超高小截面墩身腳手架倒三角卸荷施工工法

郭 中 華

(中鐵十五局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西 西安 710018)

超高小截面墩身腳手架倒三角卸荷施工工法

郭 中 華

(中鐵十五局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西 西安 710018)

闡述了超高小截面墩身腳手架倒三角卸荷施工工法的工藝原理，并對(duì)其腳手架搭設(shè)、框架制作、倒三角桁架施工等環(huán)節(jié)應(yīng)注意的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，指出該腳手架工法綜合效益良好，值得推廣應(yīng)用。

腳手架，工藝原理，施工，效益

中鐵十五局一公司負(fù)責(zé)施工的陜西省榆林市府谷縣東線上山道路N3標(biāo)段，起點(diǎn)樁號(hào)為K1+781.924，終點(diǎn)樁號(hào)K2+266.551，線路長(zhǎng)484.627 m。線路內(nèi)含主要單位工程為高架橋梁(二號(hào)橋)一座。其橋共有10墩2臺(tái)，橋址地形起伏大，屬于丘陵溝谷地貌，溝谷為“U”形谷，大部分橋墩凈空高度在65 m左右，同時(shí)有一條大件運(yùn)輸路緊鄰橋址。橋梁線形由125 m和225 m兩種超小曲線+緩和曲線形成“？”形，且橋存在多種縱坡、單向、雙向橫坡。此橋在設(shè)計(jì)上采用(3×40)+(2×26+2×40)+(4×40)分聯(lián)整體現(xiàn)澆。

針對(duì)此類(lèi)特殊橋梁施工特點(diǎn)，本文對(duì)超高小截面墩身扣件式腳手架施工進(jìn)行了設(shè)計(jì)、優(yōu)化和后續(xù)價(jià)值再開(kāi)發(fā)。通過(guò)在40 m～45 m處利用墩身橫系梁和少量鋼管制作一層倒三角桁架，通過(guò)三角桁架中的斜桿將上部24 m荷載全部傳遞到墩身上，成功為腳手架卸荷，使其搭設(shè)高度達(dá)到了墩身安全施工的需求。

1 工藝原理

此腳手架工法是在距小截面墩身混凝土外0.6 m～0.8 m寬度開(kāi)始搭設(shè)雙排腳手架，腳手架設(shè)置形式為全封閉式，底桿搭設(shè)置于橋墩承臺(tái)上，投影面積為7×7=49 m2。架體按照搭設(shè)高度65 m考慮，步距、立桿縱距、橫距及荷載取值，參考2011年建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范。在腳手架搭設(shè)時(shí)，同時(shí)考慮φ609 mm鋼管樁支墩安裝，結(jié)合施工方案預(yù)錯(cuò)開(kāi)鋼管樁位置，并考慮多次利用此腳手架安、拆施工。

腳手架搭設(shè)時(shí)，第一段搭設(shè)高度考慮為45 m左右，在40 m高度利用墩橫系梁承擔(dān)或直接在墩身預(yù)埋鋼構(gòu)件，用型鋼工做成一個(gè)緊貼柱體的方形框架。在此型鋼框架4.5 m高度上，腳手架的內(nèi)外立桿在與此層小橫桿交接處增加一根斜桿撐至型鋼上。此4.5 m高度的架體通過(guò)立桿、斜桿、橫桿組成一個(gè)立體三角桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算、有限元建模驗(yàn)證，桁架結(jié)構(gòu)完全能夠承載之上第二段25 m高度的荷載，變形量極小。倒三角卸荷桁架卸荷層簡(jiǎn)單有效，能保證在架體連續(xù)施工，不外擴(kuò)、不斷開(kāi)，第二段的25 m荷載不再傳遞至第一段腳手架上。

卸荷倒三角桁架結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)有限元建模，以有關(guān)規(guī)定的安全系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，荷載作用下桁架腳手架架體組合應(yīng)力最大值為55 MPa，小于Q235鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 MPa，最大位移為2.25 mm，滿足GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定主梁撓度應(yīng)小于L/400(10.5 mm)的要求。扣件的最大滑移內(nèi)力為7.77 kN，小于JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范中扣件抗滑移承載力8 kN。工字鋼橫擔(dān)的組合應(yīng)力最大值為10 MPa，小于Q235鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 MPa，最大位移為0.1 mm，滿足GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定主梁撓度應(yīng)小于L/400(3.8 mm)的要求。表明卸荷腳手架及工字鋼橫擔(dān)的強(qiáng)度、剛度均滿足要求，扣件的抗滑移滿足要求。

其桿件的最大變形量?jī)H為2 mm，型鋼框架變形為0.1 mm。其結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定、可靠。卸荷架體的穩(wěn)定安全系數(shù)為5.68，大于4。可以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足要求。

卸荷結(jié)構(gòu)架體應(yīng)力圖見(jiàn)圖1，卸荷架體位移等值線圖見(jiàn)圖2。

2 施工要點(diǎn)

2.1 腳手架搭設(shè)

遵循有關(guān)規(guī)范,按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)腳手架先進(jìn)行地面平面布置放樣，確定每根立桿位置。

腳手架立桿縱距1.2 m，橫距1.0 m，水平桿步距1.5 m。架體距離混凝土結(jié)構(gòu)面0.6 m～0.8 m,立桿全落于C30混凝土基礎(chǔ)上，每3 m高度用鋼管緊靠柱身做成井字鎖扣代替兩步三跨連墻件。每6 m設(shè)置橫向斜撐一道，全程布置斜撐滿掛綠網(wǎng)。采用鋼管爬梯或安全爬梯通道，每10 m設(shè)置一道安全平臺(tái)，平臺(tái)采用腳手板滿鋪，防墜網(wǎng)滿掛。

