大截面、大跨度、高大支模三連拱頂板綜合施工技術

摘 要：京津城際延伸線于家堡站站房工程是國內首例全地下站房工程。工程共分地下兩層，其中負一層層高達10m，頂板結構形式為三連拱，板厚1m，沿基坑橫軸位置跨度達20m。三連拱具有其他結構形式不具備的承載優點，但是在前期施工三連拱階段，卻在安全、質量等方面存在較大的風險和困難。根據工程的特點高支模作業成為三連拱頂板施工的重中之重，技術團隊從現場實際入手，摸索總結出了一套行之有效的綜合施工技術。

關鍵詞：三連拱；大跨度；高支模；安全技術

1 前言

土建結構施工中，高大支模作業一直以來因支撐架體搭設高度高，跨度大，上部承載結構荷載大，施工荷載密集，且在在施工階段受力不均勻，易發生群死群傷安全事故等特點，被作為土建工程中的高風險作業。住建部在2009年《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》中，專門對此進行了詳細的說明與規定。

2 工藝原理

2.1 利用新式架體提高架體的整體穩定性和承載能力，在架體承載內力與穩定性方面較傳統的碗扣架有明顯的提高。

2.2 利用拱形結構跨越能力較大，受壓時會分散傳力的特點，在拱形中間合理增加結構荷載，以利于整體的穩定性。

2.3 根據拱形結構的受力特點，利用已有結構提供拱足需要的足夠支撐力，提高整個弧形結構的安全性能。

2.4 引用了鋼梁作為結構底模的龍骨，有效的提高了架體的承載能力，降低了受力薄弱部位存在的安全隱患。

3 施工操作要點

3.1 于家堡站站房工程三連拱站房頂板結構形式

站房結構頂板為三連拱樣式。跨度為20m+20.5m+20m，層高約10m，結構頂板厚1m，B、C軸位置頂板大梁處，大梁截面尺寸為1.8m*3.8m。

3.2 支撐架體施工要點

支撐架搭設前應在現場對桿件、配件再次進行檢查，禁止使用不合格的桿件、配件進行安裝。

在架體搭設前必須對支撐面進行檢查，不得有雜物。先放線定位，然后按放線位置準確地確立擺放可調底座的位置，然后將標準基座放入可調底座；將掃地橫杠和水平斜桿鎖定在立桿上，保持其穩定；再用水平尺或水平儀調整整個基礎部分的水平和垂直，掛線調整縱、橫排標準基座是否在一條直線上，用鋼卷尺檢查每個方格的方正；檢驗合格后再進行上部標準層架體的搭設。在施工中隨著架體的升高隨時檢查和校正架體的垂直度，控制在3‰內，鎖銷一定要打緊。

立桿可調底托調節量原則上控制最底排橫桿距底座板高度不大于600mm，最上排橫桿距可調頂托板高度不大于500mm。模板支架應根據施工方案計算得出的立桿排架尺寸選用定長的水平桿，并應根據支撐高度組合套插的立桿段、可調托座和可調底座。

當搭設高度不超過8m的滿堂模板支架時，支架架體四周外立面向內的第一跨每層均應設置豎向斜桿，架體整體底層以及頂層均應設置豎向斜桿，并應在架體內部區域每隔5跨由底至頂縱、橫向均設置豎向斜桿或采用扣件鋼管搭設的大剪刀撐。當滿堂模板支架的架體高度不超過4節段立桿時，可不設置頂層水平斜桿；當架體高度超過4節段立桿時，應設置頂層水平斜桿或扣件鋼管水平剪刀撐。

當搭設高度超過8m的滿堂模板支架時，豎向斜桿應滿布設置，水平桿的步距不得大于1.5m，沿高度每隔4～6個節段立桿應設置水平層斜桿或扣件鋼管大剪刀撐，并應與周邊結構形成可靠拉結。對長條狀的獨立高支模架，架體總高度與架體的寬度之比H/B不應大于3。

3.3 拱足位置預埋地腳螺栓

拱形結構的受力特點及支撐架體的結構形式決定了施工階段拱足位置是受力最薄弱部位，特別是在混凝土澆筑過程中，拱足位置的架體所受不利彎矩最大。因此在該位置的結構側墻施工時即提前預埋地腳螺栓，為拱足位置的支撐鋼架提供穩定的拉力，以抵消不利彎矩對架體的影響。

