浅析出站通道中板结构加固及施工措施

摘要：结构加固在施工过程中随处可见，本文结合工程实例，主要对施工措施加固进行阐述。介绍在大型铁路工程建设中，如何设计计算支撑体系和实施操作，对薄弱结构进行加固，保证结构及施工的安全可靠。

关键词：结构施工支撑加固 荷载传递

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、工程概况

青岛北客站位于青岛市李沧区，为大型铁路客运车站，站房中心里程KDK15+598，站房总建筑面积68828m2，站场共8台18线。

主站房地上两层、地下两层，其中地下二层为地铁站台层，为三柱四跨结构，局部为两柱三跨结构，底板面标高为-17.59（标准段）～－19.154m（局部）；地下一层为国铁出站通道，为两柱三跨结构，地下一层底板面标高为-10.65m，上部为框架梁结构，框架梁标高为-3.8m。

承轨梁支撑在框架梁上分三跨跨越地铁A区，其跨径布置为（10.6＋19.9＋10.6）m，其中边跨采用LP＝10.6m钢筋混凝土简支整孔箱梁，中跨为LP＝19.9m预应力钢筋混凝土简支整孔箱梁，本桥与站房结构共用一个基础。青岛北客站承轨梁设计为单箱单室截面简支梁，梁端梁高1.35m，箱梁顶板全宽4.9m，梁顶板厚0.35m，底板厚0.35cm，腹板厚0.8m。跨中梁高1.65m，梁顶板厚0.24m，底板厚25cm，腹板厚0.25m。梁高从距梁端1.0m处开始渐变，渐变段长2.0m。地下结构标准段横剖面详见图-1：

图-1：A区地下结构标准段横剖面图

负一层国铁出站层框架梁柱上有高架候车层钢柱脚预埋件，但因站房钢结构优化方案迟迟未批复完成，负一层结构不具备施工条件，导致在地铁层顶板（即国铁出站层底板，以下统一称为中板）施工完成后，国铁出站层的框架梁与承轨梁结构无法连续进行施工。

因此现场调整施工安排，在中板砼强度达到规范要求后，拆除中板的模板支撑体系。再度进场施工时，考虑负一层框架结构以及上部承轨梁结构荷载，需要对600mm厚中板结构进行加固，利用加固支撑架将荷载传递至基础底板，避免上部结构施工对中板造成破坏。本文主要对结构加固架设计及施工措施做阐述。

二、参考资料

1、现场勘察和研究所获得的资料，以及相关补充资料。

2、参考规范《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《建筑施工手册》（第四版）、《简明施工计算手册》。

3、青岛北客站承轨梁设计施工图。

4、青岛北客站出站通道设计施工图。

5、出站通道出站层中板设计施工图。

三、材料选用

钢管：钢管选用外径为48mm、壁厚3.5mm（实际为2.75mm，也为设计计算取值）的无缝钢管，钢材强度等级Q235-A，钢管表面应平直光滑，不应有裂纹、分层、压痕、划道和硬弯，新用的钢管要有出厂合格证。脚手架施工前必须将入场钢管取样，送有相关国家资质的试验单位，进行钢管抗弯、抗拉等力学试验，试验结果满足设计要求后，方可在施工中使用。应符合国家标准《直缝电焊钢管》（GB/T13793）或《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3092）的相关规定，质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）中Q235-A级钢的规定。

扣件：本工程钢管脚手架的搭设使用可锻铸造扣件，应符合建设部《钢管脚手扣件标准》JGJ22-85的要求，扣件表面不得有裂纹、气孔、缩松、砂眼等锻造缺陷，扣件的规格应与钢管相匹配，贴和面应干整，活动部位灵活，夹紧钢管时开口处最小距离不小于5mm。钢管螺栓拧紧力矩达70N.m时不得破坏。

方木：100×100一等锯材，符合现行国家标准《木结构设计规范》GB50005的规定。

底座、顶托：采用直径38mm的调节螺杆，可调底座底板的钢板厚度不应小于6mm，可调托撑钢板厚度不应小于5mm。可调底座和可调托撑丝杆与调节螺母啮合长度不小于6扣，插入立杆的长度不得小于150mm。

