大截面、大跨度、高大支模三连拱顶板综合施工技术
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大截面、大跨度、高大支模三连拱顶板综合
施工技术
作者:唐国善
来源:《科技创新与应用》2013年第12期
摘 要:京津城际延伸线于家堡站站房工程是国内首例全地下站房工程。工程共分地下两
层,其中负一层层高达10m,顶板结构形式为三连拱,板厚1m,沿基坑横轴位置跨度达
20m。三连拱具有其他结构形式不具备的承载优点,但是在前期施工三连拱阶段,却在安全、
质量等方面存在较大的风险和困难。根据工程的特点高支模作业成为三连拱顶板施工的重中之
重,技术团队从现场实际入手,摸索总结出了一套行之有效的综合施工技术。
关键词:三连拱;大跨度;高支模;安全技术
1 前言
土建结构施工中,高大支模作业一直以来因支撑架体搭设高度高,跨度大,上部承载结构
荷载大,施工荷载密集,且在在施工阶段受力不均匀,易发生群死群伤安全事故等特点,被作
为土建工程中的高风险作业。住建部在2009年《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》
中,专门对此进行了详细的说明与规定。
2 工艺原理
2.1 利用新式架体提高架体的整体稳定性和承载能力,在架体承载内力与稳定性方面较传
统的碗扣架有明显的提高。
2.2 利用拱形结构跨越能力较大,受压时会分散传力的特点,在拱形中间合理增加结构荷
载,以利于整体的稳定性。
2.3 根据拱形结构的受力特点,利用已有结构提供拱足需要的足够支撑力,提高整个弧形
结构的安全性能。
2.4 引用了钢梁作为结构底模的龙骨,有效的提高了架体的承载能力,降低了受力薄弱部
位存在的安全隐患。
3 施工操作要点
3.1 于家堡站站房工程三连拱站房顶板结构形式
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站房结构顶板为三连拱样式。跨度为20m+20.5m+20m,层高约10m,结构顶板厚1m,
B、C轴位置顶板大梁处,大梁截面尺寸为1.8m*3.8m。
3.2 支撑架体施工要点
支撑架搭设前应在现场对杆件、配件再次进行检查,禁止使用不合格的杆件、配件进行安
装。
在架体搭设前必须对支撑面进行检查,不得有杂物。先放线定位,然后按放线位置准确地
确立摆放可调底座的位置,然后将标准基座放入可调底座;将扫地横杠和水平斜杆锁定在立杆
上,保持其稳定;再用水平尺或水平仪调整整个基础部分的水平和垂直,挂线调整纵、横排标
准基座是否在一条直线上,用钢卷尺检查每个方格的方正;检验合格后再进行上部标准层架体
的搭设。在施工中随着架体的升高随时检查和校正架体的垂直度,控制在3‰内,锁销一定要
打紧。
立杆可调底托调节量原则上控制最底排横杆距底座板高度不大于600mm,最上排横杆距
可调顶托板高度不大于500mm。模板支架应根据施工方案计算得出的立杆排架尺寸选用定长
的水平杆,并应根据支撑高度组合套插的立杆段、可调托座和可调底座。
当搭设高度不超过8m的满堂模板支架时,支架架体四周外立面向内的第一跨每层均应设
置竖向斜杆,架体整体底层以及顶层均应设置竖向斜杆,并应在架体内部区域每隔5跨由底至
顶纵、横向均设置竖向斜杆或采用扣件钢管搭设的大剪刀撑。当满堂模板支架的架体高度不超
过4节段立杆时,可不设置顶层水平斜杆;当架体高度超过4节段立杆时,应设置顶层水平斜
杆或扣件钢管水平剪刀撑。
当搭设高度超过8m的满堂模板支架时,竖向斜杆应满布设置,水平杆的步距不得大于
1.5m,沿高度每隔4~6个节段立杆应设置水平层斜杆或扣件钢管大剪刀撑,并应与周边结构
形成可靠拉结。对长条状的独立高支模架,架体总高度与架体的宽度之比H/B不应大于3。
3.3 拱足位置预埋地脚螺栓
拱形结构的受力特点及支撑架体的结构形式决定了施工阶段拱足位置是受力最薄弱部位,
