新型承插型盘扣式板拱支架施工工法

'新型承插型盘扣式钢管系统支撑拱架施工工法1前言在XX中线一期河南XX段百泉引水渠灌渠渡槽施工中，板拱满堂拱架采用新型承插型盘扣式钢管系统支撑架（高度31米），搭设简便、迅捷，支架承载力高，安全可靠，综合效益好。现将该施工技术进一步完善总结形成本工法。2工法特点2.1架体插销式设计，操作简单，组装快捷；可伸缩调节，或无限接高；支架搭拆速度快，工效高。2.2材料用量少，不用扣件；架体材料损坏率低，损失≈0，成本投入少；施工人员数量少，节省人工费用。2.3架体灵活性较好，节点稳定性好，承载力受节点影响小，整体可靠性高，经济实用。2.4安全可靠，可改善员工工作环境，减轻工人劳动强度，提高施工安全系数。2.5架体钢管采用电泳漆技术，不易刮破，使用寿命长，可应用于多个工程，适用范围广，重复利用率高。支撑构件采用高质量「Q345B」材质，强度极高。2.6可区块式吊装及推车轮移动，可以将整跨连续搭接的支撑架有规则性的拆卸成多个小区块，再利用吊车依区块吊至下一个工作面组装，减少支撑架重复拆装所浪费的人力成本，缩短工时。3适用范围可弹性组装，灵活运用于各项工程之中，能充分满足高架桥梁、渡槽、烟囱、水塔等多种建筑物施工， 特别适用于承载特别重，支撑高度超高（20米以上）的工程。能满足不同地形和建筑的需要，弹性化设计组合，搭建多变化，使用范围甚广，如：3.1一般高架桥梁、渡槽，高架匝道车道、桥墩盖梁3.2箱涵、隧道、倒虹吸工程3.3大型挑高厂房、发电厂、高架水塔、厂房等特殊厂房设计支撑3.4配合工作爬梯及踏板组合施工平台3.5大型演唱会、晚会舞台架4工艺原理4.1支撑架组成新型承插型盘扣式钢管系统支撑架能满足不同地形和建筑的需要，弹性化设计组合，搭建多变化，较传统重型支撑架负载稳定、安全可靠，经济适用。新型承插型盘扣式钢管系统支撑架由立杆、横杆和定位杆（斜杆、水平层斜杆、辅助杆）、可调底座、可调托座、立杆连接盘、楔形插销组成。主杆和辅助杆外径为φ60.2mm，管壁厚为3.2mm，材质为Q345B，主杆高度有1.0m、1.5m、2.0m、3m四种，辅助杆高度有0.25m、0.5m两种；横杆和斜拉杆材质为Q235，管外径为φ48.2mm，管壁厚为2.75mm，横杆长度有0.6m、0.9m、1.5m、1.8m、2.1m、2.4m六种，竖向斜杆规格有0.6m×1.5m、0.9m×1.5m、1.5m×1.5m、1.8m×1.5m、2.1m×1.5m、2.4m×1.5m六种，水平斜杆规格1.5m×1.5m、1.5m×1.8m、1.8m×1.8多种。立杆圆盘共有八孔，功能分明，每个节点都可以有8个方向的联接，可与横杆、斜杆、及定位杆等构件作绝佳的组合搭配，连接之后使得每个架体的单元都近似于格构柱。 图4.1.1立杆圆盘和连接节点图4.1.2连接技术图4.1.3底托和顶托 图4.1.4基本单元水平杆和斜杆采用杆端和接头卡入连接圆盘，楔形插销连接；立杆采用套管承插依次向上独立搭接，可随时增减连接杆件；也可区块式吊装或移动，减少重复拆卸组装工作；立杆底部设置底托增大受力面积和调节水平，顶部加设辅助杆和顶托配合调整，可轻易解决高度渐变之支撑问题，最终形成结构几何不变体系的格构式塔型钢管支撑架体。 4.2新型承插型盘扣式支撑架搭设流程第一步：依支撑架配置图尺寸放样后，将「调整座」排列至定点，再将「标准基座」之主架套筒部份朝上套。入调整座上方。第二步：将横杆头套入圆盘小孔位置使横杆头前端抵住主架圆管，再以斜楔贯穿小孔敲紧固定之。定位杆则固定于大孔位置，此时应对所有圆盘进行超平。50cm40cm第五步：将「斜杆」全部依顺时钟或全部依逆时钟方向组搭，如下图。将「斜杆」套入圆盘大孔位置，使斜杆头前端抵住主架圆管，再以斜楔贯穿大孔敲紧固定之。注意！斜杆具有方向性，方向相反即无法搭接。第四步：如下图位置，依步聚2安装第二层横杆。第三步：将平主架置入标准基座上方套筒内。 连接棒第九步：将「U型调整座」之牙管插入主架管中，再以扳手调整至所需高度。第八步：如下图位置，依步聚5方式安装第二层斜杆。第七步：如下图位置，依步聚2方式安装第三层横杆。