張 丹 萍，曾 強，姜 港

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

扣件式鋼管腳手架是水利水電工程施工中常見的基礎材料之一，主要應用于施工作業(yè)平臺搭設以及混凝土澆筑支撐作業(yè)。伴隨著水利水電工程施工技術的改革和發(fā)展，盤扣式鋼管支架作為一種新型腳手架技術被引入白鶴灘水電站左岸地下廠房中使用。盤扣式鋼管支架是我國目前推廣應用最為廣泛、效果最好的新型腳手架技術，能夠適應多種間距形式的施工排架、承重支撐架需求，具有搭拆簡單、穩(wěn)定性好、承載力高、安全可靠，全部桿件均系列化、標準化、易管理、適應性強、形象美觀等特點。筆者介紹了用于白鶴灘水電站左岸主變洞混凝土澆筑施工盤扣式鋼管支架的設計與應用情況，分析了復雜板梁結構下盤扣式鋼管支架支撐中存在的若干問題，總結了盤扣式鋼管支架支撐復雜板梁結構的注意事項。

白鶴灘水電站左岸主變洞平行于主副廠房洞布置，位于主副廠房洞下游側。主變洞從南到北依次布置南側副廠房，1#～8#主變段，北側副廠房。主變洞主變壓器段分3層，上層為GIS層，底部高程為605.75 m，主要布置GIS開關設備；下層為主變層，與主副廠房洞發(fā)電機層同高(高程為590.35 m)，上游側布置變壓器運輸道，凈寬7 m，與進廠交通洞連通；下游側布置主變壓器室，每臺機組對應布置3臺單相變壓器，每臺變壓器之間采用防爆墻隔開。中間層為電纜廊道層，布置在主變層變壓器運輸道正上方，層高3.8 m，貫穿整個主變洞。左岸主變洞作為白鶴灘水電站地下廠房的重要組成部位，文明施工要求高，工期緊。為確保施工工期，加快施工進度，提高文明施工形象，采用盤扣式鋼管支架作為主變洞澆筑期間的模板支撐體系。同時，主變洞采用復雜板梁結構設計，主梁與次梁縱橫向交錯布置，梁大小、跨度、高度等各不相同，具有支撐體系設計復雜、承載力要求高等特點。

2 支撐架的設計

2.1 設計原則

在設計主變洞復雜板梁模板支撐體系時，應根據主變洞結構特點并充分考慮工程進度、質量和安全要求，同時，在安全允許的范圍內最大程度地降低投資成本[1]。

(1)要求主變洞板梁模板支撐架架體結構具有足夠的剛度、強度及穩(wěn)定性，能可靠地承受混凝土澆筑時的重量及其它施工荷載。

(2)支撐架結構力求做到構造簡單，裝拆方便，便于施工且與該工程結構各部形狀尺寸、標高等相互位置匹配，符合設計要求。

(3)支撐架應滿足現場施工條件及施工使用時限要求，在其使用期間應具有足夠的耐久性與安全性。

(4)選用盤扣式鋼管支架材料時，應滿足《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規(guī)程》(JGJ 231-2010)的要求。

2.2 設計參數

針對主變洞現場實際情況并考慮常見盤扣式鋼管支架的規(guī)格尺寸，其滿堂支撐架設計參數為：

(1)考慮滿堂支撐架承重要求，立桿采用Φ60×3.2 mm鋼管(Q345A)，長度L=0.5 m、1 m、1.5 m、2 m、2.5 m，根據支撐架的搭設高度選取不同長度的外套管組合搭配，該工程滿堂支撐架的最大搭設高度為15.1 m(高程590.35～605.75 m，混凝土板厚30 cm)。

(2)立桿步距h=1.5 m。

(3)立桿間排距與常見盤扣架水平桿長度匹配，主要為0.9 m、1.2 m、1.5 m?？筛鶕髯兌戳何恢眠x用不同長度的水平桿進行組合搭配，確保立桿位于梁兩側；為給立桿頂部可調托座預留10～40 cm的調節(jié)空間，立桿頂部應低于板底0.35～0.6 m，梁底0.45～0.7 m(可調托座伸出頂層水平桿長度≤0.4 m，模板圍楞采用10#槽鋼與5 cm×10 cm方木，圍楞高度為0.2 m，調節(jié)螺母高度為0.05 m，板10#槽鋼圍楞直接置于可調托座上，梁10#槽鋼圍楞放置在可調托座上的雙10#槽鋼上，雙10#槽鋼高度為0.1 m)，水平桿采用Φ48×2.5 mm鋼管(Q235B)。

