型鋼與盤扣鋼管支架組合體系在地下工程施工中的應(yīng)用

中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司 山東 泰安 271000

1 工程概況

五六號(hào)調(diào)蓄池工程為太原市重點(diǎn)工程，位于雙塔北路西側(cè)，五龍口街南側(cè)，鄰近太原市火車站，該區(qū)域?qū)偬泻诵膮^(qū)域，是未來太原市的重要發(fā)展區(qū)域。五六號(hào)調(diào)蓄池采用全地下封閉形式，結(jié)構(gòu)平面尺寸為149.1×68.9m，埋深16.5m，池底標(biāo)高為789.2，池頂板標(biāo)高為806，頂板厚0.3m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于尺寸較大，設(shè)置了后澆帶和加強(qiáng)帶。采用地下連續(xù)墻+內(nèi)襯墻（兩墻合一）圍護(hù)開挖施工，水平設(shè)置兩道永久框架支撐。調(diào)蓄池上部合建格柵間、變配電間、控制室、值班室等，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，剖面示意圖見圖1。

圖1 五六號(hào)調(diào)蓄池剖面示意圖

本工程主體結(jié)構(gòu)頂梁板為現(xiàn)澆形式，按照傳統(tǒng)施工方式施工頂梁板需要174256.75m3盤扣鋼管支架。且需在2019年汛期來臨前完成頂板施工，方可確保太原火車站周邊地區(qū)安全渡汛。如何能在減少滿堂支架用量、提高支架周轉(zhuǎn)效率、降低施工風(fēng)險(xiǎn)和成本的前提下加快施工進(jìn)度是本工程的施工重難點(diǎn)。

2 組合支架體系施工方案

2.1 總體施工方案

五六號(hào)調(diào)蓄池為框架梁板結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)交叉施工和場(chǎng)地條件，頂板采用跳倉(cāng)法施工，共分為六個(gè)板塊，采用以第一道鋼筋混凝土支撐為基礎(chǔ)，盤扣式鋼管支架+型鋼組合的支撐體系，模板主要采用木模拼裝。其中型鋼接頭采用夾板形式進(jìn)行連接，橫向采用鋼筋連接加固。

2.2 盤扣式鋼管支架搭設(shè)方案

調(diào)蓄池整體被兩道混凝土支撐（上部為第一層支撐，下部為第二層支撐）分為三層，該施工方法最顯著的特點(diǎn)為：在下面兩層僅需正常施工后澆梁，之后在第一層支撐上鋪設(shè)型鋼，以型鋼為基礎(chǔ)搭設(shè)支架，只需要在最上面一層搭設(shè)滿堂支架進(jìn)行頂板施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求，為保證滿堂支架的承載力，在第一層支撐梁頂部搭設(shè)支架，支架采用盤扣支架（Φ48×3.2mm）。架設(shè)支架前，支架底部先橫向鋪設(shè)（非棧橋區(qū)域）間距1200mm的Ⅰ25b 工字鋼，工字鋼之間采用Φ25 鋼筋進(jìn)行連接加固。支架底端設(shè)500mm 的底座調(diào)平螺栓。支架立桿縱向間距為1200mm，橫向間距為1200mm，縱橫向橫桿架設(shè)均為5 道，步距1.5m。橫縱向剪力撐每道支撐中心間距設(shè)一道。

支架頂端設(shè)Φ38×5.0×500mm 的可調(diào)托座，在頂端上面鋪設(shè)10mm×10mm 方鋼，間距1200mm，然后上面鋪設(shè)100mm×100mm的方木，間距為300mm，用于竹膠板固定。方木鋪設(shè)完后，上面鋪設(shè)2440mm×1220mm×15mm的竹膠板，板與板之間的縫隙采用膩?zhàn)犹畛涿軐?shí)，頂板模板支架搭設(shè)如圖2所示。

圖2 頂板模板支架搭設(shè)詳圖

2.3 底部支架橫梁搭設(shè)方案

支架基礎(chǔ)選用25b 工字鋼，工字鋼按照支架立柱間距1200mm 進(jìn)行放置，保證立柱支撐穩(wěn)固。工字鋼安放前，提前測(cè)定各支撐點(diǎn)標(biāo)高，保證工字鋼水平。對(duì)于高差較大的，在工字鋼安放時(shí)采用鋼板進(jìn)行調(diào)整。

每道工字鋼橫梁需通長(zhǎng)連接，借鑒軌道連接方式，在工字鋼兩端鉆孔后，采用Φ20 高強(qiáng)螺栓夾板進(jìn)行工字鋼拼接，保證工字鋼支架基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性，并可重復(fù)利用。工字鋼兩端支撐在第一層混凝土支撐上，跨度6.3m。相鄰工字鋼在兩端、跨中采用Φ25 鋼筋連接，最終將全部工字鋼梁連成整體。底部支架橫梁排列平面圖、立面圖分別參見圖3、圖4。

圖3 底部型鋼支架橫梁排列平面圖

圖4 底部支架橫梁排列立面圖

3 受力計(jì)算

3.1 參數(shù)信息

（1）鋼梁、腳手架參數(shù)

鋼梁跨度：6.3m，間距：1.20m；

腳手架橫向間距：1.20m；縱向間距：0.6m；

（2）荷載參數(shù)

