粗鋼管立柱的模板承重系統施工技術的成功嘗試

齊鵬飛++黃靜++劉亞進++鄭功林

摘要：土木建筑工程施工過程中，現澆混凝土承重模板的支撐結構一般采用滿堂紅扣件式鋼管排架、原木立柱、鋼格構式井架、鋼管井架、桁架、預埋牛腿支架等方法，且被廣泛采用；而對于以粗鋼管作為高大厚重結構的承重模板立柱的施工技術應用極少，我局在溪洛渡水電站右岸導流洞出口閘室成功地應用了以？準150粗鋼管作承重模板立柱的施工技術，節約了大量工期，創造了非常可觀的經濟效益。

Abstract： In the process of civil engineering construction， the supporting structure of cast-in-place concrete load-bearing formwork is generally full-red buckle-type steel tube rack， wood column， steel lattice derrick， steel derrick， truss， or embedded corbel bracket； and the application of the construction technology of the bearing columns with the thick steel pipe as the tall and heavy structure is very few. China Gezhouba Group Xiluodu Construction Bureau has successfully applied the ？準150 crude steel pipe as the load-bearing template column construction technology in Xiluodu hydropower station right bank diversion tunnel exit gate chamber， thus shortening the construction period， and creating a very substantial economic benefits.

關鍵詞：粗鋼管立柱；承重系統；施工技術；成功嘗試

Key words： crude steel pipe column；load-bearing system；construction technology；successful attempt

中圖分類號：TU392.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）02-0131-04

1 概述

結構物。溪洛渡水電站裝機12600MKW，導流洞為城門洞型。右岸4#導流洞出口閘室上游段EL384.5鋼筋混凝土頂板為平頂，凈高20m，頂板的寬×長分別為3.1×18m（上游）、2.7×18m，中間為4.2m寬的工作門槽，鋼筋混凝土頂板高度10.5m，分3層澆筑，第1層澆筑為1.5m厚。模板支撐系統上下游方向分兩部分，上游3.1m，下游2.7m，兩部分之間寬4.2m的門槽段通過？準80鋼管連接；支撐架管自上而下分兩層，上層7.52m，下層12m，兩層之間通過螺栓連接。

安全、快速地施工和拆裝，以及節約成本是本方案的特點。

2 粗鋼管承重系統施工方法

2.1 承重結構布置

2.1.1 立管

中國葛洲壩集團溪洛渡施工局采用？準150×4mm（厚度4cm）舊鋼管和鋼牛腿架作為4#導流洞出口閘室頂板的承重構件，見圖1～4、圖6。每根混凝土梁下布置立管3*9=27根立管。順流向3根立管采用5×5×0.4cm（斜向綴條）、7×7×0.7cm（水平）角鋼固定成片，角鋼共8層，最大步距3.2M；在每層與水平角鋼垂直方向，采用？準80鋼管同立管和角鋼連接，？準80鋼管兩端與閘墩接觸，在？準150立管兩端、距地面11.6吊點處，利用？準80鋼管作水平方向剪力撐。這樣？準150鋼管便形成了粗鋼管排架。

2.1.2 頂部主、次梁。

？準150鋼管柱排架上部采用I20a工字鋼作為主梁，I10工字鋼作次梁，利用I10工字鋼頭（12cm長）、鋼板或少數槽鋼頭（12cm長，雙靠背，或用0.5cm鋼板封邊的單個）找平；靠邊墻側采用鋼牛腿支撐主梁，鋼牛腿通過定位錐固定，間距與立管相同。結構布置見圖2、3及圖5、6。

2.2 施工順序

承重支撐系統施工順序如下：

選材→異地焊接成架→轉運→定位拼裝→連墻件及構造加固→主次梁吊裝和調平→立模→澆筑監測→拆除。

2.3 主要工序施工方法

2.3.1 選材與連接

①立管，見圖7及B大樣。立管選用內徑150mm，管壁實際厚度4mm（計算厚度3.5mm）的無縫可焊接鋼管，立管下部12m采用兩根6m型材對接焊接，與上部7.52m鋼管采用法蘭盤連接；立管兩端焊10*200*200mm鋼板作基座。

