承插型盤扣支架在機場地下結構施工中的應用★

劉 玉 健

(中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

北京新機場城際聯絡線位于北京市大興區和河北省廊坊市境內，線路自北向南，起止里程為DK42+038～DK46+115，正線長度4 077 m，下穿新機場T1航站樓，地下2層設新機場站，車站起止里程DK43+161.000～DK43+677.744，長度為827.744 m，分為拱形斷面和矩形斷面。矩形斷面結構長516.744 m，結構寬由15.50 m逐漸過渡到58.91 m，結構高14.05 m～13.15 m，采用2跨～4跨單層矩形斷面C40鋼筋混凝土結構，縱梁結構體系，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 支架體系設計

結合本項目結構特點，矩形結構范圍采用承插型盤扣支架體系施工。設計方案如下：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Q345B；水平桿采用φ48 mm×2.5 mm鋼管，材質Q235B；豎向斜拉桿采用φ33 mm×2.3 mm鋼管，材質Q195。主龍骨采用185鋁梁，布置間距根據立桿進行調整，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，按照圖紙進行布置。頂托絲桿長度為600 mm，可調范圍300 mm；底座絲杠長度為450 mm，可調范圍200 mm。2.5 m高頂梁下支撐點間距為600 mm×1 500 mm，主龍骨采用185鋁梁，順梁鋪設，間距為600 mm；1 m厚頂板支撐點最大間距為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、斜桿等關鍵部件。其中立桿選用鍍鋅鋼管，規格尺寸為φ60×3.2 mm，鋼管選用具有強度大、承載力強的Q345B材質。施工階段選用套管或者連接棒實現立桿、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行固定，使得整個支撐架體具有幾何不變體的特征。相比較傳統的施工方案，采用該施工工藝不僅減少了支撐體系中活動零件的數量，而且施工相對簡便，優化了整個支撐架體的受力性能，實現了立桿、橫桿、斜桿的鉸接方式匯交，使得各桿件均為二力桿，最大限度地與計算模型符合，減小了桿件實際受力與理論計算結果的誤差，確保其具有雙向固定能力。

承插型盤扣支架節點示意圖見圖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)計算，取1 000 mm板寬驗算：

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)結構腳手架施工荷載2 kN/m2。

荷載組合：

恒荷載分項系數取1.2，活荷載分項系數取1.4。取1 m寬的板為計算單元。

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。

面板按三跨連續梁計算，支撐跨徑取l=100 mm，受力計算見圖3。

強度驗算：

強度滿足要求。

撓度驗算：

15 mm多層板驗算滿足要求。

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，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。

恒荷載分項系數取1.2，活荷載分項系數取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：

最大彎應力：

故強度滿足要求。

撓度驗算：

主龍骨按三跨連續梁計算，調整系數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，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。

恒荷載分項系數取1.2，活荷載分項系數取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：

最大彎應力：

故強度滿足要求。

撓度驗算：

次龍骨按三跨連續梁計算，調整系數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。

恒荷載分項系數取1.2；活荷載分項系數取1.4。

q=(a+b+d)×1.2+c×1.4=75.32 kN<90 kN。

所以架體安全。

2)架體整體穩定性計算：

根據JGJ 231—2010建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程，不考慮風荷載影響，可以采用以下公式計算架體穩定性：

立桿的軸向壓力設計值：N=75.32 kN。

立桿截面特性：

A=574 mm2；i=20.220 0 mm；

[f]=300 N/mm2。

立桿長度則根據公式計算得出：

lo=ηh=1.2×1 500=1 800 mm;

lo=h′+2ka=1 000+2×0.7×650=1 910 mm。

其中,η為長度計算時對應的修正系數，當水平桿的步距為1.5 m時，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縮短一個盤扣，取值1 000 mm；a為可調托座支撐點距離頂層水平桿中心線數值，取值為650 mm；k為懸臂端在計算時對應折減系數，取0.7。

取較大值lo=1 910 mm。

長細比Lo/i=94.46。

軸心受壓立桿的穩定系數φ,由長細比lo/i的計算結果，根據JGJ 231—2010建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程中，附錄D查表得到：φ=0.512；立桿凈截面面積：A=5.74 cm2。

故架體整體穩定性滿足要求。

5 承插型盤扣支架體系的應用

1)施工工藝。

施工準備工作→施工放樣→可調節底座施工→安裝支架立桿→安裝支架橫桿→調整水平布局、豎向高度→焊接安裝→斜桿施工并完成架體施工→調整支架的標高→龍骨施工→模板施工→檢查驗收→支架預壓→鋼筋施工→混凝土施工→混凝土養護→支架拆除。