四、中板加固计算

（一）、荷载计算

荷载计算时，按照最不利的计算原则，选取承轨梁的标准截面进行计算。

（1）恒载

①浇筑混凝土自重

混凝土自重选择26kN/m3，梁体标准截面面积为2.5m2。

P1=（26 kN/m3×2.5m2）÷3.0m=21.67 kN/m2

②梁体模板自重

梁体模板底模采用15mm厚的一类一等竹胶板，外模采用桥梁清水混凝土耐用型专用模板（2240×1220×10mm）。箱室内模采用9mm厚的木模板竹胶板下纵向设置5cm×7cm方木，间距为15cm，纵向方木外侧采用8cm×10cm的方木竖向加固，间距为100cm，利用方木骨架和钢管作为支撑连接成整体以满足刚度要求。根据一般的施工经验取值1.5kN/m2。

P2=1.5kN/m2

③方木自重

取方木容重最大值为7 kN/ m3

10cm×10cm方木 P3=7 kN/m3×0.01 m2=0.08 kN/ m2

15cm×15cm方木 P4=7 kN/m3×0.0225 m2=0.189 kN/ m2

④支架自重

中板上部承轨梁支架自重（按最大支撑高度h=6.65m计算，布置方式顺桥向×横桥向×横杆步距=0.6m×0.9m×1.2m），单根立杆采用选择1根LG-300，1根LG-180、1根LG-120，可调顶托KTZ-45、可调底座KTC-45组成。

单根立杆自重 P5=（16.48＋10.19＋7.05＋5.82＋7.01）kg =46.55kg=0.465kN

作用在单根立杆上横杆自重 P6=（6×2.47＋6×3.63）kg =36.6kg =0.37kN

承轨梁体支架立杆纵横间距按照0.6m×0.9m(横向×纵向)布置，则单位平方米面面积上最多设置4根立杆

则自支架自重P7=（0.465 kN＋0.37 kN）×4÷1m2=3.34 kN/ m2

（2）活载

①设备及人工荷载P8=2.5 kN/ m2

②混凝土浇筑冲击荷载P9=2 kN/ m2

③混凝土振捣活载P10=2 kN/ m2

（3）荷载组合

q＝1.2恒载＋1.4活载

＝1.2（P1＋P2＋P3＋P4＋P7）＋1.4（P8＋P9＋P10）

＝1.2（21.67＋1.5＋0.08＋0.189＋3.34）＋1.4（2.5＋2＋2）

＝41.23 kN/ m2

（二）、中板强度检算

（1）中板强度验算

①抗压强度：

上部结构施工时，因时间间隔较长，中板混凝土 (C40)已达到设计强度，取40MPa。

承轨梁底支撑间距0.6m×0.9m。

故单根立杆轴向力：N=41.23 kN/ m2×（0.6m×0.9m）=22.26kN

p＝N/A=22.26×103/1808.64＝12.31N/mm2≤fk＝40N/mm2

（A为钢管的全截面面积，即A=3.14×242=1808.64mm2）

施工时，每根立杆下设可调底托或支垫方木，故立杆底部面积取钢管全截面面积。

满足要求。

②抗剪强度：

取600mm板宽，按照不配置箍筋和弯起钢筋一般板类受弯构件计算斜截面受剪承载力：

＝0.7×1×1.71×600×575

=412.97 kN

当h0＜800mm时，取800mm；

中板混凝土强度C40，故其轴心抗拉强度设计值为1.71N/mm2；

中板板厚600mm，钢筋保护层厚度25mm，则截面有效高度h0为575mm。

在该种工况下，中板承受的最大剪力为加固架立反力，即V=31.1 kN＜Vc，满足要求。

③方木抗压强度验算

方木承受轴力N=41.23×（0.6×0.9）=22.26kN

根据顶托型号确定方木承压面积为A=100×100=10000mm2

故P=N/A=22.26×1000÷10000=2.23 N/mm2＜12 N/mm2

满足要求。

（三）、中板挠度验算

取板宽1m，在长跨方向按单跨简支梁计算跨中最大挠度。中板受拉区沿长跨方向钢筋为Φ16@150，受压区为Φ20@200。

长期刚度：

―按荷载效应的标准组合计算的弯矩：

1/8×26.78×0.92+1/8×6.5×0.92=3.36kN.m

―按荷载效应的准永久组合计算的弯矩：（查建筑结构荷载规范车站准永久值系数为0.5)