第六步：「主架」以连接棒连接，如下图所示将连接棒插入下层管中即可 5工艺流程及操作要点5.1工艺流程图板拱泵送入仓浇筑图5.1板拱渡槽满堂支架法现浇施工流程框图拆除板拱满堂支架拆除拱上槽身段模板支架拱上槽身分段对称浇筑场地平整、硬化拱上支墩对称施工混凝土拌制、运输质量检查混凝土养护支立板拱侧模沉降观测搭设满堂支架、铺设底模底模调整绑扎板拱钢筋支架预压 5.2场地平整、硬化：为方便搭设支架，在渠底及一、二级马道支架平台处将破碎岩石清理后浇筑最小厚度为10cm的C10混凝土垫层找平，保证地基平整度。垫层边沿宽出满堂脚手架搭设范围1米，顺槽向方向硬化至渠道坡脚，垫层高于渠底以便排水。5.3满堂支架搭设：按照设计图纸自下而上分层进行构件拼装，随着架体高度增加，渠道左右两岸塔吊将渠底构件成捆吊至指定位置，然后由操作工人进行拼装。支架方案设计如下：结合渠道开挖断面形式，拱架借助已开挖完成的一、二级马道整体稳定受力，满堂支架分三层搭设，最下层宽15.6米，高度与渠道一级马道齐平，高9米；第二层宽12.6米，高度与二级马道齐平，高8米；第三层宽9.6米，顶与板拱下缘齐平，最高处为30.784米。支架立杆布置间距为顺渡槽方向1500mm，横渡槽方向1500mm，板拱下方加密为1200mm，步距1500mm。第一层顺槽方向搭设19排，横槽向搭设11排，支架跨越渠道底宽度为25.64米，在第二层和第三层脚手架底部与马道平行连接部位处（高度9米、17米）铺设36#工字钢，工字钢上部继续搭设支架，工字钢之间采用钢管点焊连接，工字钢下部钢管支架加密，立杆布置为顺渡槽方向600、900mm，横渡槽方向1500mm，步距不变。满堂拱架两侧和内部由底至顶设置角度为45.的剪刀撑斜杆，剪刀撑斜杆在满堂支架两侧对称设置，沿高度5个布距设置水平层斜杆。根据设计图纸定位拱圈底模下各立杆顶高程，立杆顶部插入可调托座调整。缆风索是保证满堂支架整体横向稳定的重要措施，且承受水平力。利用苏门山原状岩基，预埋钢筋制作地锚，在渡槽两侧顺槽向1/3L和2/3L处布设1排4道缆风绳，捆绑点上下游缆风索对称对等收紧，保证在风力较大时上部框架的稳定,确保支架稳定性。拱架稳定性验算见附件一：板拱钢管支架计算书（后附）；板拱满堂拱架布置图、平面图、剖面图如下： 5.4支架预压5.4.1预压原理避免板拱混凝土施工时支架不均匀下沉，消除支架和地基的非弹性变形，准确测出支架的弹性变形量，为设置预拱度提供依据，并验证支架拼装方案是否合理，检查支架的安全、稳定性能，收集施工沉降数据，模拟板拱浇筑现场，对板拱拱架进行预压。5.4.2预压加载支架搭设完成后铺设底模，作为支架预压平台。采用砂袋作为预压材料，沙袋（单袋1.2吨）由混凝土拌合站上料称装，用自卸车运至渠道左右两岸平台，再由两台塔吊同时对称吊装，人工配合码砌。加载顺序由两侧拱脚向拱顶对称加载。预压按预压单元纵向由拱脚向拱顶、横槽向由中向外对称加载。加载时分三次进行，第一次加载至板拱1/4,第二次加载至板拱1/3，第三次加载完成。每次加载完成后停止下一级加载，每间隔12h对支架沉降量进行一次监测。5.4.3预压观测加载前在支架1/4、1/2、3/4三个断面上固定、点焊多把塔尺和位移观测标，无需人工再上架支立塔尺，借以消除人工在支立仪器时产生人为误差。加载不同阶段由专业测量人员采用水准仪观测塔尺读数，采用全站仪观测位移观测标读数，与加载前读数进行比较分析，确保支架在预压过程中不发生较大的沉降和位移，保证支架和人员安全。5.4.4预压卸载在全部加载完成后的支架监测过程中，满足下列条件之一时，判定支架预压合格：①各监测点最初24h的沉降量平均值小于1mm；②各监测点最初72h的沉降量平均值小于5mm；当支架满足上述条件合格后，即可卸掉砂袋。卸砂袋时遵循分层、对称、均衡、同步卸载的原则。卸载完成后，测量底模观测点的标高，计算出支架和地基的弹性变形量。画出弹性变形曲线，作为调整模板的依据。通过预压说明满堂拱架具备了承担上部荷载的能力，整体稳定性良好。5.5底模调整 支架预压完成后，根据预压观测成果及施工预拱度对底模进行调整。