盤扣式腳手架在雙曲面大跨度現(xiàn)澆箱梁支撐體系中的應(yīng)用

劉輝 李文杰 徐陳成

0 引言

腳手架從扣件式鋼管腳手架、碗扣式鋼管腳手架逐步發(fā)展到輪扣式腳手架及盤扣式腳手架，其中盤扣式腳手架以其定型化生產(chǎn)、搭設(shè)拆除便捷、安全性能好等特性而得到推廣應(yīng)用，本文以某雙曲面大跨度現(xiàn)澆箱梁的支撐系統(tǒng)應(yīng)用為例，介紹了盤扣式腳手架在實(shí)現(xiàn)特殊工藝時(shí)的應(yīng)用方案及注意事項(xiàng)。

1 工程概況

某工程為遺址保護(hù)與展示項(xiàng)目，2021 年初開始施工，結(jié)構(gòu)形式為地下一層，建筑面積約4 000m，其中底部約1 000m不設(shè)置底板，作為地下遺址展示保護(hù)使用。該項(xiàng)目東西方向長度約為75m，南北方向長度約為50m，蓋體跨度36m 左右，凈空為2.7～7.8m。側(cè)墻采用C35P6 清水混凝土；框架柱主要為1 500mm×1 500mm 矩形和直徑600mm 圓形柱，采用C50 清水混凝土；因項(xiàng)目功能需要，頂板主要為雙曲面大跨度箱梁形式，梁高2 000mm，梁頂寬2350mm，梁底寬1 200mm，采用C40P6微膨脹混凝土。項(xiàng)目平面布置如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目平面示意圖

2 盤扣式腳手架布設(shè)方案

2.1 該工程支架系統(tǒng)的重難點(diǎn)

頂板雙曲面箱梁采用盤扣式滿堂支架作為其支撐體系，支撐體系的安全性、牢固性及可靠性是工程重點(diǎn)；雙曲面箱梁的跨度為36m，梁的起拱高度以及曲面變化如何在支架系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)是工程難點(diǎn)。

2.2 支架工況設(shè)計(jì)

2.2.1 盤扣式支架性能概述

承插型盤扣式支架具有結(jié)構(gòu)簡單、合理輕巧、承載力高、穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高、容易操作、可快速組裝拆卸、節(jié)約用工的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)支撐架自鎖能力強(qiáng)、無零散扣件、不易丟失且耐用性高、外形美觀。

承插型盤扣式鋼管支架由立桿、水平桿、斜桿、可調(diào)底座及可調(diào)托座等構(gòu)配件構(gòu)成。根據(jù)其用途可分為模板支架和腳手架兩類。其結(jié)構(gòu)形式為水平桿和斜桿采用桿端扣接頭卡入連接盤，用楔形插銷連接，形成結(jié)構(gòu)幾何不變體系的鋼管支架。

本工程采用的盤扣式腳手架桿件立桿直徑為φ60.2mm，壁厚為3.2mm 材質(zhì)為Q 345；橫桿材質(zhì)為Q235，管徑為φ48mm，管壁厚為2.5mm；斜桿材質(zhì)為Q235，管徑為φ42mm，管壁厚為2.5mm，架體連接形式均采用圓盤型扣盤與卡鉗型楔銷鎖緊固定。

2.2.2 滿堂支架設(shè)計(jì)概況

（1）荷載類型

①混凝土自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值（代號：①）：鋼筋混凝土容重：26kN/m。

②模板及支架體系自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值（代號：②）：木模板面板15mm 竹膠板模板自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.12kN/m；鋼材容重：γ 鋼=78.5kN/m。

③施工人員、材料及施工機(jī)具荷載：計(jì)算盤扣架立桿荷載時(shí)q=1kN/m。（代號：③）。

④振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：水平面板q=2.0kN/m，垂直面板模板q=2.0kN/m（代號：④）。

⑤澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載：q=2.0kN/m（代號：⑤）；

（2）荷載組合

（3）雙曲面梁盤扣架單根立桿承載力檢算

立桿為直徑60mm，壁厚3.2mm 的Q345 鋼管。雙拼Φ48×3mm 鋼管橫梁受到的支反力即為作用在鋼管上的豎向力。考慮立桿的制作缺陷、銹蝕等，計(jì)算時(shí)鋼管直徑取為60.0mm，壁厚取為3mm，則截面面積A=5.372cm，立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑i=2.018cm，立桿截面模量W=7.293cm；立桿材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f=300MPa。支架整體模型如圖2 所示。