2)支架搭設。

底板混凝土澆筑施工結束后，混凝土強度滿足設計強度標準，首先由施工人員進行放樣施工，施工過程中，應結合設計圖紙的要求，采用墨線對每一節段(40 m)底板彈出對應的支架安裝區域。其次結合本工程支架設計要求，對可調節底座的伸長值進行調整，確保其不高于30 cm。第三結合放樣結果開始進行支架的施工，第一道水平桿施工過程中，應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行豎向斜桿的搭設施工，并將其套入圓盤大孔中抵住立桿的圓管。最后采用銷板對圓盤大孔進行貫穿固定。應注意豎向斜桿如果方向存在差異會影響整個立桿的搭設施工。

掃地桿、橫桿及斜桿施工階段應采用水準儀等設備對整個架體的穩定性進行測定，確保其橫向、縱向位于同一條直線上，并最后用鋼卷尺進行復查，確保施工規范性。每完成一層支架施工，都需要對水平桿的步距進行校準，并確保縱向、橫向等偏差滿足設計要求。

整個支架的桿件施工結束后，采用水準儀等設備通過調整頂托使得托座頂的標高滿足圖紙要求，將采用185鋁梁制作而成的主龍骨鋪設在可調節頂托上，并橫向鋪設次龍骨，次龍骨的尺寸為100 mm×100 mm的方木。最后完成模板施工。

3)支架驗收。

在模板工程結束后，需要對本工程的承插型盤扣支架的施工質量進行驗收，具體檢查過程中需注意以下關鍵點：底板的強度是否滿足設計強度值；立桿與底座之間是否保持固定狀態；其他部件的連接施工是否符合標準施工要求；關鍵區域如底座、頂托等施工高度是否達標；連接扣插銷的拔力是否滿足設計標準。經過驗收后滿足設計施工要求的支架如圖5所示。

4)支架預壓。

底模施工結束后，可進行支架預壓。支架預壓重量應當根據頂板(加鋼筋)實際斷面，進行精密計算，確保其能夠均勻的分布在底模上，最高荷載不應超過頂板的重量的110%。本工程的支架預壓采用沙袋來進行，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倍的加載量進行預壓施工。同時在預壓過程中，應控制好預壓的速率，避免出現支架過載影響整個工程的建設質量。

當支架穩定后，即可卸掉沙袋，卸載時要分層卸，全部卸完后，測量底模標高，計算出支架的彈性變形量。畫出彈性變形曲線，以此來對模板的預拱度進行優化。最后在所有施工結束后，需要對支架、模板的施工質量再次驗收檢查。

5)支架拆除。

基于相同的施工條件下對試驗混凝土進行養護，當試驗混凝土達到設計要求強度后，并確保頂板的混凝土滿足標準施工要求，經監理簽字確認，方能開始對支架進行拆除。拆除過程中應當首先對跨中區域的支架模板進行松動，其次松動支架兩端，然后觀察支架是否存在異常變形情況。若無異常現象，則可以按照從上到下的順序進行作業。具體應注意以下施工要點：

a.架體拆除順序應遵循由上而下，先搭后拆的原則。并按一步一清的原則依次進行，要嚴禁上下同時進行拆除作業。

b.拆除過程中嚴禁同時進行剪刀撐和拉桿的拆除施工。要求按層進行拆除，每層拆除立桿過程中，應先固定立桿，再拆除最后的連接扣。而其他部件的拆除施工，應從中間向兩端的連接口逐漸進行拆除。拆除操作應注意2人～3人的協作，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，嚴禁拋擲，做到隨拆、隨清、隨運，分類、分堆、分規格碼放整齊，要有防水措施，以防雨后生銹。

d.支架拆除施工階段，應注意做好施工現場的安全工作，設置必要的警示標示牌并設置專人進行現場管理，避免非作業人員進入到施工區域。

6)施工過程監測。

結構施工過程中，采取一定的技術措施來控制支架的豎向、水平位移，避免支架因此出現坍塌等安全事故。整個監測階段，一旦發現支架出現結構不穩定的跡象，應當立刻按照預案采取修理措施加固。

a.監測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護階段。每個階段支架的水平、豎向位移都需要如實記錄。

b.一旦監測到支架存在不正常的位移現象，應當立刻停止現場施工作業，并對支架采取有效加固措施。

c.混凝土施工階段，需要設置專人監控支架的穩定性，并杜絕非作業人員進入到施工區域。

6 結語

北京新機場城際聯絡線新機場站變截面地下結構施工過程中，采用了承插型盤扣支架體系，該體系采用具有更高屈服強度的低合金材料，相比較碳素鋼材，成本可降低接近10%，同時整個施工過程中，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，桿件均為二力桿，確保了工程施工階段的安全性，保障了工程建設的周期，實現了經濟效益、社會效益的雙豐收。