同时对支架重新进行加固：在顶托中部采用扣件加设一道钢管，然后在两顶托间加设一道顺渠道方向钢管，以抵消施工过程中产生的水平推力。5.6板拱施工5.6.1板拱钢筋施工底模调整完成后进行板拱钢筋绑扎，钢筋原材料在大艺风光园钢筋加工厂集中加工，然后用装载机水平运输至渠底，由塔吊吊至指定位置。拱脚处钢筋与拱座预留锚固钢筋采用双面焊接，焊接长度1m。结合预压加载模拟试验，封拱段拱圈主筋在实施第一次浇筑前不进行焊接连接，以防轴向应力下钢筋龙骨发生纵向挤压向上隆起或横向错位，待后浇带二次封拱前再行焊接连接。5.6.2板拱模板施工侧模选用覆光竹胶板切割，按照拱圈设计轮廓线分段拼装、组合，采用φ48mm×3.5mm脚手架钢管作竖围檩，采用内撑外拉法固定对拉。5.6.3板拱混凝土浇筑采纳《公路桥涵施工技术规范》中的建议：为避免拱圈变形而产生裂缝以及减少混凝土的收缩应力，跨径较大的拱圈沿拱跨方向分段对称浇筑。本工程板拱跨度55m，结合预压加载模拟试验成果，板拱分为三段两次浇筑，分缝位置不再留间隔槽。图5.6.3槽板拱浇筑次序图第一次从拱脚浇筑至距跨中5.5m处，混凝土方量152m3；待第一次浇筑拱圈的强度达到设计强度的85%时，实施第二次浇筑，对称浇筑拱顶、封拱合拢，混凝土方量16m3。 为满足板拱计算封拱温度为15℃的设计要求，选择在初夏凌晨时段温度最低时浇筑后浇带。混凝土拌合前用井水预冷粗骨料，在拌合用水中加冰降低混凝土入仓温度，封拱时段搭设凉棚内置冰块降温保证封拱温度。5.7槽墩及流水槽施工待板拱混凝土龄期达到28天，且强度达到100%方可进行上部混凝土施工。支墩模板采用小平模板拼装、组合，整块模板安装、拆卸，混凝土采用两侧塔吊吊罐入仓，自拱中分向左右对称浇筑。支墩施工完成后，在板拱顶搭设钢管支架作为槽身底模支撑体系。底模选用木模，侧模采用定型整块模板，混凝土采用塔吊吊罐入仓，人工平仓振捣。槽身混凝土浇筑遵循对称、均衡施工的原则，由跨中分向左右两侧对称浇筑，跳仓施工。5.8支架卸架及拆除板拱混凝土强度达到设计等级的100%，龄期超过28天方可进行板拱支架卸落施工。卸架原则为少量、多次、均匀、对称，顺槽从拱顶向拱脚依次循环卸落,横槽向保持左右两侧同步对称卸架。拱顶处所需卸落高度根据公式h=δ1+δa+C计算，式中：δ1、δa—拱圈自重下的挠度及拱架承载后的弹性变形；C—拆除拱架的应有净空值，取10mm。经计算得出拱顶处所需卸落高度h=16mm。拱架其余各立杆节点处卸落高度按直角三角形的直线比例关系分配。为保证拱圈逐步承受上部荷载，各立杆节点处卸落量分3次进行，每次的卸落高度量为Δh=h/3。图5.8拱架卸落步骤示意图 支架卸落达到一定的卸落量时,底模方可脱离板拱，逐步使板拱承受上部重量，支架卸落过程中严密观测,沉降、位移监测成果表明拱圈卸架过程中未发生任何结构变形；板拱和上部流水槽身混凝土外观质量良好，无裂缝产生，结构尺寸和位置均满足设计要求。拱上流水槽身浇筑完成，且达到设计强度后，方可进行支架拆除施工。支架拆除遵从“后搭先拆”的原则，由上而下逐层拆除，拆除的构配件成捆捆绑用塔吊吊运至地面，严禁抛掷损坏钢管。 6设备配置表6.1架体施工主要机具序号名称规格单位数量备注1塔吊台2垂直运输2水准仪DZS3-1台13全站仪SET22D台14装载机Z50台1水平运输5混凝土泵车台2板拱混凝土浇筑7劳动组织表7.1劳动力组织序号项目及工种主要工作内容人员数量1现场技术人员施工组织设计、测量定位、高程控制22质检人员构件进场及搭设完成后验收23操作工人架体搭设154塔吊司机塔吊正常运作35安全人员施工现场安全监控28质量控制措施8.1模板支架可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度不超过65cm，且丝杠外露长度不超过40cm，可调托座插入立杆长度不小于15cm，作为扫地杆的最底层水平杆离地高度不大于55cm。8.2搭设过程中对构配件连接随时检查验收，验收项目如下：8.2.1 检查脚手架斜杆的销板是否打紧，是否平行与主杆；横杆的销板是否垂直于横杆；检查各种杆间的安装部位、数量、形式是否符合设计要求。