一种架体结构及利用其封堵顶板预留孔洞的施工方法
技术领域
本发明涉及轨道交通建设技术领域，具体指一种架体结构及利用其封堵顶板预留孔的施工方法。
背景技术
随着我国城市交通建设的飞速发展，地铁地下工程应用领域不断扩大，在地铁方便城市市民出行的同时，也对施工效率、安全提出了更高的要求。在场地紧张、上下交叉作业频繁、施工进度紧，在中板预留吊装孔未封堵完成且站台层正在进行其他施工时，无法搭设脚手架，严重影响了施工进度。
发明内容
本发明第一个目的是提供一种架体结构，所述架体结构的架管底座铺设在未封堵的中板预留吊装孔洞上，解决了中板预留吊装孔未封堵完成且站台层需多种工种同时施工无法搭设脚手架的问题，并且铺设架管底座操作方便，稳定性强，拆卸工作量小，使用灵活，安全可靠性高。
本发明的第二个目的是提供了一种利用上述架体结构封堵顶板预留孔洞的施工方法，通过架体底座的施工参数，架体、模板的参数三者相互配合取值，优化出符合施工要求的架体结构，既节约施工成本又能满足施工安全要求。
本发明通过下面的技术方案加以实现：
一种架体结构,包括架管底座、架体、模板；所述架管底座由架管底座第一层，架管底座第二层，架管底座第三层从下至上依次连接组成；所述架管底座第一层是由位于中板两侧突出位置的双拼工字钢1组成，双拼工字钢1方向与轨道平行；所述架管底座第二层铺设在架管底座第一层上，是由若干工字钢2组成，工字钢2方向与轨道垂直；所述架管底座第三层铺设在架管底座第二层上，是由若干方木3组成，方木3方向与轨道平行；
所述架体是由立杆4、横杆5、剪刀撑6和扣件组成，从所述架管底座第三层向顶部依次安装立杆4，横杆5，底部一个作业面安装完成后，再逐层向上安装；横杆5与立杆6通过碗扣相连；从底部向顶部安装需要设置剪刀撑6，通过扣件与立杆连接；在立杆4底部碗扣处应设置扫地杆7。
而且，所述架体顶端还连接有可调托撑和可调底座螺杆，可调托撑上方铺设主龙骨，在所述主龙骨上铺设次龙骨，在所述次龙骨上铺设模板。
而且，所述模板为竹胶板。
而且，所述架体架设过程中具体选择参数如下：
所述立杆4间距为0.6m×0.9m(纵×横)，横杆5步距为1.2m；所述立杆4设置必须竖直，垂直允许偏差不大于H/500，最大允许偏差应小于100mm；所述立杆4顶端可调托撑伸出顶层水平杆的悬臂长度不应超过650mm，可调托撑和可调底座螺杆插入立杆4的长度不得小于150mm，伸出立杆4的长度不宜大于300mm，安装时可调底座螺杆应与立杆4钢管上下同心，且可调底座螺杆外径与立杆钢管内径的间隙不应大于3mm；
所述剪刀撑(6)采用φ48×3.5mm钢管搭接，搭接长度不得小于1000mm，用扣件与立杆(4)扣牢；
所述扫地杆(7)距离地面高度不应超过350mm，与相邻立杆(4)连接牢固；剪刀撑与交叉处立杆(4)或水平杆扣接；
所述主龙骨采用100×100mm方木，按照0.6m间距纵向布置；所述次龙骨采用50×100mm方木，按照0.25m间距横向布置。
本发明还提供一种利用上述架体结构封堵顶板预留孔洞的施工方法，包括通过受力验算选取架管底座的施工参数，搭设架体结构，所述模板上封堵顶板预留孔洞。
所述施工参数包括组成材料选材和架管底座架设参数；所述通过受力验算选取架体结构的施工参数，具体包括以下步骤：
通过公式(1)-(5)对所述架体底座的施工参数进行计算取值，其中架体、模板的参数根据施工实际情况进行预设，然后根据公式(1)-(5)的验算结果进行架体底座的施工参数的选择，架体底座的施工参数，架体、模板的参数三者是相互配合取值的过程，直到优化出符合施工要求的取值即可施工架体结构；当架体底座的施工参数，架体、模板的参数三者是相互配合取值不能满足施工要求时，需要对架体、模板的预设参数进行调整。
(1)均布荷载组合值按下式计算：
Q＝(M+m+N+n)×a+(q1+q2)×b
式中：Q-均布荷载组合值(kN/m2)
M-模板自重(kN/m2)
m-混凝土自重(kN/m2)
N-钢筋自重(kN/m2)
n-钢管架自重(kN/m2)
q1-砼振捣产生的荷载(kN/m2)
q2-施工荷载标准值(kN/m2)
a-自重安全系数
b-载荷安全系数
(2)单根工字钢最大抵抗弯矩按下式计算：
Mmax＝W×f
式中：W-工字钢截面模量(cm3)
f-型钢抗拉强度标准值(N/mm2)
Mmax-单根工字钢最大抵抗弯矩(KN·m)
(3)单根工字钢最大抗剪能力按下式计算：
Vmax＝f×A
式中：f-型钢抗拉强度标准值(N/mm2)
