下穿通道盘扣架及模板的安全验算

下穿通道盘扣架及模板的安全验算

徐智伟

中国水利水电第十六工程局福建厦门361026

摘要：南昌金水大道下穿通道大跨度模板及支架搭设采用盘扣架施工。本文介绍其盘扣架及模板搭设、受力验算。

关键词：盘扣架；安全验算；模板安装

1.概述

盘扣架具有拼拆迅速方便、承载力大、结构稳定可靠、便于管理、易于运输、通用性强、应用广泛等特点。随着盘扣架在桥梁隧道领域等施工中的大量应用，支架搭设不当会造成坍塌事件的发生，造成极大的安全隐患。因此有必要对盘扣架搭设进行安全验算。

南昌市金水大道工程（下穿段）（JK1+380～JK4+300）隧道工程沿金水大道线位布设，主隧道标准段为双向六车道，采用单箱三室结构形式，中间箱室为隧道运营管线通道兼检修通道，两侧箱室为机动车专用隧道，主线隧道全长2103m，主箱涵最大跨度16.15m，最大高度7.9m，外墙厚900、1100mm，顶板厚度1.0、1.2m。选取厚度1.2m进行验算。

2、盘扣架的施工工艺流程

支架搭设→底模安装→预压→卸载→底模调整→箱梁施工→模板拆除→支架拆除。

2.1（1）顶板模板采用厚度15mm光面竹胶板，次楞采用100×100mm方木、主楞采用15#H型钢。

（2）支撑架的立杆采用盘扣钢管60mm*3.2mm、水平拉杆盘扣钢管48mm*2.5mm、斜拉杆等采用盘扣钢管42mm*2.5mm。

（3）墙身模板采用厚度15mm胶合板，内龙骨采用48mm*2.8mm钢管，外龙骨采用双钢管48mm*2.8mm及M14三段式止水对拉螺栓。

2.2模板设计方案

暗埋段闭合框架结构隧道混凝土分二层进行浇筑，第一层浇筑到底板倒角以上10~50cm，第二层浇筑剩余墙体和顶板混凝土，因隧道结构类型不一致，标准段和异形段交错连接，匝道、风机和通风口等结构较多，因此本工程采用钢模和木模板为主，顶板采用承插型盘扣式钢管支架支撑体系立模方案。

取最不利受力状况进行模板支撑体系计算，选取最为薄弱的断面进行计算：顶板厚度1.2m，架设高度7.9m进行安全计算；计算截面控制表见下表。

模板支撑体系采用盘扣钢管支架60×3.2mm。立杆的纵距b=1.20m，立杆的横距l=1.20m，立杆的步距h=1.50m。模板面板采用光面竹胶板，厚度1.5cm。次龙骨采用木方100×100mm，间距200mm。梁顶托采用15#H型钢。

2.3模板支架构造要求

（1）可调底座和可调托座

可调底座和可调托座托板采用Q345钢板制作，可调托座托板设置开口挡板，挡板高度不小于40mm。可调底座和可调托座丝杆与螺母旋合长度不得小于5扣，螺母厚度不得小于30mm，可调底座和可调托座插入立杆内的长度不得小于150mm。

（2）模板支架斜杆或剪刀撑设置

①采用桁架式支撑结构构造，单元桁架组合方式采用矩阵形，每个节点通过水平杆连接。单元桁架竖向斜杆采用对称式布置，且在单元桁架各面满布。当架体高度超过4个步距时，支撑结构在顶层布置扣件钢管水平剪刀撑。

②模板支架可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度严禁超过650mm，且丝杆外露长度严禁超过400mm，可调托座插入立杆长度不得小于150mm。如下图所示。

③模板支架可调底座调节丝杆外露长度不应大于300mm，作为扫地杆的最底层水平杆离地高度不大于550mm。

2.4支架预压及沉降观测

支架搭设完成后，为保证箱涵顶板浇筑混凝土后满足设计的外形尺寸及拱度要求，采取对支架预压的方法以消除变形，根据支架高度、支架基础情况选择具有代表性区域进行预压。具体做法如下：

（1）沉降监测点布置

支架搭设、立模作业程序完成后，沿混凝土结构纵向每隔1/4跨布置一个监测断面，每个监测断面上的监测点设5个，并对称布置。

（2）预压荷载

支架预压荷载按支架承受的混凝土结构恒载与模板重量之和的1.1倍布置。

（3）加载

预压材料采用砂袋法。支架预压按预压单元进行分级加载，加载分3级进行。3级加载依次为单元内预压荷载值的60%、80%、100%。

采用先纵向再横向分层加载。当纵向加载时，从混凝土结构跨中开始向支点处进行对称布载；当横向加载时，从混凝土结构中心线向两侧进行对称布载。每层加载完后，再按上述方法进行第二层加载。

（4）注意事项

在支架预压过程中，加强稳定性观测，确保安全，一旦发现变形量不收敛，则立即停止加载，如情况稳定进行卸载，对支架加固后重新进行预压；如情况不稳定，人员先撤离以确保安全，待查明原因后卸载，对支架加固后重新进行预压。

