工字钢支撑与支架法组合支撑体系施工技术

工字钢支撑与支架法组合支撑体系施工技术

赵阳

中铁六局集团北京铁路建设有限公司

摘要：随着建筑技术的不断发展，工字钢支撑、支架法、土模法等支撑体系在桥梁工程中得到了广泛应用。本文首先介绍了几种支撑体系工艺的基本原理和特点，然后详细结合工程实例，通过工艺比选和工艺应用确定了工字钢支撑与支架法组合支撑体系的工艺优势。该工艺具有操作简单，施工效率高，施工安全及环境保护等优势，通过工程实例的顺利实施，可为后续类似工程的实施提供参考。

关键词：工字钢支撑、支架法、桥梁工程、支撑体系、施工技术

目录：

一、引言：

现代建筑领域施工中，支撑体系的可靠性对实现工程结构安全稳定、确保工程质量起着至关重要的作用。工字钢支撑因其高强度、良好的抗弯性能而被广泛使用。而支架法则以其灵活性、适应性强等特点被广泛应用于各类工程中。工字钢支撑与支架法组合支撑体系结合了二者的优势，解决了实际工程中个各种复杂条件。本文结合工程实例将对这一组合支撑体系进行深入研究，以期为同类工程提供理论支撑。

二、工程概况

2.1基本概况

承德市滨河北路工程位于承德市高新区，沿滦河河道北岸设置。道路与铁路交叉处为滦河旧河道，采用连续梁桥下穿铁路桥形式通过。穿越铁路处现浇连续箱总长为135米（1×30m+3×35m ），分幅通过，桥梁高度为2.2m，桥面宽度为12.6m，梁底宽度为6.6米。铁路桥净空为8.3米，左幅连续梁与铁路桥交叉处由地下热力管线两趟，埋深2.3米，热力管道型号为DN1200热力管(采用2.15m混凝土套管防护)。

2.2本连续梁施工时存在的主要难点：

①施工时不能影响既有京承铁路桥梁安全，造成影响行车。②不能因施工荷载造成地下管线破坏。③施工时需考虑地下水位及地表水对支撑体系的影响。④施工时不能截断旱河及排水方涵，影响其他建筑物运行。⑤连续梁梁底距离河道护底高度低矮，搭设、拆除传统支架困难。

三、连续梁支撑体系设计

3.1施工工艺比较

3.1.1土模法

土模法就是用填筑的的土体全部或部分代替支撑结构和模板,达到混凝土浇筑施工的目的，施工完成后需将梁底土方清理至距离梁底以下至少50cm。但土模法存在局限行，施工时容易受水位影响导致路基沉降不均，造成梁体裂缝等质量问题。

3.1.2支架法

支架法是一种最常见的支撑体系方法，操作简单、安全稳定性高。施工时在满足操作空间的情况下将地表杂土清理至具梁底1.3米，露出坚实基面后设置混凝土垫层。根据受力分析计算出支架横纵向间距、步距，在混凝土垫层上按照盘扣式支架规范标准搭设常规支架。此工艺适合，但此工艺在铁路桥正下方采用时需要破除河床护底，铁路桥设备管理单位要求破除后仍按原标准施作护底

3.1.3工字钢支撑与支架法组合

连续梁两侧翼缘板处采用盘扣式支架搭设，在梁底空间不满足搭设支架部分采用工字钢进行支撑，形成盘扣支架与工字钢支撑组合。施工时工字钢作为横梁，下设可调支撑，横梁上搭设小纵梁，形成整体受力体系。可调支撑采用架梁施工中常见的临时支座砂箱作为可调支撑。