特别是在混凝土浇筑过程中,拱足位置的架体所受不利弯矩最大。因此在该位置的结构侧墙施
工时即提前预埋地脚螺栓,为拱足位置的支撑钢架提供稳定的拉力,以抵消不利弯矩对架体的
影响。
地脚螺栓用直径不低于25mm的钢筋扯丝加固,端部预埋入结构墙体内,预埋深度不小于
500mm,保证具有足够的抗拉能力。
3.4 弧形钢梁及拱足位置钢构架的搭设
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因于家堡站房工程顶板形式为三连拱样式,利用传统的木方进行拼装很难达到设计要求的
结构尺寸形式,若对木方进行加工处理则会影响木方承载能力,影响结构施工的安全。根据这
一实际情况,按照设计三连拱的弧度加工制作了一批弧形钢梁作为架体模板的龙骨。
主钢梁采用焊接H型钢、热轧H型。支撑结构采用冷弯薄壁型钢管,材质Q235B。主梁
间连接采用承压型高强螺栓,支撑与主梁间采用普通螺栓。
并建立了三维模型,利用MIDAS/GEN730软件,进行结构整体分析与优化设计。
经过分析计算,得出:最大位移变形6.8mm,最大应力184.19N/mm2,最大水平力
16KN,最大竖向力175KN。均满足要求。
3.5 细部节点的二次加固
站房工程顶板部位个别位置存在变截面收口等变化,按照预定方案搭设出来的架体会出现
作为主龙骨的钢梁的支撑点没有坐落在盘扣架体的顶托上,而是在跨中的方木上,出现受力不
利的安全隐患。
针对这种特殊问题,需对搭设的架体在覆盖模板之前进行逐点加固。凡是不在顶托支撑点
位的钢梁需从基础板面上重新生根,对弧形钢梁进行加固支撑。并利用杆件对重新生根加固的
立杆进行稳定性连接。
3.6 三连拱顶板分阶段、分区域的混凝土浇筑
由于三连拱结构跨度大、板厚大、混凝土方量大,且三连拱架体在施工阶段随上部荷载的
增加易对架体产生不利弯矩。所以混凝土浇筑施工阶段要从拱体结构、受力特点等方面综合安
排混凝土的浇筑顺序。
为了解决浇筑难题,将混凝土的浇筑从总体上分为4步进行。
①浇筑边墙及拱边梁位置。根据拱形结构特点,拱足(边墙及拱边梁)位置是受力最薄弱
部位,同时也是受力最大位置,为了减小跨中浇筑混凝土对拱足位置的水平推力,防止拱足处
架体的倾覆,因此要先浇筑拱足处混凝土。同时,拱足处先浇筑混凝土,有利于后续拱坡处混
凝土的浇筑。
②浇筑跨中位置。由于拱足处先浇筑混凝土对拱有挤压作用,对架体产生了不利弯矩及水
平推力。为了减少挤压,在跨中处及时回灌40cm厚的混凝土,来保证跨中位置的力矩平衡。
③循环推进拱足处于拱顶处的混凝土浇筑。
④对称分割,平衡推进拱顶两侧的混凝土浇筑。
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4 安全环保措施
严禁在支撑架上集中堆放任何超重物料。脚手架悬跨部位集中堆载不超过300kg/m2,且
悬跨部位最大堆载为2吨;主梁下落地架体上堆载不超过2吨/m2,最大不超过20吨。
作业人员不得随意拆除支撑架的基本构件、整体性杆件、连接件、防护措施等。确因操作
需要临时拆除的,必须经过技术部门同意后由专业人员拆除,并按照要求进行相应补强,在作
业完成后及时恢复。
每次施工前必须对施工区域内的支撑架进行检查,发现问题及时提出,并由专业人员排除
隐患,在确认无安全隐患后,方可继续施工作业。
支撑架上不得有任何超载荷施工作业,如果确实需要超载荷作业时,必须通过项目负责人
或技术部门同意,签字后方可施工作业。
5 效益分析
该技术最大的特点是利用新型架体材料,因形制宜,在有限的条件和环境内进行最为安全
和牢固的非常规结构形式的高支模作业。与传统的施工工艺相比,进一步提高了施工进度,搭
设2.2万m3的架体平均用时只有7天。最重要的是,在提高施工进度的同时,施工质量的保
证更加提高。高支模作业的风险明显降低。具有良好的经济效益与推广价值。