二、支架的安全计算

取最不利受力状况进行模板支撑体系计算，采用顶板厚度1.2m，架设高度7.9m进行安全计算；模板架设高度5.7m，进行安全计算。计算截面控制表见下表。

二、荷载设计

四、面板验算

1、小梁最大支座反力计算

q1＝[1.2×（G1k+（G2k+G3k）×h）+1.4×Q1k]×b=[1.2×（0.5+（24+1.1）×1.2）+1.4×3]×0.2＝8.189kN/m

q1静＝1.2×（G1k+（G2k+G3k）×h）×b＝1.2×（0.5+（24+1.1）×1.2）×0.2＝7.349kN/m

q1活＝1.4×Q1k×b＝1.4×3×0.2＝0.84kN/m

q2＝（γG（G1k+（G2k+G3k）×h）+γQ×Q1k）×b=（1×（0.5+（24+1.1）×1.2）+1×3）×0.2＝6.724kN/m

承载能力极限状态

按二等跨连续梁，Rmax＝1.25q1L＝1.25×8.189×1.2＝12.283kN

按二等跨连续梁按悬臂梁，R1＝（0.375q1静+0.437q1活）L+q1l1＝（0.375×7.349+0.437×0.84）×1.2+8.189×0.15＝4.976kN

R＝max[Rmax，R1]＝12.283kN；

正常使用极限状态

按二等跨连续梁，R'max＝1.25q2L＝1.25×6.724×1.2＝10.086kN

按二等跨连续梁悬臂梁，R'1＝0.375q2L+q2l1＝0.375×6.724×1.2+6.724×0.15＝4.034kN

R'＝max[R'max，R'1]＝10.086kN；

计算简图如下：

八、立杆验算

1、长细比验算

l01=hˊ+2ka=1000+2×0.7×300=1420mm

l0=ηh=1.2×1500=1800mm

λ=max[l01，l0]/i=1800/20.1=89.552≤[λ]=150

满足要求！

2、立杆稳定性验算

顶部立杆段：

λ1=l01/i=1420.000/20.1=70.647

查表得，φ＝0.71

不考虑风荷载：

N1=Max[R1，R2，R3，R4]=Max[46.716，79.938，80.891，42.892]=80.891kN

f＝N1/（ΦA）＝80891/（0.71×571）＝199.529N/mm2≤[f]＝300N/mm2

满足要求！

非顶部立杆段：

λ=l0/i=1800.000/20.1=89.552

查表得，φ1=0.558

不考虑风荷载：

N=Max[R1，R2，R3，R4]+γG×q×H=Max[46.716，79.938，80.891，42.892]+1.2×0.15×9.1=82.529kN

f=N/（φ1A）＝82.529×103/（0.558×571）=259.022N/mm2≤[σ]=300N/mm2

满足要求！

九、高宽比验算

根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规范》JGJ231-2010第6.1.4：对长条状的独立高支模架，架体总高度与架体的宽度之比不宜大于3

H/B=9.1/16.15=0.563≤3

满足要求！

十、抗倾覆验算

混凝土浇筑前，倾覆力矩主要由风荷载产生，抗倾覆力矩主要由模板及支架自重产生

MT=ψc×γQ（ωkL1Hh2+Q3kL1h1）=1×1.4×（0.15×30×9.1×3.9+0.55×30×3.9）=313.677kN?m

MR=γG（G1k+0.15H/（lalb））L1B12/2=0.9×（0.5+0.15×9.1/（1.2×1.2））×30×16.152/2=5098.265kN?m

MT=313.677kN?m≤MR=5098.265kN?m

满足要求！

混凝土浇筑时，倾覆力矩主要由泵送、倾倒混凝土等因素产生的水平荷载产生，抗倾覆力矩主要由钢筋、混凝土、模板及支架自重产生

MT=ψc×γQ（Q2kL1H2+Q3kL1h1）=1×1.4×（0.612×30×9.12+0.55×30×3.9）=2218.638kN?m

MR=γG[（G2k+G3k）×h0+（G1k+0.15H/（lalb））]L1B12/2=0.9×[（24+1.1）×1.2+（0.5+0.15×9.1/（1.2×1.2））]×30×16.152/2=111153.91kN?m

MT=2218.638kN?m≤MR=111153.91kN?m

满足要求！

总体验算结论：

按￠6.0*3.2mm盘扣架支撑模板布置能满足要求！

结语：

南昌金水大道下穿通道目前正在抓紧施工，盘扣架在工程中的应用效果良好，得到业主和监理的一致认可，可为后续工作面提供参考意见。

参考文献：

[1]模板支架验算的若干讨论[J].张利.价值工程.2015（06）

[2]对《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2011中满堂支撑架计算的解析[J].张文友，徐华荣，黄红政，赵济生.施工技术.2012（17）

[3]整体化模板性能及温度作用下的有限元分析研究[D].孙绪廷.山东建筑大学2014

[4]扣件钢管架支模的安全性[J].刘家彬，郭正兴.施工技术.2002（03）