型鋼與盤扣鋼管支架組合體系在地下工程施工中的應用

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

五六號調蓄池工程為太原市重點工程，位于雙塔北路西側，五龍口街南側，鄰近太原市火車站，該區域屬太原市核心區域，是未來太原市的重要發展區域。五六號調蓄池采用全地下封閉形式，結構平面尺寸為149.1×68.9m，埋深16.5m，池底標高為789.2，池頂板標高為806，頂板厚0.3m，現澆鋼筋混凝土結構，由于尺寸較大，設置了后澆帶和加強帶。采用地下連續墻+內襯墻（兩墻合一）圍護開挖施工，水平設置兩道永久框架支撐。調蓄池上部合建格柵間、變配電間、控制室、值班室等，采用現澆鋼筋混凝土框架結構，剖面示意圖見圖1。

圖1 五六號調蓄池剖面示意圖

本工程主體結構頂梁板為現澆形式，按照傳統施工方式施工頂梁板需要174256.75m3盤扣鋼管支架。且需在2019年汛期來臨前完成頂板施工，方可確保太原火車站周邊地區安全渡汛。如何能在減少滿堂支架用量、提高支架周轉效率、降低施工風險和成本的前提下加快施工進度是本工程的施工重難點。

2 組合支架體系施工方案

2.1 總體施工方案

五六號調蓄池為框架梁板結構，結合現場交叉施工和場地條件，頂板采用跳倉法施工，共分為六個板塊，采用以第一道鋼筋混凝土支撐為基礎，盤扣式鋼管支架+型鋼組合的支撐體系，模板主要采用木模拼裝。其中型鋼接頭采用夾板形式進行連接，橫向采用鋼筋連接加固。

2.2 盤扣式鋼管支架搭設方案

調蓄池整體被兩道混凝土支撐（上部為第一層支撐，下部為第二層支撐）分為三層，該施工方法最顯著的特點為：在下面兩層僅需正常施工后澆梁，之后在第一層支撐上鋪設型鋼，以型鋼為基礎搭設支架，只需要在最上面一層搭設滿堂支架進行頂板施工。

根據設計和施工規范要求，為保證滿堂支架的承載力，在第一層支撐梁頂部搭設支架，支架采用盤扣支架（Φ48×3.2mm）。架設支架前，支架底部先橫向鋪設（非棧橋區域）間距1200mm的Ⅰ25b 工字鋼，工字鋼之間采用Φ25 鋼筋進行連接加固。支架底端設500mm 的底座調平螺栓。支架立桿縱向間距為1200mm，橫向間距為1200mm，縱橫向橫桿架設均為5 道，步距1.5m。橫縱向剪力撐每道支撐中心間距設一道。

支架頂端設Φ38×5.0×500mm 的可調托座，在頂端上面鋪設10mm×10mm 方鋼，間距1200mm，然后上面鋪設100mm×100mm的方木，間距為300mm，用于竹膠板固定。方木鋪設完后，上面鋪設2440mm×1220mm×15mm的竹膠板，板與板之間的縫隙采用膩子填充密實，頂板模板支架搭設如圖2所示。

圖2 頂板模板支架搭設詳圖

2.3 底部支架橫梁搭設方案

支架基礎選用25b 工字鋼，工字鋼按照支架立柱間距1200mm 進行放置，保證立柱支撐穩固。工字鋼安放前，提前測定各支撐點標高，保證工字鋼水平。對于高差較大的，在工字鋼安放時采用鋼板進行調整。

每道工字鋼橫梁需通長連接，借鑒軌道連接方式，在工字鋼兩端鉆孔后，采用Φ20 高強螺栓夾板進行工字鋼拼接，保證工字鋼支架基礎整體穩定性，并可重復利用。工字鋼兩端支撐在第一層混凝土支撐上，跨度6.3m。相鄰工字鋼在兩端、跨中采用Φ25 鋼筋連接，最終將全部工字鋼梁連成整體。底部支架橫梁排列平面圖、立面圖分別參見圖3、圖4。

