劉 玉 健

(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

北京新機(jī)場(chǎng)城際聯(lián)絡(luò)線位于北京市大興區(qū)和河北省廊坊市境內(nèi)，線路自北向南，起止里程為DK42+038～DK46+115，正線長(zhǎng)度4 077 m，下穿新機(jī)場(chǎng)T1航站樓，地下2層設(shè)新機(jī)場(chǎng)站，車站起止里程DK43+161.000～DK43+677.744，長(zhǎng)度為827.744 m，分為拱形斷面和矩形斷面。矩形斷面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)516.744 m，結(jié)構(gòu)寬由15.50 m逐漸過渡到58.91 m，結(jié)構(gòu)高14.05 m～13.15 m，采用2跨～4跨單層矩形斷面C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，縱梁結(jié)構(gòu)體系，線間立柱。頂縱梁截面為1.2 m×2.0 m，1.2 m×2.5 m，頂橫梁截面為1.2 m×2.0 m,1.2 m×2.5 m，0.6 m×0.8 m；頂板厚1 m(局部0.5 m)。

2 支架體系設(shè)計(jì)

結(jié)合本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，矩形結(jié)構(gòu)范圍采用承插型盤扣支架體系施工。設(shè)計(jì)方案如下：采用M60型承插型盤扣式鋼管支架，支架立桿采用φ60 mm×3.2 mm鋼管，材質(zhì)Q345B；水平桿采用φ48 mm×2.5 mm鋼管，材質(zhì)Q235B；豎向斜拉桿采用φ33 mm×2.3 mm鋼管，材質(zhì)Q195。主龍骨采用185鋁梁，布置間距根據(jù)立桿進(jìn)行調(diào)整，次龍骨采用100 mm×100 mm方木，所有模板均采用15 mm木膠板做面板。斜桿即為豎向剪刀撐，按照?qǐng)D紙進(jìn)行布置。頂托絲桿長(zhǎng)度為600 mm，可調(diào)范圍300 mm；底座絲杠長(zhǎng)度為450 mm，可調(diào)范圍200 mm。2.5 m高頂梁下支撐點(diǎn)間距為600 mm×1 500 mm，主龍骨采用185鋁梁，順梁鋪設(shè)，間距為600 mm；1 m厚頂板支撐點(diǎn)最大間距為1 500 mm×1 500 mm，主龍骨采用185鋁梁，間距1 500 mm；0.5 m厚頂板支撐點(diǎn)最大間距為1 800 mm×1 800 mm，主龍骨采用185鋁梁，間距為1 800 mm；可調(diào)U托絲杠為0 m～600 mm；次龍骨采用100 mm×100 mm方木，次龍骨橫向間距200 mm；次龍骨上覆15 mm厚木膠板，如圖1所示。

3 承插型盤扣支架施工工藝原理

本工程模板工程施工采用了承插型盤扣支架施工工藝，以M60鋼管作為主要支撐架體，搭配立桿、橫桿、斜桿等關(guān)鍵部件。其中立桿選用鍍鋅鋼管，規(guī)格尺寸為φ60×3.2 mm，鋼管選用具有強(qiáng)度大、承載力強(qiáng)的Q345B材質(zhì)。施工階段選用套管或者連接棒實(shí)現(xiàn)立桿、承插之間的固定，而立桿與橫桿、立桿之間則采用焊接的方式進(jìn)行固定，使得整個(gè)支撐架體具有幾何不變體的特征。相比較傳統(tǒng)的施工方案，采用該施工工藝不僅減少了支撐體系中活動(dòng)零件的數(shù)量，而且施工相對(duì)簡(jiǎn)便，優(yōu)化了整個(gè)支撐架體的受力性能，實(shí)現(xiàn)了立桿、橫桿、斜桿的鉸接方式匯交，使得各桿件均為二力桿，最大限度地與計(jì)算模型符合，減小了桿件實(shí)際受力與理論計(jì)算結(jié)果的誤差，確保其具有雙向固定能力。

承插型盤扣支架節(jié)點(diǎn)示意圖見圖2。

4 支架體系承載力檢算

4.1 多層板檢算

梁下混凝土最大截面高度2.5 m，多層板(15 mm厚)計(jì)算，因梁下100 mm×100 mm方木間距200 mm，所以竹膠板最大跨度100 mm。

多層板(15 mm厚)計(jì)算，取1 000 mm板寬驗(yàn)算：

截面抗彎模量：

截面慣性矩：

作用于15 mm多層板的最大荷載：

1)鋼筋及混凝土自重取26 kN/m3×2.5 m=65 kN/m2；

2)面板荷載取1.2 kN/m2;

