CN111809851A - 一种钢管三角桁架支撑***和施工方法 - Google Patents

一种钢管三角桁架支撑***和施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钢管三角桁架支撑***和施工方法，闸室侧墙上配置有一圈水平槽孔，用于安装三角桁架水平杆；三角桁架立杆配置为上端与三角桁架水平杆通过扣件固定、下端与三角桁架斜杆通过扣件固定；三角桁架斜杆配置为通过扣件连接三角桁架立杆和三角桁架水平杆，同时三角桁架斜杆的底端与闸室侧墙抵接；相邻两个三角桁架结构通过钢管和/或扣件相连，构成三角桁架支撑平台；预埋钢筋用于固定三角桁架水平杆；称重脚手架搭建于三角桁架支撑平台上并支撑闸室悬臂。该***和方法仅对水平杆进行预埋，节省了预埋件的一次性消耗，降低了脚手架的搭接难度，避免了闸室上部结构的大量拆除和搭建工作，工期和用料都得到控制。

Description

一种钢管三角桁架支撑***和施工方法
技术领域
本发明涉及水电站闸室施工领域，具体的说，涉及了一种钢管三角桁架支撑***和施工方法。
背景技术
在所有工程闸室结构中都设置有悬臂端混凝土，只是悬出长度有所不同，在悬臂结构混凝土施工过程中，主要采用满堂红脚手架、预埋型钢支架后采取内拉法措施，相对成本及工期较长。
在现有工程的闸室悬臂结构施工中，尚未查询到利用钢管三角桁架做支撑受力平台***的设计及工艺。
在保证闸室结构混凝土结构尺寸，确保浇筑期间支撑***安全的前提下，如何减少钢管脚手架搭设的工程量，或避免预埋型钢平台导致成本增加、型钢预埋点位的模板安装难度加大等问题，以及如何加快施工进度的同时降低成本，成为本领域技术人员需要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种预埋量少、脚手架的搭建和拆除工作量小、成本降低、工期缩短的钢管三角桁架支撑***和施工方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种钢管三角桁架支撑***，包括闸室侧墙、闸室悬臂、三角桁架水平杆、三角桁架斜杆、三角桁架立杆、预埋钢筋、称重脚手架和扣件；所述闸室侧墙上等高位置的水平面上配置有一圈水平槽孔，用于安装所述三角桁架水平杆的一端；所述三角桁架立杆配置为上端与三角桁架水平杆通过扣件固定、下端与三角桁架斜杆通过扣件固定；所述三角桁架斜杆配置为通过扣件连接三角桁架立杆和三角桁架水平杆的另一端，构成三角桁架结构，同时所述三角桁架斜杆的底端与闸室侧墙抵接；相邻两个三角桁架结构通过钢管和/或扣件相连，构成三角桁架支撑平台；所述预埋钢筋预埋在各个水平槽孔的内端，用于固定所述三角桁架水平杆；所述称重脚手架搭建于所述三角桁架支撑平台上并支撑所述闸室悬臂。
基上所述，所述称重脚手架上隔排设置剪力撑。
基上所述，所述称重脚手架靠近闸室侧墙的位置与墙面拉杆焊接固定，所述墙面拉杆为预埋在闸室侧墙中的拉杆竖向拉杆结构。
基上所述，所述三角桁架水平杆、三角桁架斜杆、三角桁架立杆间通过扣件连接后留出一段余量。
基上所述，所述三角桁架水平杆、三角桁架斜杆、三角桁架立杆和所述称重脚手架均采用圆钢管。
基上所述，所述预埋钢筋的朝向与水平槽孔的方向垂直。
基上所述，相邻的所述三角桁架结构的间距≤50cm。
一种基于所述的钢管三角桁架支撑***的施工方法，包括以下步骤：
步骤1）三角桁架杆件预埋；按照闸室总体的分层设计，混凝土浇筑至悬臂高程点以下2-3m的位置时，在面层混凝土未初凝前，沿模板内侧混凝土人工挖水平槽，作为预埋三角桁架水平杆的安装孔，在槽边埋设一根预埋钢筋，为三角桁架水平杆的预埋工作做好准备；
其优势在于：进度快，预埋点末端与预埋加固钢筋焊接后能保证每根钢管的稳定和平整度控制；预埋长度为40cm，相比常规设计节省混凝土结构内预埋的一次性材料。