1/8×26.78×0.92+0.5×1/8×6.5×0.92=3.04 kN.m

―考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数：

，故取1.6。

短期刚度：

―钢筋弹性模量：

―裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，按直接承受重复荷载作用构件取1.0；

钢筋的弹性模量与混凝土弹性模量的比值

―受压翼缘加强系数，

―纵向受拉钢筋配筋率，

故：

按0.9m单跨简支梁模型计算板的最大挠度：

查《混凝土结构设计规范》表3.3.2可知，楼板允许挠度限值为l/250=3.6mm，故F=0.006mm＜3.6mm，中板挠度验算满足要求。

（四）、中板最大裂缝宽度验算

―构件受力特征系数，查《混凝土结构设计规范》表8.1.2-1为2.1；

―裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，按直接承受重复荷载作用构件取1.0；

―按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力，按《混凝土结构设计规范》第8.1.3条受弯构件计算为：

按照较大跨度0.9m，取1m宽的板带，按3跨连续梁计算：

―钢筋弹性模量：

―最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，取25mm；

―受拉区纵向钢筋等效直径，

―按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：

所以中板最大裂缝宽度满足要求。（最大裂缝宽度限值查《混凝土结构设计规范》表3.3.4。）

（五）、钢管支撑架体承载能力验算（按轴线受压考虑）

（1）单根立杆承载的轴向最大许可外力计算

中板支架立杆纵横间距按照0.6m×0.9m(横向×纵向)布置，中板上部荷载静内力组合后为41.23kN/ m2，则单根立杆上可承受的最大荷载为：

41.23kN/ m2×(0.6×0.9)=22.26kN。

（2）立杆强度

与承轨梁对应的出站通道中板下支撑立杆为φ48×2.75mm，钢管支架间距0.6m×0.9m，步距≤1.5m；

钢管截面的回转半径

钢管抗弯设计值为：；

150；

长细比满足要求。

查JGJ130-2001附表C，得稳定系数0.634。

σ＝N/(ψA)＝2.26×103/(0.634×390.733)＝89.86N/mm2≤[σ]＝205N/mm2

故立杆强度满足要求。

（六）、承轨梁与站房框架梁垂直投影重叠部分

由于承轨梁施工在站房框架梁施工完毕之后进行，承轨梁部分荷载（梁体模板和混凝土）直接由框架梁承担，利用MIDAS CIVIL 软件来做模拟分析，将站房框架梁（截面尺寸1000mm×1500mm）模拟成三跨连续梁，站房框架梁设计受拉区为双层受力钢筋，布置形式（25Φ329/16），受压区钢筋布置形式（10Φ32），抗扭钢筋（48Φ32），箍筋φ12@150mm。根据上部承轨梁施工荷载进行模拟分析，计算模型如图-2。

图-2：计算模型

利用MIDAS CIVIL 软件计算结果如下：

图-3：支座反力图（单位：kN）

支座反力：FMin=116.8KN，FMax=682.9kN

图-4：梁体剪力图（单位：kN）

最大剪力：ZMax=1.95300e+002 kN

图-5： 梁体弯矩图（单位：kN.m）

最大弯矩：M=3.91973e+002 kN.m

图-6： 梁体变形图（单位：m）

最大位移：2.95742e-003 m，满足梁体挠度设计要求。

（七）、加固支架地基承载力验算

加固支架基础为地铁层底板，底板厚度1.6m和2.3m，混凝土强度C45，下部为桩基础，故地基承载力完全能够满足要求。

五、站房框架梁和承轨梁下部出站通道中板加固方案

（一）、加固方案设计原则

1、承轨梁梁体支架设计，依据严谨受力验算分析，对承轨梁下部出站通道中板有选择性的局部进行加固。

2、选用材料时，力求做到常见通用、能保证施工需要。

3、结合本工程的实际情况，综合考虑了以往的施工经验，加固架搭设时保证上部碗扣式脚手架的立杆与下部扣件式钢管脚手架的立杆处于同一轴线上，使上部荷载直接通过钢管支撑传递给基础底板。