脚手架的所有销板都必须处于锁紧状态。8.2.2上下两层主杆的连接必须紧密，通过观察上下主杆连接处或透过检查孔观察，间隙小于1mm。8.2.3不配套的脚手架和配件不得混合使用。8.2.4悬挑位置要准确，各阶段的横杆、斜杆安装完整，销板安装紧固，各项安全防护到位。8.2.5脚手架的垂直度与水平度允许偏差符合下表规定要求。表8.2.5盘销式脚手架搭设垂直度与水平度允许偏差项目规格允许偏差垂直度每步架Φ60系列±2.0㎜脚手架整体Φ60系列H/1000㎜及±2.0㎜水平度一跨内水平架两端高差Φ60系列±I/1000㎜及±2.0㎜脚手架整体Φ60系列±L/600㎜及±2.0㎜注：H—步距I—跨度L—脚手架长度9安全控制措施9.1高空作业前，必须对防护设施及个人安全防护品进行检查，合格后方可作业，作业人员正确佩戴安全帽、安全带，且脚应穿不发滑的软底鞋。9.2架体施工过程中每6m设置一层水平网，防止人员掉落。9.3构件吊装过程中由专人指挥，参与吊装的人员明确分工，塔吊司机持证上岗。9.4架体拆除过程中，构配件成捆用塔吊吊运至地面，严禁抛掷。10环保与文明施工10.1施工便道平坦整洁，经常洒水，避免扬尘现象发生。10.2塔吊每天上班前进行检查，定期进行保养，防止漏油污染土地和水源 10.3除按设计要求外，不随意开挖和破坏原有地貌和生态环境。11效益分析11.1组装快捷，使用方便，节省费用：施工简便，搭设速度快，节省工期。11.2机械配合作业，劳动强度低，人工投入少，节省劳力资源。11.3构件设计精度高，架体质量容易控制，保证架体安全和混凝土质量。11.4可替代传统碗扣脚手架、钢管脚手架，社会、经济效益高。11.5由于用量少、重量轻，操作人员可以更加方便地进行组装，功效可以提高3倍以上。每人每天可搭设150-300立方米的架体。综合费用（搭拆人工费、往返运输费、材料租赁费、材料丢失、损耗费、维护费等）都会相应地节省，一般情况下可以节省30%以上。12工程实例实例一：百泉引水渠灌渠渡槽是XX总干渠中线工程XX段左岸排水建筑物之一，位于XX工程总干渠桩号IV103+046.0处，与总干渠正交。建筑物水平投影总长114.5m，由进口段、槽身段、出口段组成，进口段长11.69m，槽身段69.5m，出口段长30m。槽身分为15跨，除两端各有两跨长为5m外，其余11跨长均为4.5m。支撑槽身的支墩采用直墙的型式，架立于轴线为悬链线的板拱之上。板拱净跨55m，净矢高11m，矢跨比1/5。板拱采用等宽变厚度矩形截面的型式，其厚度从拱顶到拱脚由60cm渐变为90cm。百泉引水渠灌区渡槽自2012年3月1日开始施工，至2012年8月31日完成槽身混凝土施工。所浇筑板拱及上部槽身混凝土外观质量良好，未发生结构变形，结构尺寸及位置均满足规范要求，混凝土外观质量均达到优良标准。实例二：北京2008年奥运会火炬实验围挡工程，该围档长160米，宽90米，高33米整体呈矩形，外围全部采用密目网及彩条布进行封闭。 属于国家保密工程，为能够在安全、保密的状态下进行火炬的实验，需要搭设一个全封闭的围档，将火炬及实验工作全部与外部隔离，该工程最大的难点就是架体结构的自身稳定性以及抗风性能，采用新型承插型盘扣式钢管系统支撑拱架，只用了30个工人，花费12天的时间圆满地完成了该项工程的搭设任务，架体搭设的体积为148500立方米。 附件：支架验算1材料特性主杆ø60.2×t：3.2mmQ345Bfc=310N/mm2E=2.06×105N/mm2横杆ø48.2×t：2.5mmQ235fc=215N/mm2E=2.06×105N/mm2斜杆ø48.2×t：2.75mmQ235fc=215N/mm2E=2.06×105N/mm22立杆稳定性计算拱脚顶板厚度0.9m，此处架体布置间距为0.9m×1.2m，计算单元截面面积为1.08m2。