腳手架均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：15.574 kN/m2；

（3）25b 工字鋼材料參數(shù)

h=250mm ；b=118mm；d=13mm；t=10mm；

截面積：53.5cm2；重量：42kg/m；

截面慣性矩Ix：5284cm4；截面抵抗拒Wx：423cm3。

3.2 驗(yàn)算

（1）荷載

a.鋼梁自重（每跨長(zhǎng)37.8m）：q1=0.412kN/m；

b.鋼梁承受腳手架荷載（每跨30 根）

F=15.574×30/37.8m=12.36kN/m

c.總荷載q=q1+q2=12.77kN/m

（2）強(qiáng)度驗(yàn)算

簡(jiǎn)支梁：M=12.77×6.3×6.3/8=63.355 kN.m

最大應(yīng)力：σ=149.78N/mm2＜［f］=215 N/mm2

滿足要求。

（3）整體穩(wěn)定

整體穩(wěn)定應(yīng)滿足Mx/ΦbWx＜f：查規(guī)范得：

Φb=1.09，因Φb＞0.6，經(jīng)計(jì)算得

Φ=1.07-0.282/Φb=0.811

Mx/ΦbWx=63.355×106/0.811×423×103=184.68N/mm2＜［f］=215 N/mm2，滿足要求。

4 型鋼與鋼管支架體系主要施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程

在第一層支撐上鋪設(shè)工字鋼→支架搭設(shè)→頂板底模安裝→支架預(yù)壓→梁底模板安裝→梁的鋼筋綁扎→梁側(cè)模安裝→頂板側(cè)模安裝→頂板鋼筋綁扎→澆筑頂板混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→支架拆除。

4.2 支架搭設(shè)

后澆梁滿堂支架搭設(shè)：梁底支架設(shè)置三道立桿，間距為0.6m，外側(cè)施工平臺(tái)立桿間距為1.2m，空余位置采用間距為1.5m立桿連接為整體。頂板滿堂支架搭設(shè)：支架基礎(chǔ)間距1.2m 工字鋼鋪設(shè)。板底支架間距為1.2m×1.2m，梁底間距為1.2m×0.6m。

4.3 模板安裝

竹膠板自重輕，安裝拆卸方便，避免涂抹脫模劑（脫模劑在大體積上部主體構(gòu)造中很容易污染鋼筋），澆筑后混凝土外觀美觀，被大范圍用于現(xiàn)澆混凝土施工中，且經(jīng)過對(duì)頂板底模檢算，竹膠板完全滿足頂板施工要求。因此，為保證混凝土的外觀質(zhì)量，頂板底模采用厚度1.5cm，長(zhǎng)×寬：244×122cm 新竹膠板。竹膠板存放時(shí)板面不得與地面接觸，需下墊方木，邊角對(duì)齊堆放，保持通風(fēng)良好，防止日曬雨淋，模板之間的錯(cuò)臺(tái)需小于1mm，模板拼縫采用海綿膠條封閉，防止漏漿，且拼縫縱橫成線，避免出現(xiàn)錯(cuò)縫現(xiàn)象。

其他支架及模板安裝等傳統(tǒng)工藝，本文不再相依闡述。

4.4 支架預(yù)壓

為嚴(yán)格控制頂板支架的變形，保證抵消支架變形的預(yù)留高度，消除非彈性變形，準(zhǔn)確檢查工字鋼承載力及支架梁承受荷載的能力，在支架及底模安裝完成后需按照要求提前進(jìn)行靜載預(yù)壓，預(yù)壓采用堆載預(yù)壓法，分跨進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓材料可選用袋裝砂等。每個(gè)單元內(nèi)支架預(yù)壓荷載應(yīng)為此單元內(nèi)上部結(jié)構(gòu)自重及未鋪設(shè)的模板總重量的1.1 倍并重點(diǎn)注意對(duì)工字鋼和支撐梁強(qiáng)度變化處等關(guān)鍵部位的預(yù)壓。為了預(yù)壓過程中能隨時(shí)準(zhǔn)確掌握支架變形情況，支架及底模完成后，在每跨的中心、四分之一跨預(yù)先設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。預(yù)壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖5 所示。

圖5 模板預(yù)壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳圖

經(jīng)過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)頂板底模沉降量及工字鋼支架基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)總結(jié)如表1：

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際堆載預(yù)壓及相關(guān)數(shù)據(jù)驗(yàn)算，驗(yàn)證了工字鋼+滿堂支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，結(jié)合預(yù)壓沉降數(shù)據(jù)，根據(jù)該彈性變形值，在底模上提前設(shè)置預(yù)拱度，以使支架變形后梁體線型滿足設(shè)計(jì)要求，預(yù)拱度按二次拋物線線形通過調(diào)整盤扣支架頂托的標(biāo)高進(jìn)行設(shè)置。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

5 經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

五六號(hào)調(diào)蓄池工程基坑深度大，從底板開始搭設(shè)盤扣支架至頂板，頂板支架高度達(dá)到16.5m，需用鋼管架數(shù)量極大，且中間的兩層混凝土支撐嚴(yán)重影響支架搭設(shè)。

在一層支撐梁頂部鋪設(shè)工字鋼作為支架基礎(chǔ)，在工字鋼上鋪設(shè)防滑跳板后再進(jìn)行滿堂支架搭設(shè)作業(yè)，搭設(shè)高度僅5.2m，從而大大減少盤扣支架的使用量。該工藝施工簡(jiǎn)單，減少支架搭設(shè)量60%以上，且可以有效的縮短工期，達(dá)到成本節(jié)約的目的。對(duì)于采購(gòu)的型鋼，由于使用高強(qiáng)螺栓機(jī)械連接，可以重復(fù)利用，保證了節(jié)約成本最大化。

6 結(jié)束語

型鋼與盤扣鋼管支架組合在五六號(hào)調(diào)蓄池框架結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)體系滿堂支架施工復(fù)雜、體量大等諸多問題，順利實(shí)現(xiàn)了提高工程進(jìn)度、節(jié)約施工成本、降低施工風(fēng)險(xiǎn)的目的，可為同類型項(xiàng)目施工提供參考與借鑒。