用数据说 明1模板、拱架、支架的容重，对于：（1） 松木木材（2） 落叶松（3） 阔叶树木材（4） 杉木、枞木（5） 组合钢模和连接件（6） 组合钢模连接件及钢楞（7） 钢管脚手架（8） 定型模板6KN/m37.5KN/ m38KN/ m35KN/ m30.5KN/ m20.75N/ m278.5按设计说明计算2新浇混凝土和钢筋混凝土的容重、混凝土或片石混凝土容重钢筋混凝土（以体积计算的含筋量）：2%时2%时24KN/ m32526 KN/ m325 KN/ m326 KN/ m33施工人员和施工料、具行走运输或堆放荷载：（1） 计算模板及直接支承模板的小棱时均布荷载可取（2） 计算直接支承小棱的梁和拱架时，均布荷载可取（3） 计算支架要立柱及支承拱架的其它结构构件时，均布荷载可取2.5 Kpa1.5 Kpa1.0Kpa以集中荷载2.5KN验算荷载计算参考数据表 表4-1序号项 目采用数据说 明4振捣混凝土时产生的荷载（作用范围在有效压头高度之内）：对水平面模板对垂直面模板2.0 Kpa4.0 Kpa5新浇混凝土对模板侧面产生的压力：（1） 采用内部振捣器，当混凝土浇注速度在6m/h以下时，新浇的普通混凝土作用于模板的最大侧压力计算式：当0.035时新浇混凝土对模板的最大侧压力（kpa）；有效压头高度（m/h）；混凝土的浇注速度（m）t混凝土入模时的温度（）；混凝土的容重（Kn/m3）；外加剂影响修正系数，不掺加外加剂时取1.2；H对模板产生压力的混凝土灌注层高度（m）；R外部振捣器作用半径（m），R=1；混凝土拌和物的稠度影响系数，其坍落度02为0.8；46为1.0；57为1.2；混凝土拌合物的温度系数，57为1.15；1217为1.0；2832为0.85（2） 采用泵送混凝土灌注施工，混凝土入模温度在10以上时，模板的侧压力推荐采用右式计算：=4.6（3） 采用外部振捣时，模板侧压力采用右式计算：当4.5，H2R时当4.5，H2R时=混凝土侧压力计算分布图hH图中：H为混凝土浇筑层（在水泥初凝时间以内）的高度（m）6倾倒混凝土的冲击产生的水平荷载：项次向模板中供料方法水平荷载（Kpa）1有溜槽、串筒或导管输出2.02用容量0.2m3及小于0.2m3的运输器具倾倒2.03用容量大于0.2m3至0.8m3的运输器具倾倒4.04用容量大于0.8m3的运输器具倾倒6.07其它可能产生的荷载：如雪荷载、冬季保温设施荷载等，按实际情况考虑计算模板的荷载组合参照表 表4-2项次模板构件名称荷载组合计算强度用验算刚度用1梁板的底模板和支架等1+2+3+4+71+2+72梁的侧模板4+55荷载分项系数表 表4-3序号荷载类别1模板、支架、脚手架等自重1.22新浇混凝土、钢筋混凝土或新砌体等自重1.23施工人员及施工机具运输或堆放的荷载1.44倾倒混凝土时产生的竖向荷载1.45振捣混凝土时产生的竖向荷载1.46冬季施工时保温设施荷载和雪荷载7新浇混凝土对侧面模板的压力1.28倾倒混凝土时产生的水平荷载1.49振捣混凝土时产生的水平荷载1.410风荷载11流水压力、流冰压力或船只、漂浮物撞击力3.地基承载力计算地基承载力按下式计算：其中：地基承受压力 主杆压力主杆受力面积地基容许承载力参照有关规定。4.杆件计算（1）扣件式钢管支架计算构造扣件式钢管支架适用于无水或水流较浅的河流，主要由立杆(立柱)和横向水平杆(小横杆)、纵向水平杆(大横杆)、剪刀撑和斜撑等组成，立杆、大横杆、小横杆是主要受力构件，采用Q235（3号钢），截面特性见表2-4。