2.1荷载2.1.1混凝土自重24kN/m3×1.08m2×0.9m=23.33kN2.1.2钢筋自重2kN/m3×1.08m2×0.9m=1.944kN2.1.3模板及龙骨1.2kN/m2×0.9m×1.2m=1.3kN2.1.4施工人员及设备1kN/m2×0.9m×1.2m=1.08kN2.1.5振捣荷载1kN/m2×0.9m×1.2m=1.08kN2.1.6风荷载计算根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》提供的公式进行计算：式中：——风荷载标准值（KN/m2）；——风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ-9）规定采用，取为1.42；——风荷载体型系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）规定的竖直面取1.2；——基本风压，根据全国基本风压分布图，取为0.35KN/m2；根据上述公式求得=0.42KN/m2。f=0.42*1.08=0.45KN2.2荷载组合：恒荷载分项系数取1.2活荷载分项系数取1.4不组合风荷载时：q1=(a+b+c)×1.2+(d+e)×1.4=34.913kNq2=(a+b+c)×1.2+(d+e+f)×1.4×0.9=35.18kN 2.3架体稳定性验算「国家建筑工程质量监督检验中心」----BETC-CL1-2008-148抗压试验值：834.3kN(单座四柱)。单杆承载力为834.3kN/4=208.575kN,2.3.1不组合风荷载时立杆稳定性验算主杆特性：A=573mm2i=20.18mmfc=310N/mm2此处步距h=1.5ml0=1.2h=1.2×1.5m=1.8mλ=l0/i=1.8m/20.18mm=89查《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》JGJ231-2010=0.558单根立杆承受压力=34.913强度验算：σa=N/Ajt=34193/573=59.7MPa<[fc]=310MPa稳定验算：σa=N/φAo=34193/(0.558*573)=106.99MPa<[fc]=310MPa2.3.2组合风荷载时立杆稳定性验算式中：——立杆的抗压强度设计值，取310MPa；——计算立杆所代表的脚手架柱段范围内轴心力的设计值；——立杆的毛截面积；——轴心受压构件的稳定系数，取=0.558；——计算立柱段风荷载产生的弯矩，按下式确定：=0.9*1.42/10=0.9*1.4*0.378*1.52/10=0.107KN·m——步距；——线风荷载标准值；按下式进行计算：=×l=0.42×0.9=0.378KN·m；l——立杆纵距，取1.5,m；——钢管截面系数，为7.7cm3；则有：35180/（0.558*573）+107/7.7=123.9MPa<=310MPa故稳定性满足要求。 3地基承载力验算组合风荷载时每根立杆底部承受的最大压强P=F/A=47.393KN/0.2*0.2m2=1185KPa满堂脚手架搭设在灰岩基础上，所以fg=1500-2000kpP＜fg，所以地基承载力是满足要求。4面板计算面板顶板混凝土厚度取0.9m，板拱底板采用12mm竹胶板。4.1荷载4.1.1混凝土自重24kN/m3×0.9m=21.6kN/m24.1.2钢筋自重2kN/m3×0.9m=1.8kN/m24.1.3施工人员及设备1kN/m24.1.4振捣荷载1kN/m24.2荷载组合取1m长为计算单元，恒荷载分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4。Q11=（a+b+d+e）×1m=25.4kN/mq12=[(a+b)×1.2+(d+e)×1.4]×1m=30.88kN/m4.3面板强度验算面板fm=13N/mm2E=6000N/mm2将多层板视为三跨连续梁模型，支座间距为200mm,面板长度取1m为计算单元，面板弯矩最大值为Mmax=q12l2/10=30.88kN/m×2002/10=123520N·mmW=bh2/6=1000×122/6=24000mm3应力δ=Mmax/W=123520/24000=5.147N/mm2