4、选择加固措施时，必须做到受力明确，构造措施到位，搭拆方便，便于检查验收。

5、尽量减少立杆接头的数量，防止支架受力变形。

（二）、加固区域

本次对中板加固采取有选择性的加固，不搭设满堂支撑。为了控制承轨梁下部出站通道中板结构在施工荷载作用下发生变形，加固部位为出站通道框架梁投影区域、承轨梁底板垂直投影区域、中板楼扶梯孔洞周边和后浇带。

（三）、加固方式及措施

（1）框架梁在中板上的投影区域

高度小于（包括）950mm，且宽度小于（包括）600mm的框架梁在中板投影区域不再进行加固，除此之外，其他框架梁投影区域均需对中板进行加固。加固架的宽度不应小于框架梁在中板上的投影宽度。

对中板的加固采用扣件式钢管架，要求立杆布置均匀，横平竖直。

对框架梁投影区域中板的加固按照下面的原则进行：

①框架梁高度不大于950mm，且宽度不大于600mm，其投影区域中板不进行加固；

②框架梁高度在1700mm及以下的，加固架立杆间距为900mm×900mm，横杆步距1500mm；

图-7：1800mm×1000mm梁投影区域中板加固支架横立面图

图-8：1800mm×1000mm梁投影区域中板加固支架侧立面图

③框架梁高度为2000mm和2200mm的，加固架立杆间距为600mm×900mm，其中沿梁横截面间距600mm，纵向间距900mm，横杆步距1500mm；且立杆应沿梁横截面方向按600mm间距设置3排；

图-9：2000mm×2000mm梁投影区域中板加固支架横立面图

图-10：2000mm×2000mm梁投影区域中板加固支架侧立面图

④框架梁高度为2400mm和2700mm的，加固架立杆间距为600mm×600mm，横杆步距1500mm；

图-11：750mm×2700mm梁投影区域中板加固支架横立面图

图-12：750mm×2700mm梁投影区域中板加固支架侧立面图

⑤加固支撑立杆纵距（梁跨度方向）在梁框中1/3范围内适当减小，即跨中立杆适当加密。

（2）承轨梁底板垂直投影区域

对于承轨梁顺桥向不受站房框架梁影响部分，梁支架间距纵、横向间距为900mm×600mm（横向指沿梁体截面方向），横杆步距为1.5m，顶部采用U型顶托垫木方与中板顶紧，方木尺寸10cm×10cm。

为避免梁体下部支架立杆与出站通道中板加固区域的下部立杆发生错位现象，造成出站通道中板受上部荷载时发生剪切破坏，扩大出站通道中板的加固范围，沿承轨梁底两侧各增加一排立杆。

对于承轨梁位于站房（KL14：1500×1000mm）之上的部分，待框架梁混凝土强度达到100%后，在框架梁（KL14）顶面进行承轨梁体施工，不对下部框架梁做支撑加固。站房工程作业队施工框架梁（KL14）时对梁体下部中板进行加固，承轨梁底板悬臂部分和框架梁一起加固，如下图所示。

图-13：承轨梁梁体支架横桥向布置图

（3）楼扶梯孔洞周边

中板上共有4个楼梯孔洞和6个垂直电梯孔洞，设计楼梯井和电梯井有剪力墙或支撑柱，但施工时将剪力墙和支撑柱纳入二次结构施工。本次加固针对尚未二次结构施工完毕的楼梯井和电梯井孔洞四周，设置间距900mm×900mm的双排架进行加固，横杆步距1500mm，其他措施要求同框架梁底中板加固，如图-14、15：

图-14： 楼梯井中板加固支架平面布置图

图-15： 电梯井中板加固支架平面布置图

（4）后浇带

对尚未浇筑混凝土的后浇带处中板进行加固，后浇带宽度800mm，因此选择在后浇带处设置间距900mm×900mm双排架，两排立杆布置在后浇带两侧板的边缘，其他措施要求同框架梁底中板加固。后浇带处立杆平面布置如图-16所示：

图-16： 后浇带处中板加固支架平面布置图

（5）一般构造要求

①每根立杆下部设承重底托。

②立杆上部设置顶托，顶托内采用100mm×100mm方木作为支撑梁，方木沿框架梁投影纵向设置。因加固架为二次搭设的支撑，所以必须通过调节可调顶托使架体支撑点与中板紧密贴合，避免因空隙太大，在承受荷载时，造成中板变形过大产生裂缝。