扣件式钢管支架杆件连接采用直角扣件、旋转扣件和对接扣件三种，供两根钢管直角连接、搭接连接或对接连接，3种扣件的容许荷载分别为6kN、5kN、2.5kN。立杆间距应根据计算确定，一般顺桥向（纵向）为1.01.2m，横桥向以0.51.1m为宜，大横杆步距不宜超过1.5m。扣件式钢管支架必须搭设在经处理的坚实地基上，在立柱底部铺设垫层和安放底座，垫板可以采用厚度不小于200mm的混凝土或厚度不小于50mm的木板。荷载扣件式钢管自重，包括立柱、纵向水平杆、横向水平杆、支承杆件、扣件等，可按表4-4计算。扣件式钢管截面特性 表4-4外径（mm）壁厚（mm）截面积A（mm2）惯性矩（mm4）抵抗矩W（mm3）回转半径（mm）每米自重（N）483.04.241021.0781054.49310315.9533.3483.54.891021.2151055.07810315.7838.4模板、新浇混凝土等荷载见表4-1。施工人员及共设备、运输工具等荷载见表4-1。立杆计算立杆两端按铰接的受压构件计算，计算长度立杆轴向力计算值，同时要满足表4-5容许荷载的要求；立杆横截面面积钢管支架容许荷载表 表4-5横杆间距L（cm）483钢管483.5钢管对接立杆（KN）搭接立杆（KN）对接立杆（KN）搭接立杆（KN）10031.712.235.713.912529.211.633.113.015026.811.030.312.418024.010.227.211.6立杆轴心受压构件纵向弯曲系数钢材强度极限值，为215Mpa。纵、横向水平杆按受弯构件计算：a 横向水平杆（顶端小横杆）:认为所有荷载均有小横杆承受并传给立杆，按两跨或三跨连续梁验算其抗弯强度的挠度，也可按近似公式计算：弯曲强度:抗弯刚度：b 纵向水平杆（大横杆）：按两跨或三跨连续梁计算，梁的跨度=立杆间距。用小横杆传来的最大反力计算值，在最不利荷载布置计算其最大弯矩值，其弯曲强度按下式验算：弯曲强度：当按两跨连续梁计算时：，当按三跨连续梁计算时： ，大横件的最大弯矩；杆件截面抵抗矩，见扣件式钢管截面特性表。小杆件的计算跨径；大杆件的计算跨径；杆件的抗弯刚度；小杆件的均布荷载值；小横杆作用在大横杆上的集中荷载；小横杆的最大挠度值；容许挠度值，取3mm扣件抗滑承载力由大小横杆传给立杆的最大竖向作用力；扣件抗滑移支承力设计值，对直角扣件和旋转扣件，=8.5kN立柱地基承载力立柱基底底面处的平均压力设计值；上部结构传至基础顶面的轴心力设计值；基础底面积；地基承载力设计值，地基承载力标准值，按国家现行标准执行；地基承载力调整系数，对碎石土、砂土、回填土=04，对粘土=0.5，对岩石、混凝土=1.0钢管脚手支架的稳定验算：a 立杆的稳定性，可按两端铰接的受压构件计算：用对接扣件连接的钢管支架，考虑到立杆本身存在弯曲，对接扣件的偏差和荷载的不均匀，可按受压构件来计算:长细比：由式计算出不同步距的值。用回转扣件搭接的钢管支架可按式算出立杆的容许荷载。b 横杆的强度和刚度验算当模板直接放在顶端横杆上时，横杆承受均布荷载。当顶端横杆上先放两根檩条，再放模板时，则横杆承受集中荷载。横杆可视作连续梁，其抗弯强度和挠度的近似计算公式如下：在均布荷载作用下：在集中荷载作用下：轴心受压杆件稳定系数，由查有关表计算求得；立杆的净截面积，mm2；横杆的最大弯矩，N.mm；横杆的截面抵抗矩，mm3；横杆的最大应力，Mpa；横杆的最大挠度，mm。