工字钢支撑与支架法组合立面图

3.2、工艺的选择

四、施工工艺及技术措施

河道护底段以外部分采用常规盘扣式支架，因篇幅限制本文仅对河道护段工字钢支撑与支架法结合段工艺作详细描述。

4.1施工流程：

施工准备→浇筑条形基础→安装工字钢支撑→翼缘板盘扣支架搭设→连续梁结构施工→拆除盘扣支架→拆除工字钢支撑

4.2盘扣支架受力工况计算

支架体系材料见下表

表4-1  材料特性一览表

4.2.1翼缘板与梁体结合处支架验算（混凝土高度0.5m）

①架体单杆承载力和整体稳定性计算

架体横向布置最大间距900mm，纵向布置最大间距1200mm。

单根立杆承载力计算：

a、混凝土自重  26.0kN/m3 ×0.4m2×1.2m＝12.48kN；

b、模板及龙骨  1.1kN/m2 ×0.9m ×1.2m＝1.188kN；

c、施工人员及设备 2.5kN/m2 ×0.9m ×1.2m ＝2.7kN；

d、倾倒混凝土荷载  2kN/m2×0.9m×1.2m =2.16kN

e、振捣荷载  2kN/m2×0.9m×1.2m =2.16kN

f、杆件自重  0.15kN/m3×0.9m×1.2m×1m（架体高度）=0.162kN

恒荷载分项系数取1.3；活荷载分项系数取1.5。

立杆轴力设计值

N1= (a+b+f)×1.3+(c+d+e)×1.5＝28.51kN

N2= (a+b+f)×1.35+(c+d+e)×1.5×0.7＝26.04kN

N=28.51 kN＜90kN，所以【安全】

②单杆立杆整体稳定性计算：

根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》（JGJ/T 231-2021）中：5.3.3-1公式，不组合风荷载时，立杆的稳定性计算公式为：

立杆的轴向压力设计值 ：N ＝28.51kN；

立杆截面特性：

A＝574mm2；i＝20.2mm；[f]＝300N/mm2。

立杆计算长度 ,应按（JGJ/T 231-2021）中：5.3.2-1、5.3.2-2下列公式计算，并应取其中的较大值：

lo=βHηh=1×1.5×1=1.5m

lo =βHγh’+2ka=1×1×0.9+2×0.6×1=2.1m

式中：Lo——支架立杆计算长度（m）

a——可调托撑支撑点至顶层水平杆中心线的距离(m)

h——架体步距（m），取最大值；

h’—架体顶层步距（m）；

η——立杆计算长度修正系数，h=0.5m或1.0m时，取值1.5；h=1.5m，取值1.05；

γ——架体顶层步距修正系数，h’=1.0m或1.5m时，取值0.9；h’=0.5m时，取值1.5；

βH——支撑架搭设高度调整系数，按表采用；

k——支撑架悬臂端计算长度折减系数，取值0.6。

取较大值lo＝2100mm。

长细比λ=Lo/i＝104；

轴心受压构件的稳定系数φ,由立杆长细比λ=lo/i的计算结果根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》（JGJ/T 231-2021）中，附录C查表得到：φ＝0.558；

立杆净截面面积：A＝574mm2

σ＝

故立杆整体稳定性满足要求！

4.2.2翼缘板外沿处支架验算（混凝土高度0.39m）

架体单杆承载力和整体稳定性计算

架体横向布置最大间距1200mm，纵向布置最大间距1200mm。

①单根立杆承载力计算：

a、混凝土自重  26.0kN/m3 ×0.39m×1.2m×1.2m＝14.6kN；

b、模板及龙骨  1.1kN/m2 ×1.2m ×1.2m＝1.584kN；

c、施工人员及设备 2.5kN/m2 ×1.2m ×1.2m ＝3.6kN；

d、倾倒混凝土荷载  2kN/m2×1.2m×1.2m =2.88kN

e、振捣荷载  2kN/m2×1.2m×1.2m =2.88kN

f、杆件自重  0.15kN/m3×1.2m×1.2m×2m（架体高度）=0.432kN

恒荷载分项系数取1.3；活荷载分项系数取1.5。

立杆轴力设计值

N1= (a+b+f)×1.3+(c+d+e)×1.5＝35.08kN

N2= (a+b+f)×1.35+(c+d+e)×1.5×0.7＝31.68kN

N=35.08kN＜90kN，所以【安全】

②立杆整体稳定性计算：

根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》（JGJ/T 231-2021）中：5.3.3-1公式，不组合风荷载时，立杆的稳定性计算公式为：