3)結(jié)構(gòu)腳手架施工荷載2 kN/m2。

荷載組合：

恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。取1 m寬的板為計(jì)算單元。

則q1=(a+b+c)×1 m=68.2 kN/m。

q2=[1.2×(a+b)+1.4×c]×1 m=82.24 kN/m。

面板按三跨連續(xù)梁計(jì)算，支撐跨徑取l=100 mm，受力計(jì)算見圖3。

強(qiáng)度驗(yàn)算：

強(qiáng)度滿足要求。

撓度驗(yàn)算：

15 mm多層板驗(yàn)算滿足要求。

4.2 主龍骨檢算

梁下混凝土最大截面高度2.5 m，主龍骨采用185鋁梁，順梁方向鋪設(shè)，間距600 mm，跨度1 500 mm。185鋁梁特性見表1。

表1 185鋁梁特性

荷載：

1)混凝土自重：26.0 kN/m3×2.5 m×0.6 m=39 kN/m；

2)模板及龍骨：1.2 kN/m2×0.6 m=0.72 kN/m；

3)施工荷載：2 kN/m2×0.6 m=1.2 kN/m。

荷載組合：

主龍骨布置間距為600 mm，跨度為l=1 500 mm。

恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。

q1=(a+b+c)=40.92 kN/m；

q2=[1.2×(a+b)+1.4×c]=49.34 kN/m。

主龍骨所受彎矩最大值為：

最大彎應(yīng)力：

故強(qiáng)度滿足要求。

撓度驗(yàn)算：

主龍骨按三跨連續(xù)梁計(jì)算，調(diào)整系數(shù)φ為0.677，支撐跨度l=1 500 m。

主龍骨選用185鋁梁，滿足要求。

4.3 次龍骨檢算

梁下混凝土最大截面高度2.5 m，次龍骨采用100 mm×100 mm方木，垂直梁鋪設(shè)，間距200 mm，最大跨度600 mm。100 mm×100 mm方木特性見表2。

表2 100 mm×100 mm方木特性

荷載：1)混凝土自重:26.0 kN/m3×2.5 m×0.2 m=13 kN/m；2)模板及龍骨:1.2 kN/m2×0.2 m=0.24 kN/m；3)施工荷載:2 kN/m2×0.2 m=0.4 kN/m。

荷載組合：次龍骨布置間距為200 mm，最大跨度為l=600 mm。

恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。

q1=(a+b+c)=13.64 kN/m;

q2=[1.2×(a+b)+1.4×c]=16.45 kN/m。

次龍骨所受彎矩最大值為：

最大彎應(yīng)力：

故強(qiáng)度滿足要求。

撓度驗(yàn)算：

次龍骨按三跨連續(xù)梁計(jì)算，調(diào)整系數(shù)φ為0.677，最大支撐跨度l=0.6 m。

次龍骨選用100 mm×100 mm方木，滿足要求。

4.4 架體單桿承載力和整體穩(wěn)定性檢算

梁下混凝土最大截面高度2.5 m，架體橫向布置間距600 mm，縱向布置間距1 500 mm，單根立桿承受混凝土面積示意圖見圖4。

1)兩根立桿承載力計(jì)算：

a.混凝土自重：26.0 kN/m3×1.5 m2(陰影面積)×1.5 m=58.5 kN；

b.模板及龍骨：1.2 kN/m2×1.5 m×0.6 m=1.08 kN；

c.施工人員及設(shè)備：2 kN/m2×1.5 m ×0.6 m=1.8 kN；

d.桿件自重：0.12 kN/m3×1.5 m×0.6 m×10.1 m(架體高度)=1.09 kN。

恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2；活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。

q=(a+b+d)×1.2+c×1.4=75.32 kN<90 kN。

所以架體安全。

2)架體整體穩(wěn)定性計(jì)算：

根據(jù)JGJ 231—2010建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程，不考慮風(fēng)荷載影響，可以采用以下公式計(jì)算架體穩(wěn)定性：