A-工字钢截面面积(cm2)
Vmax-单根工字钢最大抗剪能力(KN)
(4)预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度按下式计算：
Ymax＝5×Q×L×l4/(384×E×J)
式中：Ymax-预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度值(mm)
Q-均布荷载组合值(kN/m2)
L-工字钢间距(m)
l-跨度(cm)
E-弹性模量(kg/cm2)
J-截面惯矩(cm4)
(5)按下式计算：
Mmax＝1/8×Q×L×l2
式中：Mmax-预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩(KN·m)
Q-均布荷载组合值(kN/m2)
L-工字钢间距(m)
l-跨度(cm)
经公式计算结合施工实际，所述架管底座第一层双拼工字钢(1)选用I32b工字钢相互拼接组成；所述架管底座第二层选用I32b工字钢，中心间距为0.3m；所述架管底座第三层选用10×10方木，中心间距为0.9m。
架管底座的施工参数需要使单根工字钢最大抗剪能力、预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度、预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩满足施工要求；
根据受力验算结果确定的施工参数搭设所述架体结构。
而且，所述模板上封堵顶板预留孔洞，具体包括以下步骤：
通过可调托撑和可调底座螺杆调整模板的高度及预拱度，在模板上封堵顶板预留孔洞，首先进行钢筋绑扎，保持钢筋表面清理干净，必要时进行除锈，然后进行混凝土浇筑，浇筑混凝土要比顶板混凝土标号高一级的混凝土，采用泵送商品混凝土，分层分段对称浇注，顶板混凝土终凝之前做好压实、提浆、抹面工作，并按要求作好混凝土的养护工作；混凝土养护工作在混凝土浇筑完成、达到初凝状态以后，用草袋覆盖顶板，洒水养生，确保混凝土表面保持湿润；顶板封堵完成后对架体底座、架体进行拆卸即可，用于下一个洞口封堵。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明在中板预留吊装孔未封堵完成且站台层需多种工种同时施工时，利用中板吊装孔铺设架管底座，为搭设脚手架提供平台，缩短了施工时间，满足多种工种同时作业需求，而且铺设架管底座操作方便，稳定性强，拆卸工作量小，使用灵活，安全可靠性强，并可作为搭设脚手架的平台进行推广。
2、本发明通过公式对架体底座的施工参数进行计算取值，其中架体、模板的参数根据施工实际情况进行预设，然后根据公式的验算结果进行架体底座的施工参数的选择，架体底座的施工参数，架体、模板的参数三者是相互配合取值，直到优化出符合施工要求的取值即可施工架体结构，通过严格的受力计算，即可选择符合施工要求的架体材料，又节省了施工成本，同时保证了架体搭设满足设计和规范的要求，上述计算方法可以实际情况进行推广使用。
3、本发明在模板上封堵顶板预留孔洞，通过制定钢筋绑扎、混凝土浇筑封堵顶板预留孔洞，操作简便，减少了人工工作量，降低了施工成本，提高了工作效率。
附图说明
图1为架体搭设立面图
图2为架管底座基础侧视图(一)
图3为架管底座基础侧视图(二)
图4为架管底座平面图
图中，1—双拼工字钢，2—工字钢，3—方木，4—立杆，5—横杆，6—剪刀撑，7—扫地杆，8—竹胶板，9—顶板预留孔，10—中板预留孔。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
下述实施实例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
如图1-图4所示，一种架体结构,包括架管底座、架体、模板；所述架管底座由架管底座第一层，架管底座第二层，架管底座第三层从下至上依次连接组成；所述架管底座第一层是由位于中板两侧突出位置的双拼工字钢1组成，双拼工字钢1方向与轨道平行；所述架管底座第二层铺设在架管底座第一层上，是由若干工字钢2组成，工字钢2方向与轨道垂直；所述架管底座第三层铺设在架管底座第二层上，是由若干方木3组成，方木3方向与轨道平行；
