粗钢管立柱的模板承重系统施工技术的成功尝试

齐鹏飞++黄静++刘亚进++郑功林

摘要：土木建筑工程施工过程中，现浇混凝土承重模板的支撑结构一般采用满堂红扣件式钢管排架、原木立柱、钢格构式井架、钢管井架、桁架、预埋牛腿支架等方法，且被广泛采用；而对于以粗钢管作为高大厚重结构的承重模板立柱的施工技术应用极少，我局在溪洛渡水电站右岸导流洞出口闸室成功地应用了以？准150粗钢管作承重模板立柱的施工技术，节约了大量工期，创造了非常可观的经济效益。

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 ？准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.

关键词：粗钢管立柱；承重系统；施工技术；成功尝试

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

中图分类号：TU392.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）02-0131-04

1 概述

结构物。溪洛渡水电站装机12600MKW，导流洞为城门洞型。右岸4#导流洞出口闸室上游段EL384.5钢筋混凝土顶板为平顶，净高20m，顶板的宽×长分别为3.1×18m（上游）、2.7×18m，中间为4.2m宽的工作门槽，钢筋混凝土顶板高度10.5m，分3层浇筑，第1层浇筑为1.5m厚。模板支撑系统上下游方向分两部分，上游3.1m，下游2.7m，两部分之间宽4.2m的门槽段通过？准80钢管连接；支撑架管自上而下分两层，上层7.52m，下层12m，两层之间通过螺栓连接。

安全、快速地施工和拆装，以及节约成本是本方案的特点。

2 粗钢管承重系统施工方法

2.1 承重结构布置

2.1.1 立管

中国葛洲坝集团溪洛渡施工局采用？准150×4mm（厚度4cm）旧钢管和钢牛腿架作为4#导流洞出口闸室顶板的承重构件，见图1～4、图6。每根混凝土梁下布置立管3*9=27根立管。顺流向3根立管采用5×5×0.4cm（斜向缀条）、7×7×0.7cm（水平）角钢固定成片，角钢共8层，最大步距3.2M；在每層与水平角钢垂直方向，采用？准80钢管同立管和角钢连接，？准80钢管两端与闸墩接触，在？准150立管两端、距地面11.6吊点处，利用？准80钢管作水平方向剪力撑。这样？准150钢管便形成了粗钢管排架。

2.1.2 顶部主、次梁。

？准150钢管柱排架上部采用I20a工字钢作为主梁，I10工字钢作次梁，利用I10工字钢头（12cm长）、钢板或少数槽钢头（12cm长，双靠背，或用0.5cm钢板封边的单个）找平；靠边墙侧采用钢牛腿支撑主梁，钢牛腿通过定位锥固定，间距与立管相同。结构布置见图2、3及图5、6。

2.2 施工顺序

承重支撑系统施工顺序如下：

选材→异地焊接成架→转运→定位拼装→连墙件及构造加固→主次梁吊装和调平→立模→浇筑监测→拆除。

2.3 主要工序施工方法

2.3.1 选材与连接

①立管，见图7及B大样。立管选用内径150mm，管壁实际厚度4mm（计算厚度3.5mm）的无缝可焊接钢管，立管下部12m采用两根6m型材对接焊接，与上部7.52m钢管采用法兰盘连接；立管两端焊10*200*200mm钢板作基座。

②？准80水平钢管和斜撑接长。横向（垂直洞轴线）水平管、斜向剪力撑和缀条采用内径80的无缝钢管，无缝钢管接长采用钢筋搭接焊接，与立管之间采用角钢头过渡连接。部分水平边抛杆（跨度小于3m）可采用？准48钢管。

③工字钢主连接。采用型材9m/根的I20a工字钢作为主梁，每根主梁长18m，由2根9m型材组成，两根接头两侧采用0.5cm厚钢板焊接。主梁与立管点焊连接，与找平工字钢点焊连接；找平层至次梁之间焊接连接。

④梁模板采用标准钢模板P3015、P1015。

⑤次梁。采用型材9m/根的I10工字钢作为主梁，将上、下游梁之间的工字钢次梁用钢板对接焊接。

⑥管件之间交叉连接采用8cm长63*63*6短角钢过渡连接，以免拆除时割伤管件造成材料浪费。节点连接型式见图7。endprint

2.3.2 架管預制

①所有受力立管构件采用分片预制后再整体拼装。分片参见图1、图2、3。将图中9列立管排架网格分成6片（也可根据场地条件将下部分成4片或不分片）。图中下部1#、2#、3#高12m，上部4#、5#、6#高7.57m。每片分成上游、下游两榀，编号区分，如1#-1、1#-2。其中1#-1为下游梁体下部12m高排架，1#-2为上游梁体下部12m高排架。每榀均为3层架管。

②首先加工各层12m高的架管，及将顺流向的3根架管采用70×70×7角钢（水平向）、50×50×4角钢（缀条）焊接成整体，再按照3×3格局用？准80横钢管焊接成片。

③缀条、横杆、剪力撑、抛杆伸入排架内部分等构件，全部在平地上与立管焊接好，吊装就位后再连接。

2.3.3 吊点选择与加固

上游1#-2重量最大，重4.1t，长度12m，采用50t汽车吊、利用钢丝绳起吊，平板拖车运输到安装部位。

每片管架选最上一步四角横杆作为穿绳起吊点。采用4根等长钢丝绳（4个吊点）将四角立管的角钢系紧扣好后缓慢起吊。每吊装块上将排架上部水平面、立面两个方向的剪力撑焊接好，以防排架变形后法兰螺栓连接困难。实际施工起吊过程中很好的保护了立柱结构形体，螺栓连接很顺利。