③在立杆距地面200mm高处，沿纵横水平方向按纵下横上的程序设置扫地杆。立杆上部的承重顶托必须旋紧，且顶托伸出长度不超过200mm。在立杆上端部纵横向设置一道水平拉杆。

④沿梁跨度方向，在支架外侧周圈设置由下至上的竖向连续式剪刀撑，剪刀撑杆件的底端应与地面顶紧，夹角宜为45°～60°。

六、施工注意事项

（1）加固架体搭设过程中，重点检查支撑点与中板贴合的紧密程度。因为加固架为二次搭设，若未与中板形成紧密的贴合，在中板承载时，中板就可能因为变形过大产生裂缝。施工过程中，操作工人通过调节可调顶托，使支撑点顶紧中板，顶紧检查的标准就是人工调节（用钉锤等工具）可调顶托时，顶托均不能再进行调节为止。加固架搭设完成后，要将该点作为重点进行专项验收。

（2）在进行中板加固前，首先由测量组进行测量放线，将负一层轴线引测至地铁层底板上，并用墨线弹好框架梁投影线，加固架体按照框架梁投影线进行搭设，从而保证加固架与上部框架梁在竖向对应，避免中板不合理受力。

（3）加固架所用材料从中板扶梯预留洞口吊装至地铁层，吊装过程中要严格按照吊装规程进行操作，注意吊装安全。

（4）加固架的搭设应在上部框架梁模板支撑架搭设前施工完毕，这样在搭设上部模板支撑架时可以使加固架有个“预压”过程，让加固架与中板进一步贴合紧密。

（5）加固架与结构边距离控制在300mm以内。

（6）架工按照底板上弹好的框架梁投影线，依据制定的加固措施进行加固架体的搭设，搭设时立杆和横杆要横平竖直，特别是扣件要连接紧固。

（7）加固架应在上部框架梁混凝土浇筑完成，且混凝土强度达到设计强度100%后方可进行拆除。

(8) 相邻的立杆应该避免在同一水平面接长，接头按50%错开。如下图：

七、施工效果验证

为验证加固方案实施效果，在单个结构段中设置了中板变形观测点，进行方案效果实施验证，采用高精度全站仪进行点位标高观测，观测结果如下：

中板沉降观测记录表 编号 AQ-C-2

工程名称：青岛北客站站房工程 监测项目 -10.6m中板竖直沉降监测

观测部位：第四结构段中板板面

监测点1位置： X=

4004414.938 Y=

533106.508 H~3/G交

7轴 监测点2位置： X=

4004437.387 Y=

533120.065 1/G~2/G交8轴

观测时间 后视读数 前视读数 测点高程 累计沉降值 观测时间 后视读数 前视读数 测点高程 累计沉降值

2012-07-21

16:00 1.40997 1.42300 0.98697 ― 2012-07-21

16:00 1.32127 1.34729 0.97398 ―

2012-07-22

10:00 1.34858 1.36170 0.98688 0.00009 2012-07-22

19:00 ― ― ― ―

2012-07-23

14:00 1.27270 1.28681 0.98589 0.00108 2012-07-23

14:00 1.37658 1.40260 0.97398 0.00000

备注：

观测后视点不在沉降区，拟定其高程为+1m。

监测点设置于2mx2m框架梁跨中，沉降较大处。

监测时段分别为混泥土浇筑前，混泥土浇筑过程中，混泥土浇筑完毕后。

根据以上观测结果，得到以下结论：监测点1累计沉降1.08mm，监测点2累计沉降0 mm，监测未发现明显沉降。沉降均小于中板允许挠度限值3.6mm，并且无结构裂痕。

由此推断，中板加固方案可靠可行。

结束语

根据本方案实施，青岛北客站项目完成已完成对出站通道结构的工程施工，本次结构加固的方案从设计到实施均为笔者首次接触的工程项目，经与具备相关经验导师讨论并翻阅资料后编制完成加固方案并实施，对期间得到的帮助不胜感激。在结构施工过程中，难免遇到类似需要对设计成型结构进行施工加固的案例，本文仅提供些许成功示例的介绍，希望能提供帮助。