立桿的軸向壓力設(shè)計(jì)值：N=75.32 kN。

立桿截面特性：

A=574 mm2；i=20.220 0 mm；

[f]=300 N/mm2。

立桿長(zhǎng)度則根據(jù)公式計(jì)算得出：

lo=ηh=1.2×1 500=1 800 mm;

lo=h′+2ka=1 000+2×0.7×650=1 910 mm。

其中,η為長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)，當(dāng)水平桿的步距為1.5 m時(shí)，取值1.2；h為立桿中間層豎向的最大步距，h=1 500 mm；h′為立桿頂層水平桿步距，其取值相比較h縮短一個(gè)盤扣，取值1 000 mm；a為可調(diào)托座支撐點(diǎn)距離頂層水平桿中心線數(shù)值，取值為650 mm；k為懸臂端在計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)折減系數(shù)，取0.7。

取較大值lo=1 910 mm。

長(zhǎng)細(xì)比Lo/i=94.46。

軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ,由長(zhǎng)細(xì)比lo/i的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)JGJ 231—2010建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程中，附錄D查表得到：φ=0.512；立桿凈截面面積：A=5.74 cm2。

故架體整體穩(wěn)定性滿足要求。

5 承插型盤扣支架體系的應(yīng)用

1)施工工藝。

施工準(zhǔn)備工作→施工放樣→可調(diào)節(jié)底座施工→安裝支架立桿→安裝支架橫桿→調(diào)整水平布局、豎向高度→焊接安裝→斜桿施工并完成架體施工→調(diào)整支架的標(biāo)高→龍骨施工→模板施工→檢查驗(yàn)收→支架預(yù)壓→鋼筋施工→混凝土施工→混凝土養(yǎng)護(hù)→支架拆除。

2)支架搭設(shè)。

底板混凝土澆筑施工結(jié)束后，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，首先由施工人員進(jìn)行放樣施工，施工過程中，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙的要求，采用墨線對(duì)每一節(jié)段(40 m)底板彈出對(duì)應(yīng)的支架安裝區(qū)域。其次結(jié)合本工程支架設(shè)計(jì)要求，對(duì)可調(diào)節(jié)底座的伸長(zhǎng)值進(jìn)行調(diào)整，確保其不高于30 cm。第三結(jié)合放樣結(jié)果開始進(jìn)行支架的施工，第一道水平桿施工過程中，應(yīng)確保其距離底板的高度不高于550 mm。然后按照相同方向的順序進(jìn)行豎向斜桿的搭設(shè)施工，并將其套入圓盤大孔中抵住立桿的圓管。最后采用銷板對(duì)圓盤大孔進(jìn)行貫穿固定。應(yīng)注意豎向斜桿如果方向存在差異會(huì)影響整個(gè)立桿的搭設(shè)施工。

掃地桿、橫桿及斜桿施工階段應(yīng)采用水準(zhǔn)儀等設(shè)備對(duì)整個(gè)架體的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)定，確保其橫向、縱向位于同一條直線上，并最后用鋼卷尺進(jìn)行復(fù)查，確保施工規(guī)范性。每完成一層支架施工，都需要對(duì)水平桿的步距進(jìn)行校準(zhǔn)，并確?？v向、橫向等偏差滿足設(shè)計(jì)要求。

整個(gè)支架的桿件施工結(jié)束后，采用水準(zhǔn)儀等設(shè)備通過調(diào)整頂托使得托座頂?shù)臉?biāo)高滿足圖紙要求，將采用185鋁梁制作而成的主龍骨鋪設(shè)在可調(diào)節(jié)頂托上，并橫向鋪設(shè)次龍骨，次龍骨的尺寸為100 mm×100 mm的方木。最后完成模板施工。

3)支架驗(yàn)收。

在模板工程結(jié)束后，需要對(duì)本工程的承插型盤扣支架的施工質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，具體檢查過程中需注意以下關(guān)鍵點(diǎn)：底板的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度值；立桿與底座之間是否保持固定狀態(tài)；其他部件的連接施工是否符合標(biāo)準(zhǔn)施工要求；關(guān)鍵區(qū)域如底座、頂托等施工高度是否達(dá)標(biāo)；連接扣插銷的拔力是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過驗(yàn)收后滿足設(shè)計(jì)施工要求的支架如圖5所示。