所述架体是由立杆4、横杆5、剪刀撑6和扣件组成，从所述架管底座第三层向顶部依次安装立杆4，横杆5，底部一个作业面安装完成后，再逐层向上安装；横杆5与立杆6通过碗扣相连；从底部向顶部安装需要设置剪刀撑6，通过扣件与立杆连接；在立杆4底部碗扣处应设置扫地杆7；
本实施中，所述架体顶端还连接有可调托撑和可调底座螺杆，可调托撑上方铺设主龙骨，在所述主龙骨上铺设次龙骨，在所述次龙骨上铺设模板。
本实施中，所述模板为竹胶板。
本实施中，所述架体架设过程中具体选择参数如下：
所述立杆4间距为0.6m×0.9m(纵×横)，横杆5步距为1.2m；所述立杆4设置必须竖直，垂直允许偏差不大于H/500，最大允许偏差应小于100mm；所述立杆4顶端可调托撑伸出顶层水平杆的悬臂长度不应超过650mm，可调托撑和可调底座螺杆插入立杆4的长度不得小于150mm，伸出立杆4的长度不宜大于300mm，安装时可调底座螺杆应与立杆4钢管上下同心，且可调底座螺杆外径与立杆钢管内径的间隙不应大于3mm；
所述剪刀撑(6)采用φ48×3.5mm钢管搭接，搭接长度不得小于1000mm，用扣件与立杆(4)扣牢；
所述扫地杆(7)距离地面高度不应超过350mm，与相邻立杆(4)连接牢固；剪刀撑与交叉处立杆(4)或水平杆扣接；
所述主龙骨采用100×100mm方木，按照0.6m间距纵向布置；所述次龙骨采用50×100mm方木，按照0.25m间距横向布置。
本实施例还提供了一种利用上述架体结构封堵顶板预留孔洞的施工方法，包括通过受力验算选取架管底座的施工参数，搭设架体结构，所述模板上封堵顶板预留孔洞。
所述施工参数包括组成材料选材和架管底座架设参数；所述通过受力验算选取架体结构的施工参数，具体包括以下步骤：
通过公式(1)-(5)对所述架体底座的施工参数进行计算取值，其中架体、模板的参数根据施工实际情况进行预设，然后根据公式(1)-(5)的验算结果进行架体底座的施工参数的选择，架体底座的施工参数，架体、模板的参数三者是相互配合取值的过程，直到优化出符合施工要求的取值即可施工架体结构；当架体底座的施工参数，架体、模板的参数三者是相互配合取值不能满足施工要求时，需要对架体、模板的预设参数进行调整。
(1)均布荷载组合值按下式计算：
Q＝(M+m+N+n)×a+(q1+q2)×b
式中：Q-均布荷载组合值(kN/m2)
M-模板自重(kN/m2)
m-混凝土自重(kN/m2)
N-钢筋自重(kN/m2)
n-钢管架自重(kN/m2)
q1-砼振捣产生的荷载(kN/m2)
q2-施工荷载标准值(kN/m2)
a-自重安全系数
b-载荷安全系数
(2)单根工字钢最大抵抗弯矩按下式计算：
Mmax＝W×f
式中：W-工字钢截面模量(cm3)
f-型钢抗拉强度标准值(N/mm2)
Mmax-单根工字钢最大抵抗弯矩(KN·m)
(3)单根工字钢最大抗剪能力按下式计算：
Vmax＝f×A
式中：f-型钢抗拉强度标准值(N/mm2)
A-工字钢截面面积(cm2)
Vmax-单根工字钢最大抗剪能力(KN)
(4)预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度按下式计算：
Ymax＝5×Q×L×l4/(384×E×J)
式中：Ymax-预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度值(mm)
Q-均布荷载组合值(kN/m2)
L-工字钢间距(m)
l-跨度(cm)
E-弹性模量(kg/cm2)
J-截面惯矩(cm4)
(5)按下式计算：
Mmax＝1/8×Q×L×l2
式中：Mmax-预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩(KN·m)
Q-均布荷载组合值(kN/m2)
L-工字钢间距(m)
l-跨度(cm)
架管底座的施工参数需要使单根工字钢最大抗剪能力、预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度、预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩满足施工要求；
根据受力验算结果确定的施工参数搭设所述架体结构。
本实施中，所述模板上封堵顶板预留孔洞，具体包括以下步骤：
