郭 中 华
(中铁十五局集团第一工程有限公司，陕西 西安 710018)
超高小截面墩身脚手架倒三角卸荷施工工法
郭 中 华
(中铁十五局集团第一工程有限公司，陕西 西安 710018)
阐述了超高小截面墩身脚手架倒三角卸荷施工工法的工艺原理，并对其脚手架搭设、框架制作、倒三角桁架施工等环节应注意的技术要点进行了分析，指出该脚手架工法综合效益良好，值得推广应用。
脚手架，工艺原理，施工，效益
中铁十五局一公司负责施工的陕西省榆林市府谷县东线上山道路N3标段，起点桩号为K1+781.924，终点桩号K2+266.551，线路长484.627 m。线路内含主要单位工程为高架桥梁(二号桥)一座。其桥共有10墩2台，桥址地形起伏大，属于丘陵沟谷地貌，沟谷为“U”形谷，大部分桥墩净空高度在65 m左右，同时有一条大件运输路紧邻桥址。桥梁线形由125 m和225 m两种超小曲线+缓和曲线形成“？”形，且桥存在多种纵坡、单向、双向横坡。此桥在设计上采用(3×40)+(2×26+2×40)+(4×40)分联整体现浇。
针对此类特殊桥梁施工特点，本文对超高小截面墩身扣件式脚手架施工进行了设计、优化和后续价值再开发。通过在40 m～45 m处利用墩身横系梁和少量钢管制作一层倒三角桁架，通过三角桁架中的斜杆将上部24 m荷载全部传递到墩身上，成功为脚手架卸荷，使其搭设高度达到了墩身安全施工的需求。
1 工艺原理
此脚手架工法是在距小截面墩身混凝土外0.6 m～0.8 m宽度开始搭设双排脚手架，脚手架设置形式为全封闭式，底杆搭设置于桥墩承台上，投影面积为7×7=49 m2。架体按照搭设高度65 m考虑，步距、立杆纵距、横距及荷载取值，参考2011年建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范。在脚手架搭设时，同时考虑φ609 mm钢管桩支墩安装，结合施工方案预错开钢管桩位置，并考虑多次利用此脚手架安、拆施工。
脚手架搭设时，第一段搭设高度考虑为45 m左右，在40 m高度利用墩横系梁承担或直接在墩身预埋钢构件，用型钢工做成一个紧贴柱体的方形框架。在此型钢框架4.5 m高度上，脚手架的内外立杆在与此层小横杆交接处增加一根斜杆撑至型钢上。此4.5 m高度的架体通过立杆、斜杆、横杆组成一个立体三角桁架结构，通过计算、有限元建模验证，桁架结构完全能够承载之上第二段25 m高度的荷载，变形量极小。倒三角卸荷桁架卸荷层简单有效，能保证在架体连续施工，不外扩、不断开，第二段的25 m荷载不再传递至第一段脚手架上。
卸荷倒三角桁架结构经过有限元建模，以有关规定的安全系数进行验算，荷载作用下桁架脚手架架体组合应力最大值为55 MPa，小于Q235钢材的抗拉强度设计值215 MPa，最大位移为2.25 mm，满足GB 50017—2003钢结构设计规范规定主梁挠度应小于L/400(10.5 mm)的要求。扣件的最大滑移内力为7.77 kN，小于JGJ 130—2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范中扣件抗滑移承载力8 kN。工字钢横担的组合应力最大值为10 MPa，小于Q235钢材的抗拉强度设计值215 MPa，最大位移为0.1 mm，满足GB 50017—2003钢结构设计规范规定主梁挠度应小于L/400(3.8 mm)的要求。表明卸荷脚手架及工字钢横担的强度、刚度均满足要求，扣件的抗滑移满足要求。
其杆件的最大变形量仅为2 mm，型钢框架变形为0.1 mm。其结构形式稳定、可靠。卸荷架体的稳定安全系数为5.68，大于4。可以保证结构的稳定性满足要求。
卸荷结构架体应力图见图1，卸荷架体位移等值线图见图2。
2 施工要点
2.1 脚手架搭设
遵循有关规范,按照设计图纸对脚手架先进行地面平面布置放样，确定每根立杆位置。
脚手架立杆纵距1.2 m，横距1.0 m，水平杆步距1.5 m。架体距离混凝土结构面0.6 m～0.8 m,立杆全落于C30混凝土基础上，每3 m高度用钢管紧靠柱身做成井字锁扣代替两步三跨连墙件。每6 m设置横向斜撑一道，全程布置斜撑满挂绿网。采用钢管爬梯或安全爬梯通道，每10 m设置一道安全平台，平台采用脚手板满铺，防坠网满挂。
墩身施工采用5 m为一个翻模标准，墩身钢筋布置形式为连环套箍，支架每次需高于此次施工顶面1.5 m～2 m高。在墩身浇筑混凝土等强时间时为架体升高时间。第一段脚手架施工高度到45 m，即准备卸荷桁架施工。