立杆的轴向压力设计值 ：N ＝35.08kN；

立杆截面特性：

A＝574mm2；i＝20.2mm；[f]＝300N/mm2。

立杆计算长度 ,应按（JGJ/T 231-2021）中：5.3.2-1、5.3.2-2下列公式计算，并应取其中的较大值：

lo=βHηh=1×1.5×1=1.5m

lo =βHγh’+2ka=1×1×0.9+2×0.6×1=2.1m

式中：Lo——支架立杆计算长度（m）

a——可调托撑支撑点至顶层水平杆中心线的距离(m)

h——架体步距（m），取最大值；

h’—架体顶层步距（m）；

η——立杆计算长度修正系数，h=0.5m或1.0m时，取值1.5；h=1.5m，取值1.05；

γ——架体顶层步距修正系数，h’=1.0m或1.5m时，取值0.9；h’=0.5m时，取值1.5；

βH——支撑架搭设高度调整系数，按表采用；

k——支撑架悬臂端计算长度折减系数，取值0.6。

取较大值lo＝2100mm。

长细比λ=Lo/i＝104；

轴心受压构件的稳定系数φ,由立杆长细比λ=lo/i的计算结果根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》（JGJ/T 231-2021）中，附录C查表得到：φ＝0.558；

立杆净截面面积：A＝574mm2

σ＝

故立杆整体稳定性满足要求！

4.3工字钢支撑工况计算：

I45b工字钢特性为：

荷载：

a.混凝土自重       26.0kN/m³×7.74㎡×1.2m/9m=26.84kN/m

b.模板及龙骨       1.1kN/㎡×1.2m=1.32kN/m

c.施工荷载         2.5kN/㎡×1.2m=3kN/m

d、倾倒混凝土荷载   2kN/㎡×1.2m=2.4kN/m

e、振捣荷载         2kN/㎡×1.2m=2.4kN/m

荷载组合

间距为1200mm，最大跨度为L=4350mm。

受力计算简图

恒荷载分项系数取1.3，活荷载分项系数取1.5。

取q2 =48.308kN/m

按照二等跨连续梁计算，最大跨度为L=4350mm。

主龙骨所受弯矩最大值为

4.3.1强度验算：

 故,强度满足要求。

4.3.2抗剪强度验算

最大剪力设计值

抗剪强度按下式计算:

抗剪强度满足要求!

4.3.3挠度验算

按照二等跨连续梁计算，最大跨度为L=4350mm。

故，满足要求。

4.3.4工字钢处地基承载力计算

考虑最大支座反力为中间支撑，二等跨连续梁计算支座反力为支座左右截面剪力的绝对值之和，所以N=2×V=2×131.34=262.68kN

考虑最不利状态下的地基承载力为

工字钢宽0.15m，沙箱φ0.3×0.25m，条形基础宽0.5m，高度0.09m，底部为既有0.5m的C20片石混凝土。

Pk= Nk/Ag=262.68kN/（3.14×0.74×0.74）=153kPa

河道护底为圆砾层，圆砾层的承载力为400kPa，满足要求。

4.4 施工准备：

清除基面杂土，测量放样，标记出条形基础的准确位置。制作支撑砂箱，准备足够的干净细砂。

4.5 条形基础浇筑：

清除基面后支模浇筑C20混凝土条形基础，混凝土坍落度控制在160±20mm，浇筑时必须振捣密实。浇筑完成后基础顶面必须收面，保证顶面平整密实。混凝土养护完成后采用回弹仪进行强度检验，混凝土强度达到设计值后才能进行工字钢支撑体系安装。根据计算数量提前预制钢砂箱，并准备足够的干净细砂。

4.6 工字钢支撑安装

工字钢支撑由25cm高的钢砂箱+工字钢横梁组成。I45b工字钢作为上部支撑受力主梁，钢砂箱为下部受力支点。工字钢横桥向铺设，间距1200mm，最大跨度4350mm。条形基础强度检验合格后，在条形基础顶面安装砂箱及工字钢支撑。砂箱按照需要灌入干净的细砂，调节好砂箱高度后拧紧放砂口螺丝。砂箱底面必须与条形基础密贴，顶面与工字钢底面密贴，确保工字钢的竖直状态。工字钢支撑刚装完成后尽早安装底模主次龙骨并固定，防止工字钢支撑发生位移。

4.7 翼缘板支架安装

翼缘板支架采用盘扣式支架，支架立杆采用ø60.3×3.2mm，横杆ø48.3×2.5mm。盘扣支架的间距为横向1200mm+900mm+900mm，纵向间距为1200mm。