(4)最外側立桿距主變洞隔墻30～40 cm，為模板施工預留了足夠的空間。最下層水平桿距地面50 cm。

(5)連墻件采用直角扣件將Φ48架管的一端與水平桿扣接，連接點距盤扣節(jié)點≤20 cm，另一端與邊墻系統(tǒng)錨桿(插筋)焊接或緊抵已澆筑混凝土面，連墻件按照兩步三跨布置。

(6)爬梯布置在靠近運輸通道側，爬梯采用廠家配套生產的鋼踏板，與地面角度為30°～45°，步距不超過30 cm，一直延伸至作業(yè)層。

(7)剪刀撐：盤扣式鋼管支架豎向斜桿滿布設置，沿高度方向每隔5個標準步距設置Φ48鋼管大面剪刀撐。

(8)盤扣式鋼管支架位于左岸主變洞。因其為洞內施工，故不考慮風壓力。

(9)盤扣架可調底托位于已澆筑且達到設計強度的混凝土面上，故不考慮排架基礎承載力。

2.3 設計要點

(1)可調底座高度設計。盤扣式鋼管支架立桿采用外套管接長，外套桿為長度固定標件。為保證立桿頂部低于框架梁底0.35～0.65 m、其余梁底0.45～0.75 m，以便于搭拆模板圍楞且有足夠的調節(jié)空間，故可調底座高度的設計對上部模板支撐系統(tǒng)的搭設尤為關鍵。

主變洞高程605.75 m，層樓板框架梁高1.2 m，其余梁高1 m和0.8 m，按照框架梁位置進行滿堂支撐架設計?？紤]到立桿頂部低于框架梁底0.5 m(距離其余梁底高0.7 m和0.9 m)，故立桿頂部距離地面的高度為13.7 m，立桿外套管可調節(jié)模數為0.5 m，此時模板支架可調底座調節(jié)絲桿外露長度約為0.2 m，最底層水平桿離地高度為0.45 m，滿足《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規(guī)程》(JGJ 231-2010)中作為掃地桿的最底層水平桿離地高度不應大于0.55 m和可調托座絲桿外露長度嚴禁超過0.4 m的要求。

(2)起始桿設計。根據《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規(guī)程》(JGJ 231-2010)的規(guī)定：立桿應通過立桿連接套管連接，在同一水平高度內相鄰立桿連接套管接頭的位置宜錯開[2，3]。模板支架高度大于8 m時，錯開高度不宜小于0.5 m。左岸主變洞板梁柱混凝土澆筑采用2 m和2.5 m起始桿、梅花型交錯布置。

(3)立桿設計。起始桿上部連續(xù)采用2.5 m立桿外套管進行接長，當搭設至最后一根立桿時，框架梁部位采用長度為1 m和1.5 m的立桿外套管，此時加上可調底座絲桿外露長度0.2 m，則總搭設高度為13.7 m，立桿頂部距離框架梁底0.5 m；1 m高梁位置采用1 m和1.5 m立桿外套管，此時，加上可調底座絲桿外露長度0.2 m，則總搭設高度為13.7 m，立桿頂部距梁底0.7 m；0.8 m高梁位置采用1 m和1.5 m立桿外套管，加上可調底座絲桿外露長度0.2 m，總搭設高度為13.7 m，此時距梁底0.9 m(>0.7 m)，若增加一根0.5 m立桿外套管，則距離梁底0.4 m(0<0.45 m)。為滿足立桿頂部低于梁底0.45～0.7 m的要求，采用定制長度為0.2 m的外套管對最后一根立桿進行加長，此時立桿頂部距梁底0.7 m；板部位采用2 m和2.5 m立桿外套管，加上可調底座絲桿外露長度0.2 m，其總搭設高度為14.7 m，立桿頂部距離板底0.4 m。

(4)可調托座設計。主變洞混凝土澆筑模板采用1.5 cm厚普通膠合板，膠合板下鋪設5 cm×10 cm方木作為次楞，梁位置方木與梁同方向，方木下部間隔75 cm鋪設單根10#槽鋼與其垂直作為主楞，最后置于可調托座上部背靠背鋪設的雙10#槽鋼上作為支撐，板位置10#槽鋼圍楞直接置于可調托座上，故梁模板及其圍楞共計31.5 cm，板模板及圍楞共計21.5 cm，除去可調托座托盤厚度為0.5 cm，可知框架梁部位可調托座外露絲桿長度為18 cm；1 m和0.8 m高梁部位可調托座外露絲桿長度為38 cm，板位置可調托座外露絲桿長度為18 cm，滿足《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規(guī)程》(JGJ 231-2010)中模板支架可調托座絲桿外露長度嚴禁超過0.4 m的要求。