通过可调托撑和可调底座螺杆调整模板的高度及预拱度，在模板上封堵顶板预留孔洞，首先进行钢筋绑扎，保持钢筋表面清理干净，必要时进行除锈，然后进行混凝土浇筑，浇筑混凝土要比顶板混凝土标号高一级的混凝土，采用泵送商品混凝土，分层分段对称浇注，顶板混凝土终凝之前做好压实、提浆、抹面工作，并按要求作好混凝土的养护工作；混凝土养护工作在混凝土浇筑完成、达到初凝状态以后，用草袋覆盖顶板，洒水养生，确保混凝土表面保持湿润；顶板封堵完成后对架体底座、架体进行拆卸即可，用于下一个洞口封堵。
实施例2
应用背景：呼和浩特市轨道交通1号线一期工程西起三间房车辆段，沿新华西街一直向东至白塔停车场。正线共设20座车站，在线路西端设车辆段1座，在线路东端设停车场1座。全线铺轨总长69.7km，其中正线铺轨51.7km，场段铺轨18km，全线共设置5个铺轨基地。根据总工期安排和作业面移交情况，全线约70％的铺轨在冬季进行施工。
施工速度要求：施工时间紧，任务重，要求在中板预留吊装孔未封堵完成，同时进行其他工种作业，在保证工程质量的前提下，提高工作效率。
如图1-图4所示，一种架体结构,包括架管底座、架体、模板；所述架管底座由架管底座第一层，架管底座第二层，架管底座第三层从下至上依次连接组成；所述架管底座第一层是由位于中板两侧突出位置的双拼工字钢1组成，双拼工字钢1方向与轨道平行；所述架管底座第二层铺设在架管底座第一层上，是由若干工字钢2组成，工字钢2方向与轨道垂直；所述架管底座第三层铺设在架管底座第二层上，是由若干方木3组成，方木3方向与轨道平行；
所述架体是由立杆4、横杆5、剪刀撑6和扣件组成，从所述架管底座第三层向顶部依次安装立杆4，横杆5，底部一个作业面安装完成后，再逐层向上安装；横杆5与立杆6通过碗扣相连；从底部向顶部安装需要设置剪刀撑6，通过扣件与立杆连接；在立杆4底部碗扣处应设置扫地杆7；
本实施中，所述架体顶端还连接有可调托撑和可调底座螺杆，可调托撑上方铺设主龙骨，在所述主龙骨上铺设次龙骨，在所述次龙骨上铺设模板。
本实施中，所述模板为竹胶板或钢板。
本实施中，所述架体架设过程中具体选择参数如下：
所述立杆4间距为0.6m×0.9m(纵×横)，横杆5步距为1.2m；所述立杆4设置必须竖直，垂直允许偏差不大于H/500，最大允许偏差应小于100mm；所述立杆4顶端可调托撑伸出顶层水平杆的悬臂长度不应超过650mm，可调托撑和可调底座螺杆插入立杆4的长度不得小于150mm，伸出立杆4的长度不宜大于300mm，安装时可调底座螺杆应与立杆4钢管上下同心，且可调底座螺杆外径与立杆钢管内径的间隙不应大于3mm；
所述剪刀撑(6)采用φ48×3.5mm钢管搭接，搭接长度不得小于1000mm，用扣件与立杆(4)扣牢；
所述扫地杆(7)距离地面高度不应超过350mm，与相邻立杆(4)连接牢固；剪刀撑与交叉处立杆(4)或水平杆扣接；
所述主龙骨采用100×100mm方木，按照0.6m间距纵向布置；所述次龙骨采用50×100mm方木，按照0.25m间距横向布置。
本实施例还提供一种利用上述架体结构封堵顶板预留孔洞的施工方法，包括通过受力验算选取架管底座的施工参数，搭设架体结构，所述模板上封堵顶板预留孔洞。
所述施工参数包括组成材料选材和架管底座架设参数；所述通过受力验算选取架体结构的施工参数，具体包括以下步骤：
通过公式(1)-(5)对所述架体底座的施工参数进行计算取值，其中架体、模板的参数根据施工实际情况进行预设，然后根据公式(1)-(5)的验算结果进行架体底座的施工参数的选择，架体底座的施工参数，架体、模板的参数三者是相互配合取值的过程，直到优化出符合施工要求的取值即可施工架体结构；
(1)均布荷载组合值按下式计算：
Q＝(M+m+N+n)×a+(q1+q2)×b
式中：Q-均布荷载组合值(kN/m2)
M-模板自重(kN/m2)
m-混凝土自重(kN/m2)
N-钢筋自重(kN/m2)
n-钢管架自重(kN/m2)
q1-砼振捣产生的荷载(kN/m2)
q2-施工荷载标准值(kN/m2)
a-自重安全系数
b-载荷安全系数
所选参数和实施结果见表1。
表1均布荷载组合值计算表
根据施工实际情况，预设模板自重M，混凝土自重m，钢筋自重N，钢管自重n，经计算均布荷载组合值Q为45.628kN/m2。
(2)单根工字钢最大抵抗弯矩按下式计算：
Mmax＝W×f
式中：W-工字钢截面模量(cm3)
f-型钢抗拉强度标准值(N/mm2)
Mmax-单根工字钢最大抵抗弯矩(KN·m)
所选参数和实施结果见表2。
表2单根工字钢最大抵抗弯矩计算表
选用32b工字钢对应得截面模量，代入公式，通过计算32b工字钢单根最大抵抗弯矩Mmax为152.46KN·m。