2.2 框架制作
脚手架及墩身施工高度达到40 m时，此时在墩身40 m处做预埋件，材料采用40 cm×60 cm×2 cm钢板制作，在钢板背后焊接两条工字钢与2根L型钢筋作为在混凝土中的锚固件，框架材料选用Ⅰ20型钢制作。如不预埋，则需考虑在高程相近处横系梁上用更大型号的型钢井字锁扣框架也可达到相应效果。因本桥现浇支架体系中在此高度上的，有钢管桩支墩与墩身连接的预埋钢板，所以本工法利用预埋件做卸荷层支点。
在预埋件高度的墩身模板拆除后，将长度加工好的型钢吊装至预埋件位置，型钢与型钢转角间焊接牢固，整体框架施作时应保证在同一水平高度。框架与预埋件必须焊接牢固，并做三角架支撑。
2.3 倒三角桁架施工
当墩身和脚手架施工超过45 m时，Ⅰ20钢框架安装完成后，开始施工倒三角立体桁架结构，布置形式为:
1)原脚手架每个面上均衡选择3对～4对内外立杆和4个边角内外立杆，增加相应斜杆分别撑于Ⅰ20框架之上，以此来形成倒三角桁架结构主体。2)在4.5 m高的结构顶部，对结构层顶面增设平面拉杆进行拉结，增加桁架的稳定性，并减少结构变形。3)在能贯穿的部位，加设通长钢管拉结，加强整体性，如混凝土身无贯穿区域时，可利用拉杆眼用多根钢筋或钢丝绳对结构四面进行拉结。
卸荷架体完成后，根据受力分析及有限元建模，卸荷桁架架体在受力情况下会产生微量的形变，但可近似认为之下的第一段脚手架不再承担40 m以上的荷载，整个超高架体重新达到一种安全、稳定的状态。45 m以上架体按照第一段架体形式继续搭设，与墩身施工循环至墩顶。
3 效益分析
1)采用超高小截面脚手架施工时，墩身脚手架施工时间安排在混凝土浇筑后等强时间段内，与钢筋绑扎、模板架立等工序并不冲突，不需要增加额外工期时间。2)全封闭性施工与普通临时悬挑施工平台+电梯方案对安全有大的提升，杜绝了高空坠物和人员高空坠落的隐患，安全效益显著。3)与普通临时悬挑施工平台+电梯档案相比，施工更连续、稳定、整体，施工效率更高。4)针对此桥施工特点统筹计划，达到墩身、现浇支架、主梁多次利用，提高现浇支架安装效率和质量，大宗租赁材料的使用周期有所缩短。5)现场文明施工效果好，工程形象提升大。
4 应用实例
中铁十五局集团第一有限工程公司在府谷东线上山道路工程N3标段内二号高架桥施工中，因环境制约、施工需要及业主要求等原因开发了超高小截面墩身倒三角桁架卸荷脚手架施工工法，该工法虽然在初期材料投资较大，但经过统筹安排，合理布局设计，使材料充分周转、利用，在各方面都取得了较好的效益。该工法施工受到了业主、监理单位的一致好评，对工程进度、质量和成本控制给予了很高评价，并在2014年度获得河南省住建厅省级工法奖励。
Inverted triangle unload construction methods of ultra-high small-section pier scaffold
Guo Zhonghua
(ChinaRailway15thBureauGroup1stEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710018,China)
The paper introduces the inverted triangle unload construction technology principles of ultra-high small-section pier scaffold, and analyzes technological points needing attention including scaffold erection, frame manufacture, inverted triangle truss construction and so on, and points out its good comprehensive benefits. Thus, it is worth promoting.
scaffold, technological principles, construction, benefits
2015-02-02
郭中华(1981- )，男，工程师
1009-6825(2015)11-0166-02
U443.22
A