(5)反向托座設計。盤扣式鋼管支架的現有工藝一般采取立桿和可調托座支撐板結構，而對于荷載較大的梁支撐則采用雙槽鋼擱置在連接盤上作為支撐模板面板及圍楞的托梁。該方法對于擱置在連接盤上的雙槽鋼和連接盤穩(wěn)定性有很高的要求且容易失穩(wěn)而造成坍塌破壞。對于主變洞混凝土澆筑，技術人員創(chuàng)新設計出一種“反向托座”進行梁結構兩側板結構的支撐，從而避免了梁支撐采用雙槽鋼擱置在連接盤上作為支撐托梁的方法，不但施工便捷，同時所使用的雙槽鋼只需背對背放置在可調托座上而不需進行特別的加固處理，從而避免了連接盤承受荷載，其安全性明顯提升。梁結構部位支撐情況見圖1。

圖1 梁結構支撐詳圖

主變洞高程605.75 m處層板厚0.3 m，框架梁高度為1.2 m，其余梁高1 m和0.8 m，梁結構與板結構支撐系統(tǒng)高度差分別為0.9 m、0.7 m和0.5 m。首先在位于梁兩側的立桿頂部可調托座上沿梁方向鋪設背靠背雙10#槽鋼作為梁圍楞的支撐基礎，梁結構兩側的板結構采用反向托座進行支撐，反向托座采用雙10#槽鋼作為基礎，與立桿在同一鉛直線上。根據反向托座支撐高度設計了H550 mm和H300 mm兩種反向托座，0.7 m和0.9 m高支撐位置采用H550 mm反向托座，0.5 m高支撐位置采用H300 m反向托座。反向托座由Φ60立桿(帶連接盤)和2個可調托座組成，具體情況見圖2。將一端可調托座反向扣在雙10#槽鋼基礎上，調節(jié)反向放置可調托座外露絲桿的長度，使反向托座的連接盤與直接支撐板結構的立桿外套管最頂部連接盤位于同一高度，采用水平桿連接形成統(tǒng)一的整體，以提升架體的整體穩(wěn)定性；最后調節(jié)頂部可調托座的外露絲桿外露長度滿足模板及圍楞的支撐要求。

圖2 H550 mm和H300 mm反向托座詳圖

由于受反向托座調節(jié)高度限制，可能會出現反向托座連接盤與直接支撐板結構的立桿外套管最頂部連接盤不能調整至同一高度的現象，此時可采用Φ48架管和扣件將反向托座水平桿和立桿水平桿連接形成整體。

3 盤扣式鋼管支架的計算要點

3.1 主要計算荷載的選擇

基本荷載的主要取值[4]為：

(1)模板及楞自重，取1 kN/m2。

(2)新澆混凝土自重，取24 kN/m3。

(3)鋼筋自重量，樓板取1.1 kN/m3、梁取1.5 kN/m3。

(4)施工均布荷載，取1 kN/m2。

(5)振搗混凝土產生的荷載，取2 kN/m2。

(6)鑒于新澆混凝土側壓力與混凝土振搗、澆筑速度、凝固速度等因素有關，梁柱結構采用對拉方式加固，故計算排架穩(wěn)定性時可不考慮混凝土側壓力。

(7)特殊荷載：風荷載按照《建筑結構荷載規(guī)范》GB20009-2012取值，洞內可不考慮風荷載的影響。

(8)計算模板的荷載設計值時應采用荷載標準值乘以相應荷載分項系數?？勺冏饔玫姆猪椣禂等?.5，永久作用的分項系數取1.3[5]。

模板荷載設計值組合為：1.3(1)+1.3(2)+1.3(3)+1.5(4)+1.5(5)+立桿自重設計值。

3.2 支撐架立桿需要驗算的部位

按照規(guī)范規(guī)定要求搭設的盤扣式模板支架需要計算以下幾項內容內容：

(1)立桿的穩(wěn)定性。

(2)盤扣節(jié)點連接盤的抗剪承載力。

(3)整體抗傾覆穩(wěn)定性。該工程模板支架的高寬比<3，且四周按兩步三跨設置有連墻件，故可以認為模板支架整體抗傾覆穩(wěn)定，不需要單獨進行計算。

(4)地基承載力。該工程模板支架支撐在已澆筑且達到設計強度的底板混凝土上，故可以認為模板支架地基承載力滿足要求，不需要進行單獨計算。

3.3 盤扣式鋼管支撐架立桿穩(wěn)定性計算

盤扣式鋼管支撐架位于主變洞內，不考慮風荷載，立桿穩(wěn)定性的計算公式為：

N/(φ×A)≤f

λ=lo/i

lo=ηh(用于非頂部立桿段)

lo=h’+2ka(用于頂部立桿段)