②？準80水平鋼管和斜撐接長。橫向（垂直洞軸線）水平管、斜向剪力撐和綴條采用內徑80的無縫鋼管，無縫鋼管接長采用鋼筋搭接焊接，與立管之間采用角鋼頭過渡連接。部分水平邊拋桿（跨度小于3m）可采用？準48鋼管。

③工字鋼主連接。采用型材9m/根的I20a工字鋼作為主梁，每根主梁長18m，由2根9m型材組成，兩根接頭兩側采用0.5cm厚鋼板焊接。主梁與立管點焊連接，與找平工字鋼點焊連接；找平層至次梁之間焊接連接。

④梁模板采用標準鋼模板P3015、P1015。

⑤次梁。采用型材9m/根的I10工字鋼作為主梁，將上、下游梁之間的工字鋼次梁用鋼板對接焊接。

⑥管件之間交叉連接采用8cm長63*63*6短角鋼過渡連接，以免拆除時割傷管件造成材料浪費。節點連接型式見圖7。endprint

2.3.2 架管預制

①所有受力立管構件采用分片預制后再整體拼裝。分片參見圖1、圖2、3。將圖中9列立管排架網格分成6片（也可根據場地條件將下部分成4片或不分片）。圖中下部1#、2#、3#高12m，上部4#、5#、6#高7.57m。每片分成上游、下游兩榀，編號區分，如1#-1、1#-2。其中1#-1為下游梁體下部12m高排架，1#-2為上游梁體下部12m高排架。每榀均為3層架管。

②首先加工各層12m高的架管，及將順流向的3根架管采用70×70×7角鋼（水平向）、50×50×4角鋼（綴條）焊接成整體，再按照3×3格局用？準80橫鋼管焊接成片。

③綴條、橫桿、剪力撐、拋桿伸入排架內部分等構件，全部在平地上與立管焊接好，吊裝就位后再連接。

2.3.3 吊點選擇與加固

上游1#-2重量最大，重4.1t，長度12m，采用50t汽車吊、利用鋼絲繩起吊，平板拖車運輸到安裝部位。

每片管架選最上一步四角橫桿作為穿繩起吊點。采用4根等長鋼絲繩（4個吊點）將四角立管的角鋼系緊扣好后緩慢起吊。每吊裝塊上將排架上部水平面、立面兩個方向的剪力撐焊接好，以防排架變形后法蘭螺栓連接困難。實際施工起吊過程中很好的保護了立柱結構形體，螺栓連接很順利。

2.3.4 支撐系統拼裝與拆除

①排架拼裝順序。

先安裝門槽下游部分排架，再安裝上游部分，順序如下：

下游部分：1#-1—靠墻側支撐桿—2#-1—靠墻側支撐桿-3#-1—靠墻側支撐桿-上部4#-1—靠墻側支撐桿—5#-1—靠墻側支撐桿-6#-1—靠墻側支撐桿-工字鋼主、次梁。

門槽上游部分：當下部結構再不需用吊車后，再安裝門槽上游游部分排架，順序如下：

1#-2—靠墻側支撐桿—2#-2—靠墻側支撐桿—3#-2—靠墻側支撐桿—上部4#-2—靠墻側支撐桿—5#-2—靠墻側支撐桿—6#-2—靠墻側支撐桿—工字鋼主、次梁。

②裝配方法。

首先采用全站儀定位立柱群最邊上的4個立管中心線，再上下各拉兩根線形成#字型控制面，并在閘墩上用油漆標識，在吊裝時調整平面位置，保證立管垂直度。

選用50t汽車吊吊裝鋼管架；利用門槽兩端的交通梯，采用人工搬運拋桿，對裝配網架上的外伸件及時接長。梁體兩端鋼牛腿采用在邊墻混凝土中預埋定位錐施工，場外加工好鋼架，再采用人工拼裝。

③拆除。

從上而下逐層拆除。拆除時間安排在EL395平臺形成后進行。其中上部4#、5#、6#管架需要用氣焊分割，剔出立管上的橫桿、綴條，下部1#、2#、3#架管可不分解，而采用載重汽車配汽車吊調離現場。