步骤2）待上层混凝土备仓模板全部安装就位后，将提前加工好的三角桁架水平杆沿水平槽孔***，然后将钢管与预埋钢筋焊接牢固，用等同混凝土强度的水泥砂浆对放有钢管后的水平槽孔与模板接缝处进行堵缝，确保砼浇筑时不漏浆；
其优势在于：不影响模板工序施工且不用单独进行预埋点的模板处理；不影响混凝土强度且能保证混凝土外观。
步骤3）依次通过十字扣件连接三角桁架立杆和三角桁架斜杆，三角桁架斜杆的底端紧贴下部已经浇筑成型的混凝土墙体结构，使整个三角桁架结构受力后将荷载传递至墙体，三角桁架立杆则紧贴在闸室侧墙上，以形成稳定的三角形受力构件；控制每一个三角桁架之间通过钢管和/或扣件连接成整体，构成三角桁架支撑平台，使其共同承受上部荷载，三角架搭设间距≤50cm，总体控制在40~50cm，共安装三脚架支撑架140榀；
其优势在于：充分利用三角形稳定性原理和三角桁架结构力学原理在悬臂结构混凝土支撑施工中采用了钢管三角架结构，且仅对水平杆件进行预埋固定；在桁架进行受力时斜向杆件与混凝土结构接触，三角形桁架开始整体受力。
步骤4）称重脚手架采用钢管搭设，与三角桁架连接成为整体；脚手架搭设间排距50×70cm，步距80cm，隔排增设剪刀撑对其进行稳定加固；所有称重脚手架靠近墙体侧的钢管端头全部与墙面拉杆焊接连接；
步骤5）在悬臂结构混凝土浇筑完成后进行顶板封顶施工时，可将牛腿部位的脚手架向上延伸，与上部封顶的承重架连为一体，共同受力。
其优势在于：在三角桁架做为支撑平台的基础上，利用同已浇筑墙体的拉杆外露头进行焊接连接，共同形成悬臂结构混凝土支撑综合体系，确保整体受力稳定均衡。
基上所述，三角桁架水平杆埋入混凝土内的长度不小于40cm，与三角桁架斜杆连接后外露长度在50cm~135cm。
基上所述，三角桁架立杆与三角桁架斜杆连接后向下预留长度控制在30cm。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用三角形和桁架结构力学原理在悬臂结构混凝土支撑施工中采用了钢管三角架结构，仅对水平杆件进行少量预埋固定，节省预埋件一次性消耗。
首次采用钢管三角架进行支撑设计，其结构特性能够保证部位无沉降和变形现象，混凝土浇筑外观质量能够满足规范设计要求。
避免了闸室上部结构之间大量脚手架的搭设及拆除工作，约减少钢管量大概有30t，缩短施工工期约20天，另预埋的焊接钢筋均为废料的周转使用。
附图说明
图1是本发明中闸室的结构示意图。
图2是本发明中钢管三角桁架支撑***的结构示意图。
图3是本发明中三角桁架水平杆的预埋布置示意图。
图4是本发明中三角桁架结构的原理图。
图中：1.三角桁架水平杆；2.三角桁架斜杆；3.预埋钢筋；4.称重脚手架；5.三角桁架立杆；6.扣件。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-图4所示，以双江口水电站1#导流洞为例进行说明，进口设置有长×宽=15×19m的双孔闸室（闸室总体桩号0+000～0-025），顶部高程为EL2308，闸室EL2286以上主要为混凝土框架结构，闸室上部墙体EL2303.6～2305之间内侧均设有悬伸1.4m的倒角结构，墙体内侧沿洞周边布置了宽度为1m，长度为1.7m的8根柱子。
闸室上部墙体浇筑至EL2303.6高程时，沿墙体内侧进行悬挑倒角（或称为牛腿）浇筑，悬挑长度1.4m，整体悬臂长度净长为68m，下部反坡坡比为1：1，总高度4.4m。
由于悬臂底部距闸室闸孔流道顶板距离19m，且作业范围较小，采用钢管承重架支撑施工方法，存在在效率低、工作量大，且承重架自身容易发生沉降变形和侧弯变形，作业安全性差、费用高等不足，闸室流道内金属结构安装工作交叉进行。在混凝土结构内预埋的槽钢材料时浪费也较多。
因此从施工技术的角度上结合厂房大坝牛腿利用槽钢或其他型钢进行预埋、加固，并设计内衬外拉***的施工技术，在进行闸室悬臂支撑设计时对常规支撑设计进行优化和改进，在闸室悬臂结构部位下部采用预埋钢管三角架法进行支撑，通过分析确认悬臂结构混凝土及上部闸室顶板的安全、质量、进度。