(2)碗扣式及轮扣式钢管支架计算原理与扣件式钢管支架计算相同。5.底模板(1)概述现浇混凝土结构施工用的模板，是保证混凝土结构按设计要求浇筑混凝土成形的一种临时模型结构，它要承受混凝土结构施工过程中的水平荷载(混凝土的侧压力)和垂直荷载(模板自重、材料和施工荷载)。必须有足够的承载能力和刚度。模板结构的三要素a 模板面板是新浇混凝土直接接触的承力板，没有模板面板，新浇混凝土结构则不能浇筑成形。b 支撑结构是支撑新浇混凝土产生的各种荷载和模板面板荷载以及施工荷载的结构，保证模板结构牢固地组合，达到不变形或不破坏。c 连接件将模板面板和支撑结构连接成整体的部件，使模板结构组合成整体。模板结构设计的原则模板结构设计要贯彻实用、安全、经济的原则。a 实用性即要保证混凝土结构工程的质量。所以，模板的接缝要严密，不漏浆；保证混凝土结构和构件各部分形状尺寸和相互位置的正确，构造要简单，装拆要方便并便于钢筋绑扎和安装以及混凝土浇筑和养护工艺要求。b 安全性模板结构必须具有足够的承载能力和刚度，保证在施工过程中j在各类荷载作用下不破坏，不倒塌，变形在容许范围之内，结构牢固稳定，同时要确保工人操作的安全。c 经济性要结合工程结构的具体情况和施工单位的具体条件，进行技术经济比较，因地制宜，就地取材，择优选用模板方案。而在确保工期、质量的前提下，尽量减少模板一次性投入，加快模板周转，减少模板支拆用工，减轻模板结构自重，并为后续装修施工创造条件，做到既节约模板费用，又实现文明施工。模板结构设计计算的依据模板结构设计计算的主要依据是：拟建工程的设计图纸，施工组织设计中主要施工方法与进度计划，施工单位现有的技术物质条件，以及有关的设计、施工规范。模板材料及其性能模板材料选用的原则混凝土结构施工用的模板材料种类很多，较常用的是木材和钢材两种。为了保证所浇筑混凝土结构的施工质量(包括结构形状与尺寸正确，混凝土表面平整等)与施工安全，所选用的模板材料应具有下列特性:a 材料应有足够的强度，以保证模板结构有足够的承载能力。b 材料应有足够的弹性模量，以保证模板结构的刚度。在使用时，变形在允许范围c 模板接触混凝土的表面，必须平整光滑。d 尽量先用轻质材料，并且能够经受多次周转而不损坏。通常选用木材和钢材，其它材料的选用，应对材料进行物理力学性能试验，选用计算指标进行结构计算，且应符合有关规范的规定。计算模板结构的荷载组合应按有关规定进行。（2）一般模板结构计算荷载组合计算荷载计算荷载见前述“荷载组合选用”内容。各类荷载的编号表见表4-6。荷载类别与编号 表4-6荷载名称荷载类别荷载编号模板结构的自重新浇混凝土自重钢筋自重施工人员及施工设备的自重振捣混凝土时产生的荷载新浇混凝土对模板侧面的压力倾倒混凝土时产生的荷载恒荷载恒荷载恒荷载活荷载活荷载恒荷载活荷载计算一般模板结构的荷载组合见表4-7。一般模板结构的荷载组合 表4-7项 次模板结构项目荷载组合计算承载能力验算刚度1平板及薄壳的模板及支架+2梁和拱模板的底板及支架+3梁的侧模板+模板计算a 木模底板梁木模底板多支承在顶撑或楞木上（顶撑或楞木的间距为1.0m左右），一般按按连续梁计算，底模上所受荷载按均布荷载考虑，底板按强度和刚度计算需要的厚度，可按下式计算：按强度要求： 按刚度要求：取两式中的较大值。