墩身施工采用5 m為一個(gè)翻模標(biāo)準(zhǔn)，墩身鋼筋布置形式為連環(huán)套箍，支架每次需高于此次施工頂面1.5 m～2 m高。在墩身澆筑混凝土等強(qiáng)時(shí)間時(shí)為架體升高時(shí)間。第一段腳手架施工高度到45 m，即準(zhǔn)備卸荷桁架施工。

2.2 框架制作

腳手架及墩身施工高度達(dá)到40 m時(shí)，此時(shí)在墩身40 m處做預(yù)埋件，材料采用40 cm×60 cm×2 cm鋼板制作，在鋼板背后焊接兩條工字鋼與2根L型鋼筋作為在混凝土中的錨固件，框架材料選用Ⅰ20型鋼制作。如不預(yù)埋，則需考慮在高程相近處橫系梁上用更大型號(hào)的型鋼井字鎖扣框架也可達(dá)到相應(yīng)效果。因本橋現(xiàn)澆支架體系中在此高度上的，有鋼管樁支墩與墩身連接的預(yù)埋鋼板，所以本工法利用預(yù)埋件做卸荷層支點(diǎn)。

在預(yù)埋件高度的墩身模板拆除后，將長(zhǎng)度加工好的型鋼吊裝至預(yù)埋件位置，型鋼與型鋼轉(zhuǎn)角間焊接牢固，整體框架施作時(shí)應(yīng)保證在同一水平高度。框架與預(yù)埋件必須焊接牢固，并做三角架支撐。

2.3 倒三角桁架施工

當(dāng)墩身和腳手架施工超過(guò)45 m時(shí)，Ⅰ20鋼框架安裝完成后，開(kāi)始施工倒三角立體桁架結(jié)構(gòu)，布置形式為:

1)原腳手架每個(gè)面上均衡選擇3對(duì)～4對(duì)內(nèi)外立桿和4個(gè)邊角內(nèi)外立桿，增加相應(yīng)斜桿分別撐于Ⅰ20框架之上，以此來(lái)形成倒三角桁架結(jié)構(gòu)主體。2)在4.5 m高的結(jié)構(gòu)頂部，對(duì)結(jié)構(gòu)層頂面增設(shè)平面拉桿進(jìn)行拉結(jié)，增加桁架的穩(wěn)定性，并減少結(jié)構(gòu)變形。3)在能貫穿的部位，加設(shè)通長(zhǎng)鋼管拉結(jié)，加強(qiáng)整體性，如混凝土身無(wú)貫穿區(qū)域時(shí)，可利用拉桿眼用多根鋼筋或鋼絲繩對(duì)結(jié)構(gòu)四面進(jìn)行拉結(jié)。

卸荷架體完成后，根據(jù)受力分析及有限元建模，卸荷桁架架體在受力情況下會(huì)產(chǎn)生微量的形變，但可近似認(rèn)為之下的第一段腳手架不再承擔(dān)40 m以上的荷載，整個(gè)超高架體重新達(dá)到一種安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。45 m以上架體按照第一段架體形式繼續(xù)搭設(shè)，與墩身施工循環(huán)至墩頂。

3 效益分析

1)采用超高小截面腳手架施工時(shí)，墩身腳手架施工時(shí)間安排在混凝土澆筑后等強(qiáng)時(shí)間段內(nèi)，與鋼筋綁扎、模板架立等工序并不沖突，不需要增加額外工期時(shí)間。2)全封閉性施工與普通臨時(shí)懸挑施工平臺(tái)+電梯方案對(duì)安全有大的提升，杜絕了高空墜物和人員高空墜落的隱患，安全效益顯著。3)與普通臨時(shí)懸挑施工平臺(tái)+電梯檔案相比，施工更連續(xù)、穩(wěn)定、整體，施工效率更高。4)針對(duì)此橋施工特點(diǎn)統(tǒng)籌計(jì)劃，達(dá)到墩身、現(xiàn)澆支架、主梁多次利用，提高現(xiàn)澆支架安裝效率和質(zhì)量，大宗租賃材料的使用周期有所縮短。5)現(xiàn)場(chǎng)文明施工效果好，工程形象提升大。

4 應(yīng)用實(shí)例

中鐵十五局集團(tuán)第一有限工程公司在府谷東線上山道路工程N(yùn)3標(biāo)段內(nèi)二號(hào)高架橋施工中，因環(huán)境制約、施工需要及業(yè)主要求等原因開(kāi)發(fā)了超高小截面墩身倒三角桁架卸荷腳手架施工工法，該工法雖然在初期材料投資較大，但經(jīng)過(guò)統(tǒng)籌安排，合理布局設(shè)計(jì)，使材料充分周轉(zhuǎn)、利用，在各方面都取得了較好的效益。該工法施工受到了業(yè)主、監(jiān)理單位的一致好評(píng)，對(duì)工程進(jìn)度、質(zhì)量和成本控制給予了很高評(píng)價(jià)，并在2014年度獲得河南省住建廳省級(jí)工法獎(jiǎng)勵(lì)。

Inverted triangle unload construction methods of ultra-high small-section pier scaffold

Guo Zhonghua

(ChinaRailway15thBureauGroup1stEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710018,China)

The paper introduces the inverted triangle unload construction technology principles of ultra-high small-section pier scaffold, and analyzes technological points needing attention including scaffold erection, frame manufacture, inverted triangle truss construction and so on, and points out its good comprehensive benefits. Thus, it is worth promoting.

scaffold, technological principles, construction, benefits

2015-02-02

郭中華(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)11-0166-02

U443.22

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