按照闸室总体的分层设计，混凝土浇筑至悬臂起点以下2-3m的位置时，在面层混凝土未初凝前，沿模板内侧混凝土内人工挖槽，作为预埋三角桁架水平杆1的水平槽孔作为安装孔，混凝土内的槽孔深10～15cm、长40cm，在槽边埋设一根规格为Ф16、20cm长的钢筋，为三角桁架的单根杆件预埋工作做好准备。
其优势在于：进度快，预埋点末端与预埋加固钢筋焊接后能保证每根钢管的稳定和平整度控制；预埋长度为40cm，相比常规设计节省混凝土结构内预埋的一次性材料。
待上层混凝土备仓模板全部安装就位后，将提前加工好的三角桁架水平杆1沿坑槽***混凝土水平槽孔内，钢管与预埋钢筋3焊接牢固后，用水泥砂浆对坑槽与模板接缝处进行堵缝，确保混凝土浇筑时不漏浆。
其优势在于：不影响模板工序施工且不用单独进行预埋点的模板处理；不影响混凝土强度且能保证混凝土外观。
三角桁架的加工采用外径48mm、壁厚3.5mm的钢管，杆件连接均采用扣件连接。三角桁架水平杆外露长度根据悬臂结构外顶部结构需要进行适当调整，最长为1.5m。
钢管三角桁架斜杆2紧贴下部已经浇筑成型的混凝土墙体，使整个三角桁架受力后将荷载传递至墙体，以形成稳定的三角形受力构件，每一个三角架之间利用等规格的钢管进行扣件连接成整体，使其共同承受上部荷载。三角架搭设间距≤50cm，总体控制在40~50cm，共安装三脚架支撑架140榀。
其优势在于：充分利用三角形稳定性原理和三角桁架结构力学原理在悬臂结构混凝土支撑施工中采用了钢管三角架结构，且仅对水平杆件进行预埋固定；在桁架进行受力时斜向杆件与混凝土结构接触，三角形桁架开始整体受力。
利用钢管和扣件对所有三角架进行整体组合连接形成三角桁架支持平台，支撑架搭设均采用外径48mm、壁厚3.5mm的钢管搭设，与三角桁架连接成为整体。称重脚手架4搭设间排距50×70cm，步距80cm（局部加固时，间排距适当缩小），隔排增设剪刀撑对其进行稳定加固。在EL2300至EL2303.6之间的所有靠近混凝土墙体的钢管端部全部与墙面拉杆焊接连接。
在悬臂结构混凝土浇筑完成后进行顶板封顶施工时，将的牛腿部位的称重脚手架4向上延伸，与上部承重架连为一体，共同受力，整体稳定性和安全性得到有效提升。
其优势在于：在三角桁架做为支撑平台的基础上，利用同已浇筑墙体的拉杆外露头进行焊接连接，共同形成悬臂结构混凝土支撑综合体系，确保整体受力稳定均衡。
最终构建形成的钢管三角桁架支撑***，包括闸室侧墙、闸室悬臂、三角桁架水平杆1、三角桁架斜杆2、三角桁架立杆5、预埋钢筋3、称重脚手架4和扣件6；所述闸室侧墙上等高位置的水平面上配置有一圈水平槽孔，用于安装所述三角桁架水平杆1的一端；所述三角桁架立杆5配置为上端与三角桁架水平杆1通过扣件6固定、下端与三角桁架斜杆2通过扣件6固定；所述三角桁架斜杆2配置为通过扣件6连接三角桁架立杆5和三角桁架水平杆1的另一端，构成三角桁架结构，同时所述三角桁架斜杆的底端与闸室侧墙抵接；相邻两个三角桁架结构通过钢管和/或扣件6相连，构成三角桁架支撑平台；所述预埋钢筋预埋在各个水平槽孔的内端，用于固定所述三角桁架水平杆；所述称重脚手架4搭建于所述三角桁架支撑平台上并支撑所述闸室悬臂。
从结构受力方面主要承受的上部荷载，主要包括：混凝土自重，倾倒压力和振捣压力，取混凝土重度2500kg/m3；上部脚手架搭设完成后整个支撑作用范围内的结构件形成一个整体，所以单根支撑的扭曲变形在计算时不予考虑，主要进行三角架和工字钢的抗弯强度和抗剪强度计算，来确定否符合相关规范和设计要求。
（1）三角形原理和三角桁架结构力学原理在悬臂结构混凝土浇筑的技术，比以往采用的“槽钢支撑+混凝土内预埋受力立柱+拉杆内撑外拉布置”施工技术有了进一步的优化，现场施工操作简单方便，三角架安装制作以及后续拆除便捷。
（2）预埋到混凝土内的材料仅为40cm长的钢管，一次性消耗材料少，节约成本的同时加快了进度，利用钢管脚手架进行三角桁架支撑平台设计实施的原理和技术具有一定的可推广性和借鉴性。