(3)单根工字钢最大抗剪能力按下式计算：
Vmax＝f×A
式中：f-型钢抗拉强度标准值(N/mm2)
A-工字钢截面面积(cm2)
Vmax-单根工字钢最大抗剪能力(KN)
所选参数和实施结果见表3。
表3单根工字钢最大抗剪能力计算表
选用32b工字钢对应得截面面积代入公式，经计算I32b工字钢单根最大剪力Vmax为1544.676KN，大于《建筑结构荷载规范》要求的200KN，符合施工要求；所以架管底座第一层和架管底座第二层选用32b工字钢符合施工要求。
(4)预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度按下式计算：
Ymax＝5×Q×L×l4/(384×E×J)
式中：Ymax-预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度值(mm)
Q-均布荷载组合值(kN/m2)
L-工字钢间距(m)
l-跨度(cm)
E-弹性模量(kg/cm2)
J-截面惯矩(cm4)
所选参数和实施结果见表4。
表4预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度计算表
根据根据公式(1)-(3)所得结果，以及本实施中中板预留孔洞的跨度，通过调整工字钢间距，使得预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度值Ymax满足规范要求。其中预留孔洞的跨度l为780cm，当工字钢间距L为0.3m时，预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度值Ymax为22.61mm，小于31.2mm，符合施工要求。
(5)按下式计算：
Mmax＝1/8×Q×L×l2
式中：Mmax-预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩(KN·m)
Q-均布荷载组合值(kN/m2)
L-工字钢间距(m)
l-跨度(cm)
所选参数和实施结果见表5。
表5预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩计算表
根据根据公式(1)-(3)所得结果，以及本实施中中板预留孔洞的跨度，通过调整工字钢间距，使得预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩Mmax满足规范要求。其中预留孔洞的跨度l为780cm，当工字钢间距L为0.3m时，预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩Mmax为104.10KN·m，小于容许最大弯矩152.46KN·m。
可见，当中板中板预留孔洞的跨度为780cm，选用I32b工字钢作为架管底座第一层和架管底座第二层的材料，且架管底座第二层的I32b工字钢，中心间距为0.3m满足施工要求。
本实施中，所述架管底座第三层选用10×10方木，中心间距为0.9m。
架管底座的施工参数需要使单根工字钢最大抗剪能力、预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大挠度、预留孔洞封堵支架在线性荷载下的最大弯矩满足施工要求；
根据受力验算结果确定的施工参数搭设所述架体结构。
本实施中，所述模板上封堵顶板预留孔洞，具体包括以下步骤：
通过可调托撑和可调底座螺杆调整模板的高度及预拱度，在模板上封堵顶板预留孔洞，首先进行钢筋绑扎，保持钢筋表面清理干净，必要时进行除锈，然后进行混凝土浇筑，浇筑混凝土要比顶板混凝土标号高一级的混凝土，采用泵送商品混凝土，分层分段对称浇注，顶板混凝土终凝之前做好压实、提浆、抹面工作，并按要求作好混凝土的养护工作；混凝土养护工作在混凝土浇筑完成、达到初凝状态以后，用草袋覆盖顶板，洒水养生，确保混凝土表面保持湿润；顶板封堵完成后对架体底座、架体进行拆卸即可，用于下一个洞口封堵。
上述实践应用可知：利用架体结构封堵顶板预留孔洞，能够解决中板预留吊装孔未封堵完成且站台层需多种工种同时施工时，无法搭设脚手架的问题，满足了场地紧张、上下交叉作业频繁、施工进度紧的需求，又通过参数选择进行受力验算对架体材料进行选择，保证了在施工安全要求的同时降低了施工成本，取得了很好的效果，确保了呼市轨道交通1号线如期完工，为呼市的城市建设做出了贡献。