圖2 支架整體模型（單位：kN）

考慮立桿與橫桿、斜桿自重的增大系數(shù)為1.1，計(jì)算出立桿所承受的最大軸力值為Nmax=1.1×36.7=40.4kN。

單根立桿極限承載力根據(jù)《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》5.3.2 可知，計(jì)算公式取=和=′ +2較大值，其中取1.20，′取100cm，k 取0.7，a 取60cm，步距h=150cm。

因此計(jì)算長度=184cm，則立桿的長細(xì)比為：

查表可得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.542。

不考慮風(fēng)荷載時(shí)，立桿的容許承載力為：

其中l(wèi)a 為立桿的縱距（m），h 表示水平桿豎向最大步距（m）

立桿穩(wěn)定性應(yīng)滿足：

因此立桿的容許承載力為：

3 雙曲面大跨度梁支架系統(tǒng)施工

3.1 支架系統(tǒng)穩(wěn)定性

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，雙曲面箱梁高2 000mm，梁頂寬2350mm，梁底寬1200mm，梁底主要采用15mm 厚竹膠板，次龍骨采用50mm×100mm 方木，順梁方向布置，間距為100mm，為保證箱梁的線條造型，主龍骨采用Φ48mm×3.5mm 雙拼鋼管，垂直梁方向布置，間距為1.2m。梁下采用滿堂盤扣式支架，橫距0.6m，縱距1.2m，步距1.5m，為保證每片箱梁下方有四根立桿支撐，局部可將橫距調(diào)整為0.3m。立桿距墻面小于400mm，保證主次龍骨外挑長度小于400mm。箱梁兩端各3m 為實(shí)心梁段，實(shí)心梁段下滿堂盤扣支架橫距同空心段滿堂盤扣支架，縱距0.9m，步距1.5m。

箱梁腹板外側(cè)模板采用15mm 厚竹膠板，背帶采用50mm×100mm 方木，順梁方向布置，間距為100mm，背帶外側(cè)采用Φ48mm×3.5mm 雙拼鋼管，豎向布置，間距0.6m，共布置2 道。模板加固采用Φ16mm 對拉桿，橫向間距0.6m，豎向間距0.6m，共布置2 道。箱梁間凹槽部位增加兩道扣件式鋼管腳手架作為頂板支撐，由地面起，頂至頂板。垂直梁方向間距200mm，順梁方向間距同滿堂盤扣支架，與盤扣架體通過扣件連接?？奂戒摴苣_手架橫桿豎向間距600mm，與箱梁外側(cè)雙拼鋼管用扣件連接為整體。若盤扣式腳手架能頂至頂板，則使用盤扣式腳手架代替扣件式腳手架（如圖3 所示）。

圖3 支架示意圖

箱梁間梯形截面封板側(cè)模外側(cè)采用15mm 厚竹膠板，背帶采用50mm×100mm 方木，垂直梁方向布置，間距為100mm，背帶外側(cè)采用Φ48mm×3.5mm 雙拼鋼管，豎向布置，間距0.6m，共布置2 道，模板加固采用Φφ16mm 對拉桿，橫向間距0.6m，豎向間距0.6m，共布置2 道。內(nèi)側(cè)模板采用15mm 厚竹膠板+50mm×100mm 方木組合成封閉箱型，內(nèi)側(cè)模板采用15mm 厚竹膠板+50mm×100mm 方木組合成封閉箱型，箱子次楞使用50mm×100mm 方木，垂直梁方向布置，間距150mm。單榀架體豎向與橫向方木支撐間距均為150mm，并用剪刀撐固定。每榀架體間距600mm，架體間附加50mm×100mm 方木剪刀撐固定（如圖4 所示）。

圖4 雙區(qū)面箱梁梯形封板處模板支架示意圖

3.2 雙曲面梁的支架系統(tǒng)曲面控制

3.2.1 雙曲面梁的設(shè)計(jì)曲線

不拘一格，大膽嘗試.—種、兩種、三種……，出現(xiàn)了許多教師未曾預(yù)設(shè)的連接方法，其中包括在區(qū)間(a,b) 內(nèi)有單一零點(diǎn)的函數(shù)圖象(單調(diào)或不單調(diào))，也有多個(gè)零點(diǎn)的函數(shù)圖象；有用線段連接的(如圖4，5等)，有用曲線段連接的(如圖6，7，8，9等)，還有因?yàn)闆]有注意到條件要求而畫錯(cuò)的圖形(如圖7)，這有利于糾正部分學(xué)生對函數(shù)概念理解的偏差.教師用實(shí)物投影展示(限于篇幅，文中只給出以下幾種連接方法).

