下穿道路满堂支架安全性分析

田 雨，高忠旺

(1.山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250014；2.中国建筑第八工程局有限公司发展建设分公司，山东 青岛 266000)

1 引 言

近年来，我国交通基础设施建设迅猛发展，下穿道路、桥梁等大体积现浇结构施工时，常采用满堂支架作为支撑结构[1]。使用满堂支架进行施工可以最大限度的保证人力和物资得到充分地利用。满堂支架的稳定性关系到混凝土浇筑的安全与质量，支架承载力不足、变形过大会引发混凝土浇筑质量差、模板掉落等问题，满堂支架安全性分析关系到施工成败[2，3]。

针对下穿道路混凝土浇筑模板及支架稳定性问题，研究依托泉州市二重环湾快速路下穿道路工程，采用理论分析等方法，分析了了下穿道路混凝土浇筑与模板的设计方案，揭示了满堂支架的稳定性，相关研究成果可以为下穿道路满堂支架设计提供参考。

2 工程概况

工程中部快速路起点位于育青中学西侧，终点位于晋江市看守所东侧。道路全长约1.246 km。闭合框架结构设计，采用三孔整体式矩形钢筋混凝土结构断面，顶板、侧墙厚1.0 m，底板厚1.2 m，标准段框架内净高6.3 m、加深段框架内净高7.3 m及高度渐变段。闭合框架长380 m，分19节段，节段之间设3 cm宽变形缝。闭合框架两端顶板顶设置钢筋混凝土挡墙。闭合框架采用C40防水混凝土现浇，拟建场区属剥蚀丘陵区，剥蚀丘陵地貌地表标高约27.49～31.00 m，地形较平缓，表层分布素填土。场地地下水主要赋存于剥蚀丘陵地貌坡积粉质粘土、残积砂质粘性土、花岗岩风化岩层中的孔隙～裂隙潜水。场地地下水以孔隙潜水为主，水量有限，属于弱透水性。

3 下穿道路模板及满堂支架设计

主体结构浇注时，两端堵头采用15 mm厚木胶板，中墙腋角悬模采用钢模板；侧墙、中墙模板采用组合钢模，顶板采用木胶板。底板堵头模板采用15 mm厚木胶板模板，外肋采用5×10 cm方木，间距25 cm，横向排列。方木外背双排竖向钢管，间距90 cm。中埋式止水带处采用上下方木夹设方式，在转角止水带铺设位置采用整体模板分割夹设方式，方木、拉杆和胶合板相互作用使钢管连为一体。在受力钢筋上焊接横向钢筋固定模板体系，焊接斜撑支架顶紧钢管竖向中点以增加模板体系刚度。底板矮侧墙模板采用定制钢模板拼装，用铁丝将双拼横钢管上下各一排捆至模板上，在双拼钢管上每50 cm设置一道对拉杆，对拉杆内侧与底板钢筋焊接，外侧通过蝴蝶卡将方木与胶合板连接成整体。底板矮侧墙模板采用P6015组合钢模，用铁丝将双拼横钢管上下各一排捆至组合钢模肋板上，上下各设一道斜撑，斜撑用钢筋焊接至底板顶层横向连接筋上作为反力支座，支座横向用钢筋连为一体，加强稳定性，斜撑间距1.5 m。中墙采用15 mm钢模加工制作拼装，钢模背后内楞采用5×10 cm方木，间距30 cm，方木外背双拼钢管，上下各一排，钢管通过对拉螺栓、蝴蝶卡将方木与钢模连接成整体。

中墙模板采用钢模板拼装而成，外背双拼钢管，每50 cm设1排，钢管通过对拉螺栓、蝴蝶卡将方木与钢模连接成整体。外侧每1×1 m设置钢管斜撑，保证柱体浇筑时稳固，不发生测斜现象。闭合框架顶板支架采用承插式盘扣满堂支架。满堂支架搭设高度标准段6.3 m、加深段7.3 m，侧墙内模使用组合钢模，顶板及腋角部位使用15 mm厚木胶板模板。施工时搭设盘扣满堂支架，盘扣支架基本尺寸纵距×横距×步距=120×120×150(cm)，局部减小距离以作调整。侧墙内模背楞先竖后横，竖楞用单根钢管，间距30 cm，并且为提高模板刚度，每90 cm设双拼钢管，用勾头螺栓拉紧钢模。横楞用双拼钢管，间距90 cm。腋角顶板木胶板模板下设单层方木支承纵向放置，间距20 cm，下层方钢，横向放置，间距120 cm。顶板及侧墙模板用可调顶托与钢管撑牢。