地腳螺栓用直徑不低于25mm的鋼筋扯絲加固，端部預埋入結構墻體內，預埋深度不小于500mm，保證具有足夠的抗拉能力。

3.4 弧形鋼梁及拱足位置鋼構架的搭設

因于家堡站房工程頂板形式為三連拱樣式，利用傳統的木方進行拼裝很難達到設計要求的結構尺寸形式，若對木方進行加工處理則會影響木方承載能力，影響結構施工的安全。根據這一實際情況，按照設計三連拱的弧度加工制作了一批弧形鋼梁作為架體模板的龍骨。

主鋼梁采用焊接H型鋼、熱軋H型。支撐結構采用冷彎薄壁型鋼管，材質Q235B。主梁間連接采用承壓型高強螺栓，支撐與主梁間采用普通螺栓。

并建立了三維模型，利用MIDAS/GEN730軟件，進行結構整體分析與優化設計。

經過分析計算，得出：最大位移變形6.8mm，最大應力184.19N/mm2，最大水平力16KN，最大豎向力175KN。均滿足要求。

3.5 細部節點的二次加固

站房工程頂板部位個別位置存在變截面收口等變化，按照預定方案搭設出來的架體會出現作為主龍骨的鋼梁的支撐點沒有坐落在盤扣架體的頂托上，而是在跨中的方木上，出現受力不利的安全隱患。

針對這種特殊問題，需對搭設的架體在覆蓋模板之前進行逐點加固。凡是不在頂托支撐點位的鋼梁需從基礎板面上重新生根，對弧形鋼梁進行加固支撐。并利用桿件對重新生根加固的立桿進行穩定性連接。

3.6 三連拱頂板分階段、分區域的混凝土澆筑

由于三連拱結構跨度大、板厚大、混凝土方量大，且三連拱架體在施工階段隨上部荷載的增加易對架體產生不利彎矩。所以混凝土澆筑施工階段要從拱體結構、受力特點等方面綜合安排混凝土的澆筑順序。

為了解決澆筑難題，將混凝土的澆筑從總體上分為4步進行。

①澆筑邊墻及拱邊梁位置。根據拱形結構特點，拱足（邊墻及拱邊梁）位置是受力最薄弱部位，同時也是受力最大位置，為了減小跨中澆筑混凝土對拱足位置的水平推力，防止拱足處架體的傾覆，因此要先澆筑拱足處混凝土。同時，拱足處先澆筑混凝土，有利于后續拱坡處混凝土的澆筑。

②澆筑跨中位置。由于拱足處先澆筑混凝土對拱有擠壓作用，對架體產生了不利彎矩及水平推力。為了減少擠壓，在跨中處及時回灌40cm厚的混凝土，來保證跨中位置的力矩平衡。

③循環推進拱足處于拱頂處的混凝土澆筑。

④對稱分割，平衡推進拱頂兩側的混凝土澆筑。

4 安全環保措施

嚴禁在支撐架上集中堆放任何超重物料。腳手架懸跨部位集中堆載不超過300kg/m2，且懸跨部位最大堆載為2噸；主梁下落地架體上堆載不超過2噸/m2，最大不超過20噸。

作業人員不得隨意拆除支撐架的基本構件、整體性桿件、連接件、防護措施等。確因操作需要臨時拆除的，必須經過技術部門同意后由專業人員拆除，并按照要求進行相應補強，在作業完成后及時恢復。

每次施工前必須對施工區域內的支撐架進行檢查，發現問題及時提出，并由專業人員排除隱患，在確認無安全隱患后，方可繼續施工作業。

支撐架上不得有任何超載荷施工作業，如果確實需要超載荷作業時，必須通過項目負責人或技術部門同意，簽字后方可施工作業。

5 效益分析

該技術最大的特點是利用新型架體材料，因形制宜，在有限的條件和環境內進行最為安全和牢固的非常規結構形式的高支模作業。與傳統的施工工藝相比，進一步提高了施工進度，搭設2.2萬m3的架體平均用時只有7天。最重要的是，在提高施工進度的同時，施工質量的保證更加提高。高支模作業的風險明顯降低。具有良好的經濟效益與推廣價值。