式中 φ為軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數，根據立桿長細比λo查表確定；i為Φ60立桿回轉半徑，可取2.01 cm；η為支架立桿計算長度修正系數，水平桿步距為0.5 m或1 m時，可取1.6；水平桿步距為1.5 m時，可取1.2；k為懸臂端計算長度折減系數，可取0.7；h為立桿支架中間層水平桿最大豎向步距，取1.5；h’為支架立桿頂層水平桿步距，宜比最大步距減少一個盤扣的距離，本次計算時取0.5 m；N為立桿軸向力設計值；A為立桿橫截面面積；f為鋼材的抗壓強度設計值。

按照以上步驟計算所得lo取較大值，可以驗算所計算部位立桿的穩(wěn)定性滿足要求。

3.4 盤扣節(jié)點連接盤抗剪承載力計算

梁板結構采用反托方式支持從而避免了雙槽鋼擱置在連接盤上，故連接盤只承受自身重量及作業(yè)層施工荷載，其承載力計算公式：

FR≤Qb

式中FR為作用在盤扣節(jié)點處連接盤上的豎向力設計值，按照最大間排距1.5 m×1.5 m進行計算；Qb為連接盤抗剪承載力設計值，可取40 kN。

按照以上步驟可以驗算出所計算部位盤扣節(jié)點連接盤的抗剪承載力滿足要求。

4 取得的成效

盤扣式鋼管支架的現有工藝一般采取立桿和可調托座支撐板結構，而對于荷載較大的梁支撐則采用雙槽鋼擱置在連接盤上作為支撐模板面板及圍楞的托梁。該方法對于擱置在連接盤上的雙槽鋼和連接盤的穩(wěn)定性有很高的要求，且容易失穩(wěn)而造成坍塌破壞。

白鶴灘水電站左岸主變洞工程率先創(chuàng)新使用反向托座進行梁結構兩側板結構的支撐，避免了雙槽鋼擱置在連接盤上導致連接盤受力超過其抗剪承載力造成架體失穩(wěn)坍塌的可能性；同時，使用反向托座施工便捷，不需要進行加固處理，施工進度和安全性能夠得到有效保證。

5 結論與展望

5.1 結 論

(1)盤扣式鋼管支架具有搭拆簡單、穩(wěn)定性好、承載力高、安全可靠、形象美觀等特點，工程進度和施工安全能夠得到有效的保證。

(2)盤扣式鋼管支架設計的關鍵在于準確計算出第一個連接盤距離搭設面的高度，以保證頂層作業(yè)平臺具有足夠的施工作業(yè)空間，同時保證可調頂托座絲桿外露長度不超過規(guī)范要求。

(3)復雜板梁結構下采用反向托座進行梁結構兩側板結構的支撐，確保反向托座與立桿在同一鉛直線上，可以保證盤扣式鋼管支架的穩(wěn)定和工程施工進度。

(4)反向托座的連接盤與直接支撐板結構的立桿外套管最頂部連接盤需調整至同一高度，使用水平桿將其連接形成整體，從而提高架體的整體穩(wěn)定性。由于受反向托座調節(jié)高度限制，可能會出現反向托座連接盤與直接支撐板結構的立桿外套管最頂部連接盤不能調整至同一高度的現象，此時，采用Φ48架管和扣件將反向托座水平桿和立桿水平桿連接形成整體。

(5)模板支撐架連墻件應盡量采用剛性連接。對于不方便設置剛性連墻件的部位(如混凝土墻面)，可使用Φ48架管一端與支架水平桿扣接，另一端采用調節(jié)絲桿與邊墻混凝土抵死，通過調節(jié)絲桿與邊墻之間的摩擦力抵消排架側向、豎向的微小位移，保證支架的整體穩(wěn)定。

5.2 展 望

該工程使用的盤扣式鋼管支架各項參數均經過合理的設計及驗算，同時，施工過程中加強了安全巡查，創(chuàng)造了良好的經濟效益，特別是該工程率先創(chuàng)新使用的反向托座對于復雜板梁結構混凝土支撐架具有很好的借鑒和推廣作用。但盤扣式鋼管支架作為一項新型腳手架技術引入到白鶴灘水電站左岸地下廠房中使用，在水利水電工程中實踐經驗欠缺，不確定因素較多，在設計時加強架體結構理論研究就顯得非常重要。施工過程的實時監(jiān)控是確保施工安全的重要手段。隨著盤扣式鋼管支架和計算機軟件的進一步發(fā)展，將促使盤扣式鋼管支架逐步實現標準化、規(guī)范化。