4 满堂支架安全性验算

4.1 立杆强度验算

满堂支撑脚手架长度为20 m，宽度为13.25 m，高度为7.3 m，纵横向水平杆步距为1.5 m，立杆纵距为1.2 m，立杆横距为1.2 m，横杆与立杆的连接方式为盘扣式，扣件抗滑移折减系数为1，立杆的布置形式为单立杆，平台横向支撑钢管类型为单钢管，立杆计算长度系数为1.44，立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度为0.4，顶板自重为26 kN/m2，模板及模板支撑荷载为0.2 kN/m2，施工人员、施工材料和机具荷载为1 kN/m2，混凝土振捣荷载为1 kN/m2，支架自重荷载为1.58 kN/m2。梁底板底支撑纵向钢管的类型为Ф60×3.2，钢管截面抵抗矩为7.70，钢管截面惯性矩为23.1 cm4，钢管弹性模量为2.06×105 N/mm2，钢管抗压强度设计值为205 N/mm2。横杆和立杆连接方式为盘扣式，连接盘抗剪承载力设计值为40 kN，扣件抗滑移折减系数为1，立杆的钢管类型为Ф60×3.2，钢管截面回转半径为2.01，钢管的净截面为5.71 cm2，钢管抗压强度设计值为300 N/mm2，立柱的布置形式为单立杆，立杆计算长度系数为1.44。

立杆稳定性的验算要先求出立杆需承担轴力，支架验算不考虑风荷载组合，立杆受力如下

N=1.2(Q1+Q2)+1.4[(Q3+Q4)LxLy]

(1)

式中：Q1为模板支架自重标准值；Q2为新浇钢筋混凝土自重标准值；Q3为施工人员设备荷载标准值；Q4为浇筑和振捣混凝土产生的荷载标准值;Lx、Ly为为立杆纵横间距；

支架立杆计算长度为2.16 m，在横梁顶托与底托之间处立杆步距为1.5 m，立杆回转半径为2.01 cm，长细比为107，轴心受压立杆的稳定系数为0.424，旧支架应力折减系数为0.85，立杆承载能力N0如下

N0=φA[f]k

(2)

式中：A为钢管的净截面5.71 cm2；[f]为钢管抗压强度设计值300 N/mm2；k为旧支架应力折减系数0.85；φ为压杆稳定系数0.424。

立杆承载能力需大于立杆上受力，根据公式(1)和公式(2)求解得出立杆受力为52 kN，立杆刚度61.7 kN，立杆强度满足要求。

4.2 面板验算

面板类型为覆面木胶合板，面板厚度为15 mm，面板抗弯强度设计值为15 N/mm2，面板抗剪强度设计值为1.4 N/mm2，面板弹性模量为6 000 N/mm2，面板计算方式为三等跨连续梁。面板长度为300 mm，面板净截面抵抗矩为37 500 mm3，截面惯性矩为281 250 mm2。承载能力极限状态下所承受荷载为34.36 kN/m，承受静荷载为31.56 kN/m，承受活荷载为2.8 kN/m，正常使用极限状态下所承受荷载为28.3 kN/m。面板强度应满足面板承载能力，强度验算如下

(3)

式中：q1静为承载能力极限状态下所承受的静荷载；q1活为承载能力极限状态下所承受的活荷载；L为面板的长度；w为面板净截面抵抗矩；[f]为面板抗弯强度设计值。

面板除满足强度要求外，还应满足变形要求，挠度计算如下

(4)

式中：q为正常使用极限状态下所承受荷载；L为面板的长度；E为面板的弹性模量；I为截面的惯性矩。

根据公式(3)和公式(4)可以看出满堂支架面板满足强度和变形要求，满堂支架面板具备较高的安全性。

5 结 论

满堂支架的稳定性关系到混凝土浇筑的安全与质量，研究依托泉州市二重环湾快速路下穿道路工程，采用理论分析等方法，开展了模板满堂支架设计和安全性分析，得到以下结论。

(1)在受力钢筋上焊接横向钢筋固定模板体系，焊接斜撑支架顶紧钢管竖向中点可以增加模板体系刚度。

(2)针对满堂支架稳定性，开展了立杆稳定性、面板强度和面板挠度的验算，通过验算揭示了满堂支架可以满足安全性要求，保障了工程的质量和安全。