3 支撐系統設計及驗算要點

本支撐系統結構類似于滿堂紅普通扣件式鋼管排架，但選材和連接模式與其有本質的區別，因而計算模式和方法也不同，更不可能采用扣件式腳手架的計算軟件來計算。

3.1 考慮的荷載

3.1.1 考慮的荷載有

①新澆混凝土重量，按照1.5m混凝土厚度驗算，澆筑氣溫在3～15℃，兩臺泵機5小時澆完，泵送混凝土重2.5t/m3。入倉溫度取10℃，塌落度16cm。

②鋼筋重量。按圖計算。

③模板及支架自重。

④活荷載：混凝土傾斜入倉時的沖擊力；振搗混凝土時產生的荷載；施工荷載等其它活荷載。不考慮積雪等偶然荷載；由于架管被圍堰和巖體包圍，不考慮風荷載。

3.1.2 荷載組合

仍然按照規范和慣例組合，但所有荷載均乘相應的分項系數：靜載×1.2、活載×1.4，而不是僅僅限于標準荷載時乘分項系數。

3.2 頂部主、次梁按照壓彎構件驗算

模板下共24根I10工字鋼作次梁，次梁間距0.75m，按照2跨懸臂受彎桿件驗算；次梁下的主梁為3根I20a工字鋼，主梁取承壓面積最大的上游中間一根（及圖1中B）按照5等跨聯系梁計算。主次梁和模板計算比較簡單，主要驗算抗彎應力、撓度等，按照規范組合荷載即可，不詳述。

3.3 立管承載力及穩定性計算

取圖1中B列中任一根立管計算。所有排架立管中，上游排架中間一排（B列）受立最大，承受1.1*1.8m2的頂部荷載。考慮立竿在每3.2m高度處的連接不可能完全當固定支座，立竿按照L=3.2m、兩端鉸支計算。

考慮到：①缺乏試驗數據而對計算模型依據的充分性、可靠性并沒有十足的把握；②架管失穩的波長往往大于步距，依據扣件式腳手架施工安全技術規范JGJ130-2001，再將長度L乘長度折減系數1.15*1.7。按照1.5m澆筑高度驗算立柱強度和穩定性。

按強度驗算立管承載力。采用允許應力法，A3鋼立管的允許壓應力取【σ】=215n/mm2，結果均滿足要求。

穩定性計算。通過立管長細比計算，判斷立管失穩破壞的形態是由于立管線彈性范圍內的失穩所致：

d2y/（dx）2=M（x）/（EI）成立

用歐拉公式計算臨界應力，進而計算立管安全系數。這里按兩端鉸支μ=1（保守，應在0.7～1之間）計算長細比明顯保守。經過計算1.5m澆筑高度時的安全系數為2.2可行。再按照折減系數法（及穩定系數法）驗算工作應力，計算結果為σ=134.9n/mm2，小于允許壓應力【σ】=215n/mm2。比較這兩種方法計算結果，我們發現其安全儲備相近。

支座。取3.2m立管高度計算。立管兩端支座內力計算可用有限元知識近似計算。這里僅僅采取構造措施，利用角鋼和鋼管將立管焊接成與閘墩邊墻相連的整體（實際只在門槽內加了連墻件），保證支座在水平方向的穩定。

4 結論

通過計算可知，采用本文所述施工技術施工時，4#導出口閘室EL384.6閘室頂板承重模板系統滿足強度和穩定性要求。本文所述粗鋼管承重施工技術應用后，預期目標全部實現，搭設、拆除各只占用3天直線工期（原方案計劃工期30天、20天），頂板形體誤差滿足優良標準要求。其成功應用證明本方案本身和設計計算無大的缺陷或安全隱患。

參考文獻：

[1]JGJ130-2001，建筑施工扣件試鋼管腳手架安全技術規范 2002.

[2]吳代華.材料力學[M].武漢工業大學出版社，1998.

[3]江正榮.簡明施工計算手冊[M].中國建筑工業出版社，1999.endprint