搭设架体时按要求搭设首层立杆、水平杆、竖向斜杆、铺设平台跳板，步距设置合理，按计算通过支架布置图进行搭设，逐层搭设、接高。扣件与钢管的贴合面必须严格整形，应保证与钢管扣紧时接触良好，当扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离不小于5mm。扣件活动部位应能灵活转动，旋转扣件的两旋转面间隙小于1mm。盘扣式脚手架支架的搭设和拆除必须由经过培训的专业架子工担任，持证上岗；非特种作业人员不得从事搭设操作。架子工进入施工现场必须正确戴好安全帽、系好安全带，每个架上作业人员要配备防滑手套、防滑鞋和工具安全钩或袋，作工具要挂在安全钩上或放入袋内。

4.8连续梁施工

工字钢与支架法结合支撑体系完成后按照，按照一般连续梁施工工艺进行连续梁内外模板支撑安装、钢筋绑扎、预应力张拉的工艺进行施工，施工前做好内外模及主次龙、模板的受力计算，按照计算结果布置各构件。待连续梁浇筑、张拉完成后可进行支撑体系、内外模板的拆除。

4.9支撑体系拆除

支撑体系拆除时按照自上而下，先支后拆的原则进行拆除。先拆除两侧翼缘板位置盘扣支撑，盘扣支架拆除完成后再拆出工字钢支撑。拆除工字钢支撑时，先去掉砂箱螺丝，放出细砂，降低工字钢横梁标高。梁底距离工字钢顶面空间满足15cm以后后拆除箱梁底模及木楞。待工字钢顶部材料全部拆除后采用人工配合机械将工字钢逐根抽出。

五、质量控制与安全管理

1、施工前严格按照铁路局要求办理邻近营业线施工手续，与各设备站段签订安全配合协议。做好作业人员营业线施工安全培训教育和大型机械设备的管理工作。

2、北京铁路局铁路安全限界投影范围必须按照营业线三级施工办理施工手续，若工程处于铁路桥正下方区域施工必须办理营业线三级施工手续，严格按照三级施工要求设置领导带班盯控。

3、盘扣式支架构配件、工字钢、砂箱制作要具备足够的质量证明文件和进场检测检验报告。

4、施工过程中应注意地基承载力的复核工作，必须符合本体系的受力要求。

5支撑体系搭设过程中对底托、顶托的外露长度、纵横杆件的间距，扫地杆、斜撑等加强控制，确保支架体系整体施工质量合格。

6、支架体系完成后，应对支撑体系需对支撑体系分别预压，计算处分弹性变形和弹性变形。可取代表段进行预压，按照预压成果设置合理的预沉量值。

7、后续连续梁结构施工时必须安排专人对支撑体系进行检查，必要时进行调整、加固。

8、铁路桥下工字钢安装时，严格按照大型机械“一人一机”的管理办法进行盯控，避免损伤铁路桥墩。

9、施工过程中要加强既有铁路桥墩及其他重要建筑物的沉降观测。遇沉降量接近预警值时应立即停工，联合设备管理单位、监理、建设单位分析原因，调整施工工艺。

六、结论与展望

通过对复杂条件下连续梁下穿既有铁路支撑体系技术的研究和分析，可以得出以下结论：

支撑体系的设计应遵循稳定性、可靠性、经济性和环保性等原则，结合材料和体系形式进行受力分析，确保支撑体系能够满足施工和铁路安全运营的要求。

随着交通基础设施建设的不断发展，连续梁下穿既有铁路的工程将越来越多。在复杂条件下，如何进一步提高支撑体系技术的稳定性和可靠性，降低施工成本和风险，将是未来研究的重点方向。同时，随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，支撑体系技术也将不断创新和发展，为交通基础设施建设的可持续发展提供有力支撑。

参考文献

[1]梅权武,模板支撑系统用工字钢做过梁的应用 ,山西建筑,2017,43(10)

[2]姚福拴,软土地基现浇箱梁少支架法施工技术研究,中国新技术新产品,2020(20)

[3]王萌,高塔横梁"管桩支架+盘扣支架"组合支架体系设计及施工,工程与建设,2023,37(3)

[4]王江,桥梁工程中盘扣支架施工技术研究 ,江苏科技信息,2022,39(21)

[5]