2.3.4 支撑系统拼装与拆除

①排架拼装顺序。

先安装门槽下游部分排架，再安装上游部分，顺序如下：

下游部分：1#-1—靠墙侧支撑杆—2#-1—靠墙侧支撑杆-3#-1—靠墙侧支撑杆-上部4#-1—靠墙侧支撑杆—5#-1—靠墙侧支撑杆-6#-1—靠墙侧支撑杆-工字钢主、次梁。

门槽上游部分：当下部结构再不需用吊车后，再安装门槽上游游部分排架，顺序如下：

1#-2—靠墙侧支撑杆—2#-2—靠墙侧支撑杆—3#-2—靠墙侧支撑杆—上部4#-2—靠墙侧支撑杆—5#-2—靠墙侧支撑杆—6#-2—靠墙侧支撑杆—工字钢主、次梁。

②装配方法。

首先采用全站仪定位立柱群最边上的4个立管中心线，再上下各拉两根线形成#字型控制面，并在闸墩上用油漆标识，在吊装时调整平面位置，保证立管垂直度。

选用50t汽车吊吊装钢管架；利用门槽两端的交通梯，采用人工搬运抛杆，对装配网架上的外伸件及时接长。梁体两端钢牛腿采用在边墙混凝土中预埋定位锥施工，场外加工好钢架，再采用人工拼装。

③拆除。

从上而下逐层拆除。拆除时间安排在EL395平台形成后进行。其中上部4#、5#、6#管架需要用气焊分割，剔出立管上的横杆、缀条，下部1#、2#、3#架管可不分解，而采用载重汽车配汽车吊调离现场。

3 支撑系统设计及验算要点

本支撑系统结构类似于满堂红普通扣件式钢管排架，但选材和连接模式与其有本质的区别，因而计算模式和方法也不同，更不可能采用扣件式脚手架的计算软件来计算。

3.1 考虑的荷载

3.1.1 考虑的荷载有

①新浇混凝土重量，按照1.5m混凝土厚度验算，浇筑气温在3～15℃，两台泵机5小时浇完，泵送混凝土重2.5t/m3。入仓温度取10℃，塌落度16cm。

②钢筋重量。按图计算。

③模板及支架自重。

④活荷载：混凝土倾斜入仓时的冲击力；振捣混凝土时产生的荷载；施工荷载等其它活荷载。不考虑积雪等偶然荷载；由于架管被围堰和岩体包围，不考虑风荷载。

3.1.2 荷载组合

仍然按照规范和惯例组合，但所有荷载均乘相应的分项系数：静载×1.2、活载×1.4，而不是仅仅限于标准荷载时乘分项系数。

3.2 顶部主、次梁按照压弯构件验算

模板下共24根I10工字钢作次梁，次梁间距0.75m，按照2跨悬臂受弯杆件验算；次梁下的主梁为3根I20a工字钢，主梁取承压面积最大的上游中间一根（及图1中B）按照5等跨联系梁计算。主次梁和模板计算比较简单，主要验算抗弯应力、挠度等，按照规范组合荷载即可，不详述。

3.3 立管承载力及稳定性计算

取图1中B列中任一根立管计算。所有排架立管中，上游排架中间一排（B列）受立最大，承受1.1*1.8m2的顶部荷载。考虑立竿在每3.2m高度处的连接不可能完全当固定支座，立竿按照L=3.2m、两端铰支计算。

考虑到：①缺乏试验数据而对计算模型依据的充分性、可靠性并没有十足的把握；②架管失稳的波长往往大于步距，依据扣件式脚手架施工安全技术规范JGJ130-2001，再将长度L乘长度折减系数1.15*1.7。按照1.5m浇筑高度验算立柱强度和稳定性。

按强度验算立管承载力。采用允许应力法，A3钢立管的允许压应力取【σ】=215n/mm2，结果均满足要求。

稳定性计算。通过立管长细比计算，判断立管失稳破坏的形态是由于立管线弹性范围内的失稳所致：

d2y/（dx）2=M（x）/（EI）成立

用欧拉公式计算临界应力，进而计算立管安全系数。这里按两端铰支μ=1（保守，应在0.7～1之间）计算长细比明显保守。经过计算1.5m浇筑高度时的安全系数为2.2可行。再按照折减系数法（及稳定系数法）验算工作应力，计算结果为σ=134.9n/mm2，小于允许压应力【σ】=215n/mm2。比较这两种方法计算结果，我们发现其安全储备相近。

支座。取3.2m立管高度计算。立管两端支座内力计算可用有限元知识近似计算。这里仅仅采取构造措施，利用角钢和钢管将立管焊接成与闸墩边墙相连的整体（实际只在门槽内加了连墙件），保证支座在水平方向的稳定。

4 结论

通过计算可知，采用本文所述施工技术施工时，4#导出口闸室EL384.6闸室顶板承重模板系统满足强度和稳定性要求。本文所述粗钢管承重施工技术应用后，预期目标全部实现，搭设、拆除各只占用3天直线工期（原方案计划工期30天、20天），顶板形体误差满足优良标准要求。其成功应用证明本方案本身和设计计算无大的缺陷或安全隐患。

参考文献：

[1]JGJ130-2001，建筑施工扣件试钢管脚手架安全技术规范 2002.

[2]吴代华.材料力学[M].武汉工业大学出版社，1998.

[3]江正荣.简明施工计算手册[M].中国建筑工业出版社，1999.endprint