圖3 底部型鋼支架橫梁排列平面圖

圖4 底部支架橫梁排列立面圖

3 受力計算

3.1 參數信息

（1）鋼梁、腳手架參數

鋼梁跨度：6.3m，間距：1.20m；

腳手架橫向間距：1.20m；縱向間距：0.6m；

（2）荷載參數

腳手架均布荷載標準值：15.574 kN/m2；

（3）25b 工字鋼材料參數

h=250mm ；b=118mm；d=13mm；t=10mm；

截面積：53.5cm2；重量：42kg/m；

截面慣性矩Ix：5284cm4；截面抵抗拒Wx：423cm3。

3.2 驗算

（1）荷載

a.鋼梁自重（每跨長37.8m）：q1=0.412kN/m；

b.鋼梁承受腳手架荷載（每跨30 根）

F=15.574×30/37.8m=12.36kN/m

c.總荷載q=q1+q2=12.77kN/m

（2）強度驗算

簡支梁：M=12.77×6.3×6.3/8=63.355 kN.m

最大應力：σ=149.78N/mm2＜［f］=215 N/mm2

滿足要求。

（3）整體穩定

整體穩定應滿足Mx/ΦbWx＜f：查規范得：

Φb=1.09，因Φb＞0.6，經計算得

Φ=1.07-0.282/Φb=0.811

Mx/ΦbWx=63.355×106/0.811×423×103=184.68N/mm2＜［f］=215 N/mm2，滿足要求。

4 型鋼與鋼管支架體系主要施工技術

4.1 施工工藝流程

在第一層支撐上鋪設工字鋼→支架搭設→頂板底模安裝→支架預壓→梁底模板安裝→梁的鋼筋綁扎→梁側模安裝→頂板側模安裝→頂板鋼筋綁扎→澆筑頂板混凝土→混凝土養護→支架拆除。

4.2 支架搭設

后澆梁滿堂支架搭設：梁底支架設置三道立桿，間距為0.6m，外側施工平臺立桿間距為1.2m，空余位置采用間距為1.5m立桿連接為整體。頂板滿堂支架搭設：支架基礎間距1.2m 工字鋼鋪設。板底支架間距為1.2m×1.2m，梁底間距為1.2m×0.6m。

4.3 模板安裝

竹膠板自重輕，安裝拆卸方便，避免涂抹脫模劑（脫模劑在大體積上部主體構造中很容易污染鋼筋），澆筑后混凝土外觀美觀，被大范圍用于現澆混凝土施工中，且經過對頂板底模檢算，竹膠板完全滿足頂板施工要求。因此，為保證混凝土的外觀質量，頂板底模采用厚度1.5cm，長×寬：244×122cm 新竹膠板。竹膠板存放時板面不得與地面接觸，需下墊方木，邊角對齊堆放，保持通風良好，防止日曬雨淋，模板之間的錯臺需小于1mm，模板拼縫采用海綿膠條封閉，防止漏漿，且拼縫縱橫成線，避免出現錯縫現象。

其他支架及模板安裝等傳統工藝，本文不再相依闡述。

4.4 支架預壓

為嚴格控制頂板支架的變形，保證抵消支架變形的預留高度，消除非彈性變形，準確檢查工字鋼承載力及支架梁承受荷載的能力，在支架及底模安裝完成后需按照要求提前進行靜載預壓，預壓采用堆載預壓法，分跨進行預壓，預壓材料可選用袋裝砂等。每個單元內支架預壓荷載應為此單元內上部結構自重及未鋪設的模板總重量的1.1 倍并重點注意對工字鋼和支撐梁強度變化處等關鍵部位的預壓。為了預壓過程中能隨時準確掌握支架變形情況，支架及底模完成后，在每跨的中心、四分之一跨預先設置觀測點進行觀測。預壓監測點布置如圖5 所示。

圖5 模板預壓監測點詳圖

經過數據監測，對頂板底模沉降量及工字鋼支架基礎進行數據總結如表1：

通過現場實際堆載預壓及相關數據驗算，驗證了工字鋼+滿堂支架的結構穩定性，結合預壓沉降數據，根據該彈性變形值，在底模上提前設置預拱度，以使支架變形后梁體線型滿足設計要求，預拱度按二次拋物線線形通過調整盤扣支架頂托的標高進行設置。

表1 監測數據匯總表

5 經濟對比分析

五六號調蓄池工程基坑深度大，從底板開始搭設盤扣支架至頂板，頂板支架高度達到16.5m，需用鋼管架數量極大，且中間的兩層混凝土支撐嚴重影響支架搭設。

在一層支撐梁頂部鋪設工字鋼作為支架基礎，在工字鋼上鋪設防滑跳板后再進行滿堂支架搭設作業，搭設高度僅5.2m，從而大大減少盤扣支架的使用量。該工藝施工簡單，減少支架搭設量60%以上，且可以有效的縮短工期，達到成本節約的目的。對于采購的型鋼，由于使用高強螺栓機械連接，可以重復利用，保證了節約成本最大化。

6 結束語

型鋼與盤扣鋼管支架組合在五六號調蓄池框架結構體系中的應用，有效解決了傳統框架結構體系滿堂支架施工復雜、體量大等諸多問題，順利實現了提高工程進度、節約施工成本、降低施工風險的目的，可為同類型項目施工提供參考與借鑒。