4)支架預(yù)壓。

底模施工結(jié)束后，可進(jìn)行支架預(yù)壓。支架預(yù)壓重量應(yīng)當(dāng)根據(jù)頂板(加鋼筋)實(shí)際斷面，進(jìn)行精密計(jì)算，確保其能夠均勻的分布在底模上，最高荷載不應(yīng)超過頂板的重量的110%。本工程的支架預(yù)壓采用沙袋來進(jìn)行，按照頂板的自重分布情況依次按照0.6倍、0.8倍、1.0倍、1.1倍的加載量進(jìn)行預(yù)壓施工。同時(shí)在預(yù)壓過程中，應(yīng)控制好預(yù)壓的速率，避免出現(xiàn)支架過載影響整個(gè)工程的建設(shè)質(zhì)量。

當(dāng)支架穩(wěn)定后，即可卸掉沙袋，卸載時(shí)要分層卸，全部卸完后，測(cè)量底模標(biāo)高，計(jì)算出支架的彈性變形量。畫出彈性變形曲線，以此來對(duì)模板的預(yù)拱度進(jìn)行優(yōu)化。最后在所有施工結(jié)束后，需要對(duì)支架、模板的施工質(zhì)量再次驗(yàn)收檢查。

5)支架拆除。

基于相同的施工條件下對(duì)試驗(yàn)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，當(dāng)試驗(yàn)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，并確保頂板的混凝土滿足標(biāo)準(zhǔn)施工要求，經(jīng)監(jiān)理簽字確認(rèn)，方能開始對(duì)支架進(jìn)行拆除。拆除過程中應(yīng)當(dāng)首先對(duì)跨中區(qū)域的支架模板進(jìn)行松動(dòng)，其次松動(dòng)支架兩端，然后觀察支架是否存在異常變形情況。若無異?，F(xiàn)象，則可以按照從上到下的順序進(jìn)行作業(yè)。具體應(yīng)注意以下施工要點(diǎn)：

a.架體拆除順序應(yīng)遵循由上而下，先搭后拆的原則。并按一步一清的原則依次進(jìn)行，要嚴(yán)禁上下同時(shí)進(jìn)行拆除作業(yè)。

b.拆除過程中嚴(yán)禁同時(shí)進(jìn)行剪刀撐和拉桿的拆除施工。要求按層進(jìn)行拆除，每層拆除立桿過程中，應(yīng)先固定立桿，再拆除最后的連接扣。而其他部件的拆除施工，應(yīng)從中間向兩端的連接口逐漸進(jìn)行拆除。拆除操作應(yīng)注意2人～3人的協(xié)作，以避免器具損壞或者墜落。

c.拆下來的鋼管配件等整齊放置，嚴(yán)禁拋擲，做到隨拆、隨清、隨運(yùn)，分類、分堆、分規(guī)格碼放整齊，要有防水措施，以防雨后生銹。

d.支架拆除施工階段，應(yīng)注意做好施工現(xiàn)場(chǎng)的安全工作，設(shè)置必要的警示標(biāo)示牌并設(shè)置專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，避免非作業(yè)人員進(jìn)入到施工區(qū)域。

6)施工過程監(jiān)測(cè)。

結(jié)構(gòu)施工過程中，采取一定的技術(shù)措施來控制支架的豎向、水平位移，避免支架因此出現(xiàn)坍塌等安全事故。整個(gè)監(jiān)測(cè)階段，一旦發(fā)現(xiàn)支架出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的跡象，應(yīng)當(dāng)立刻按照預(yù)案采取修理措施加固。

a.監(jiān)測(cè)的主要階段包括支架安裝施工階段、模板施工階段、鋼筋施工階段、混凝土施工階段以及養(yǎng)護(hù)階段。每個(gè)階段支架的水平、豎向位移都需要如實(shí)記錄。

b.一旦監(jiān)測(cè)到支架存在不正常的位移現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)立刻停止現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，并對(duì)支架采取有效加固措施。

c.混凝土施工階段，需要設(shè)置專人監(jiān)控支架的穩(wěn)定性，并杜絕非作業(yè)人員進(jìn)入到施工區(qū)域。

6 結(jié)語

北京新機(jī)場(chǎng)城際聯(lián)絡(luò)線新機(jī)場(chǎng)站變截面地下結(jié)構(gòu)施工過程中，采用了承插型盤扣支架體系，該體系采用具有更高屈服強(qiáng)度的低合金材料，相比較碳素鋼材，成本可降低接近10%，同時(shí)整個(gè)施工過程中，盤扣架的連接借助焊接于立桿上的八角盤，確保立桿、橫桿、斜桿以鉸接的方式匯交于一點(diǎn)，桿件均為二力桿，確保了工程施工階段的安全性，保障了工程建設(shè)的周期，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的雙豐收。