；木材抗弯强度设计值；作用在梁底模板上的均布荷载，N/cm；计算跨度，对底板为顶撑间距；底板厚度，mm；梁底板宽度，mm；E木板弹性模量，取（910）103MPa；底板截面惯性矩；容许挠度值，梁模板不得超过；轴向压力，即两根顶撑之间承受的荷载；木顶撑的净截面面积；木材顺纹抗压强度的设计值PMa；木顶截面的计算面积；木顶撑的毛截面面积。b 组合钢模板底板梁模板采用组合钢模板时，多用钢管脚手架支模、由梁模、小楞、大楞和立柱组成，梁底模按简支梁计算，按强度和刚度的要求，允许的跨度按下式计算：按强度要求： 按刚度要求： 计算最大弯矩，N.mm；作用在梁底模上的均布荷载，N/mm；计算跨距，对底板为顶撑立柱纵向间距，mm；钢材的抗拉、抗压、抗弯设计强度；钢管截面抵抗矩，mm钢管，mm3；钢管外径，mm；钢管内径，mm；容许挠度值，梁模板挠度值不超过；钢管截面惯性矩；钢材弹性模量，取MPa。c 组合钢模板钢管小楞小楞间距一般取30cm、40cm、50cm、60cm，小楞按简支梁计算。在计算刚度时，梁作用在小楞上的荷载，可简化为一个集中荷载，按强度和刚度要求，容许的跨度按下式计算：按刚度要求： 计算最大弯矩，N.mm；作用在小楞上的集中荷载N；计算跨距，对小楞为顶撑立柱横向间距，mm；梁宽度，mm；容许挠度值，不得超过；其它符号同上。d 组合钢模钢管大楞大楞为mm钢管，按连续梁计算，承受小楞传来的集中荷载为得化计算，按均布荷载计算，精度满足要求，大楞按强度和刚度要求，容许的跨度按下式计算：按刚度要求：计算最大弯矩，N.mm；小楞作用在大楞上的均布荷载，N/mm； 大楞计算跨距，mm；其它符号同组合钢模板。e 钢管立柱：立柱多用mm钢管，其连接有对接和搭接，前者的偏心假定为1D，后者的偏心假定为2D，立柱一般由稳定性控制，按下式计算： =105135钢管立柱容许荷载，N；钢构件轴心受压稳定系数，钢管净截面积，mm2， mm钢管净截面积为489 mm2；6.整体稳定措施(1)满堂式脚手架的基础应坚实、平整，并应定期检查。立杆不埋设时，每根立杆底部应设置垫板或底座，并应设置纵、横向扫地杆。(2)满堂式脚手架剪刀撑及横向斜撑应符合下列规定：扣件式钢管脚手架应沿全高设置剪刀撑。架高在24m以下时，可沿脚手架长度间隔不大于15m设置；架高在24m以上时应沿脚手架全长连续设置剪刀撑，并应设置横向斜撑，横向斜撑由架底至架顶呈之字型连续布置，沿脚手架长度间隔6跨设置一道。 碗扣式钢管脚手架，架高在24m以下时，于外侧框格总数的1/5设置斜杆；架高在24m以上时，按框格总数的1/3设置斜杆。门式钢管脚手架的内外两个侧面除应满设交叉支撑杆外，当架高超过20m时，还应在脚手架外侧沿长度和高度连续设置剪刀撑，剪刀撑钢管规格应与门架钢管规格一致。当剪刀撑钢管直径与门架钢管直径不一致时，应采用异型扣件连接。满堂扣件式钢管脚手架除沿脚手架外侧四周和中间设置竖向剪刀撑外，当脚手架高于4m时，还应沿脚手架每两步高度设置一道水平剪刀撑。（3）扣件式钢管脚手架的主节点处必须设置横向水平杆，在脚手架使用期间严禁拆除。（4）扣件式钢管脚手架除顶层外立杆杆件接长时，相临杆件的对接接头不应设在同步内。相临纵向水平杆对接接头不宜设置在同步或同跨内。扣件式钢管脚手架立杆接长除顶层外应采用对接。三、施工1.地基处理采用满堂式支架法施工大吨位箱梁处的地基应具有足够的强度，在荷载作用下，地基土不发生剪切破坏或失稳。如地基不能满足强度要求，则需进行地基处理。地基处理的方法一般采用机械压实法、换土垫层法、挤密法等，具体施工方法参照有关规定。2.满堂脚手架搭设 视现场情况确定从中间向两端或一端向另一端