本結(jié)構(gòu)頂板箱梁為雙曲面梁，X 向跨度為67.2m，Y 向跨度為36m。X 向1～2 軸為平整段，2～8 軸為變坡段，5～6軸為最高點(diǎn)，頂標(biāo)高為8.6m。Y 向自A 軸向B 軸11.25m 為變坡段，斜率詳見雙曲面量X、Y 向標(biāo)高示意圖（圖5、圖6）。

圖5 雙曲面梁X 向標(biāo)高示意圖

圖6 雙曲面梁Y 向標(biāo)高示意圖

3.2.2 支架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)曲線的難度。

（1）地基的不均勻沉降可能導(dǎo)致箱梁的線形達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

（2）如何加固雙曲面梁的支撐體系，保證雙曲面梁成型后線型光滑。

3.2.3 現(xiàn)場實(shí)際做法

（1）由于遺址大廳、考古大廳兩處為考古遺址，沒有底板基礎(chǔ)，盤扣支架直接坐落在原地表上。且原地面為考古工作后的回填土，地基承載力小。地基的不均勻沉降可能會(huì)導(dǎo)致箱梁的線形控制達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。為了盡可能消除地基的不均勻沉降，同時(shí)保護(hù)遺址大廳及考古大廳的考古遺址，首先對140cm 厚的土體進(jìn)行分層回填。第一層采用30cm 厚細(xì)砂回填，用于保護(hù)文物，第二層采用100cm 厚砂夾碎石回填，用于增加承重荷載，并用壓路機(jī)進(jìn)行夯實(shí)?；靥詈笥稍囼?yàn)室在支架搭設(shè)的范圍內(nèi)對地基承載力進(jìn)行檢測，出具《地基承載力檢測報(bào)告》。試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得支架搭設(shè)范圍的地基承載力約為100kPa。再在地基表面硬化C20 混凝土墊層，增加立桿的基礎(chǔ)底面積。經(jīng)過計(jì)算得出，當(dāng)墊層的厚度為25cm 時(shí)，地基承載力才能滿足盤扣支架的搭設(shè)要求。施工墊層混凝土?xí)r要注重找平，統(tǒng)一高程，以便于盤扣支架體系的搭設(shè)。

（2）雙曲面梁的線形控制主要通過調(diào)節(jié)豎桿頂托的高程來實(shí)現(xiàn)。在X 方向上，24 片箱梁通過翼緣板連接形成弧形，各箱梁底板依舊為水平段，可根據(jù)雙曲面梁X 向標(biāo)高示意圖給出的高程控制線型。在Y 方向上，由于箱梁為平滑曲線，因此各豎桿頂托的高程均不相同。通過建模的方式，得出曲線段各盤扣支架頂托的高程。由于設(shè)計(jì)圖紙要求，大跨梁施工時(shí)需預(yù)起拱1/250，根據(jù)計(jì)算得出相應(yīng)立桿頂托預(yù)拱后的標(biāo)高，調(diào)整相應(yīng)立桿的頂托高度來控制線形。

（3）為保證成型后的混凝土線形效果，消除支架非彈性變形對線形的影響，需對盤扣支架體系采取預(yù)壓措施，其間要做好堆載和監(jiān)測工作。在X 方向上，設(shè)置5 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，呈對稱布置。在Y 方向上，每隔1/4 跨徑應(yīng)布置一個(gè)監(jiān)測斷面，共計(jì)25 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。安排專員對加載前的各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，得出測量數(shù)據(jù)H。預(yù)壓過程持續(xù)兩天，每天對支架進(jìn)行兩次的監(jiān)測，分析支架的沉降狀況。待沉降穩(wěn)定后，得出測量數(shù)據(jù)H。隨后對支架體系進(jìn)行卸載，在卸載6h 后對各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測，得出測量數(shù)據(jù)H。通過數(shù)據(jù)分析，可得非彈性變形量為H～H，彈性變形量為H～H。根據(jù)求得測量數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定合適的預(yù)拱度及撓度，從而確定最終預(yù)拱度。

（4）盤扣支架拆除后，每兩天對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行沉降監(jiān)測，整理成沉降觀測記錄表，收集分析雙曲面梁的沉降變化。

4 結(jié)語

2021 年9 月，該工程混凝土達(dá)到強(qiáng)度，待支架系統(tǒng)拆除后對梁的底部成型效果進(jìn)行了檢查，完全達(dá)到了雙曲面梁的設(shè)計(jì)意圖，線形平滑美觀，彰顯匠心工藝。本文圍繞盤扣式支架體系在雙曲面梁的運(yùn)用展開分析，總結(jié)了雙曲面梁線形控制的重難點(diǎn)，針對性地提出了一些切實(shí)可行的實(shí)操方案，確保雙曲面梁工程的施工質(zhì)量。