最后应当说明的是: 以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钢管三角桁架支撑***，其特征在于：包括闸室侧墙、闸室悬臂、三角桁架水平杆、三角桁架斜杆、三角桁架立杆、预埋钢筋、称重脚手架和扣件；所述闸室侧墙上等高位置的水平面上配置有一圈水平槽孔，用于安装所述三角桁架水平杆的一端；所述三角桁架立杆配置为上端与三角桁架水平杆通过扣件固定、下端与三角桁架斜杆通过扣件固定；所述三角桁架斜杆配置为通过扣件连接三角桁架立杆和三角桁架水平杆的另一端，构成三角桁架结构，同时所述三角桁架斜杆的底端与闸室侧墙抵接；相邻两个三角桁架结构通过钢管和/或扣件相连，构成三角桁架支撑平台；所述预埋钢筋预埋在各个水平槽孔的内端，用于固定所述三角桁架水平杆；所述称重脚手架搭建于所述三角桁架支撑平台上并支撑所述闸室悬臂。
2.根据权利要求1所述的钢管三角桁架支撑***，其特征在于：所述称重脚手架上隔排设置剪力撑。
3.根据权利要求2所述的钢管三角桁架支撑***，其特征在于：所述称重脚手架靠近闸室侧墙的位置与墙面拉杆焊接固定，所述墙面拉杆为预埋在闸室侧墙中的拉杆竖向拉杆结构。
4.根据权利要求1或2或3所述的钢管三角桁架支撑***，其特征在于：所述三角桁架水平杆、三角桁架斜杆、三角桁架立杆间通过扣件连接后留出一段余量。
5.根据权利要求1或2或3所述的钢管三角桁架支撑***，其特征在于：所述三角桁架水平杆、三角桁架斜杆、三角桁架立杆和所述称重脚手架均采用圆钢管。
6.根据权利要求1或2或3所述的钢管三角桁架支撑***，其特征在于：所述预埋钢筋的朝向与水平槽孔的方向垂直。
7.根据权利要求1或2或3所述的钢管三角桁架支撑***，其特征在于：相邻的所述三角桁架结构的间距≤50cm。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的钢管三角桁架支撑***的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）三角桁架杆件预埋；按照闸室总体的分层设计，混凝土浇筑至悬臂高程点以下2-3m的位置时，在面层混凝土未初凝前，沿模板内侧混凝土人工挖水平槽，作为预埋三角桁架水平杆的安装孔，在槽边埋设一根预埋钢筋，为三角桁架水平杆的预埋工作做好准备；
步骤2）待上层混凝土备仓模板全部安装就位后，将提前加工好的三角桁架水平杆沿水平槽孔***，然后将钢管与预埋钢筋焊接牢固，用等同混凝土强度的水泥砂浆对放有钢管后的水平槽孔与模板接缝处进行堵缝，确保砼浇筑时不漏浆；
步骤3）依次通过十字扣件连接三角桁架立杆和三角桁架斜杆，三角桁架斜杆的底端紧贴下部已经浇筑成型的混凝土墙体结构，使整个三角桁架结构受力后将荷载传递至墙体，三角桁架立杆则紧贴在闸室侧墙上，以形成稳定的三角形受力构件；控制每一个三角桁架之间通过钢管和/或扣件连接成整体，构成三角桁架支撑平台，使其共同承受上部荷载，三角架搭设间距≤50cm，总体控制在40~50cm，共安装三脚架支撑架140榀；
步骤4）称重脚手架采用钢管搭设，与三角桁架连接成为整体；脚手架搭设间排距50×70cm，步距80cm，隔排增设剪刀撑对其进行稳定加固；所有称重脚手架靠近墙体侧的钢管端头全部与墙面拉杆焊接连接；
步骤5）在悬臂结构混凝土浇筑完成后进行顶板封顶施工时，可将牛腿部位的脚手架向上延伸，与上部封顶的承重架连为一体，共同受力。
9.根据权利要求8所述的钢管三角桁架支撑***的施工方法，其特征在于：三角桁架水平杆埋入混凝土内的长度不小于40cm，与三角桁架斜杆连接后外露长度在50cm~135cm。
10.根据权利要求8所述的钢管三角桁架支撑***的施工方法，其特征在于：三角桁架立杆与三角桁架斜杆连接后向下预留长度控制在30cm。
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