天津地鐵和平站逆作法模板設(shè)計(jì)與施工

何成滔，王小林，王 輝

(1.西安科技大學(xué)，西安 710054;2.中鐵隧道股份有限公司，鄭州 450000)

蓋挖逆作法是當(dāng)今世界在交通繁忙的城市中心修建淺埋地鐵車站，尤其是修建具有綜合功能要求的地鐵車站的一種有效方法[1]。蓋挖逆作法中，模板的造價(jià)在鋼筋混凝土總造價(jià)中占很大比重，因此采用合理、先進(jìn)的模板設(shè)計(jì)及技術(shù)，對于提高工程質(zhì)量、加快施工速度、提高勞動生產(chǎn)率和降低工程成本具有重要意義。

1 工程概況

和平路站位于天津市和平區(qū)勸業(yè)場中心商業(yè)區(qū)，本工程區(qū)域原狀為公共汽車站、市第十七中學(xué)、公共建筑及商業(yè)店鋪。地下結(jié)構(gòu)部分在滿足天津地鐵3號線和平路站功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行物業(yè)開發(fā)。地下部分基坑長148 m，寬150 m，開挖深度21.46 m。車站基坑大方案采用蓋挖逆作法施工，車站主體結(jié)構(gòu)為多跨框架矩形結(jié)構(gòu)，車站部分為地下三層，開發(fā)部分為地下四層，見圖1。

2 逆作法模板工程設(shè)計(jì)

2.1 模板工程設(shè)計(jì)原則[2]

模板應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，施工縫應(yīng)設(shè)置在彎矩最小處。

2.2 模板工程施工方案設(shè)計(jì)

和平路站和物業(yè)開發(fā)結(jié)合的主體結(jié)構(gòu)，采用蓋挖逆作法施工技術(shù)，即主體結(jié)構(gòu)頂板及其它各層的板梁結(jié)構(gòu)均采用地模法施工。地下一層、二層、地下三層、四層側(cè)墻結(jié)構(gòu)采用定型三角背撐系統(tǒng)插模法施工，樓梯、站臺墻板等結(jié)構(gòu)采用常規(guī)模板工程施工技術(shù)。

圖1 車站主體結(jié)構(gòu)橫斷面

2.3 逆作層板地模設(shè)計(jì)

地模施工的優(yōu)點(diǎn)有:利用地模作為各層板梁結(jié)構(gòu)模板，表面無拼縫，不會發(fā)生漏漿現(xiàn)象而形成蜂窩麻面。地模鋪設(shè)于經(jīng)加固處理的原狀土上，具有足夠的承載力，不會發(fā)生跑模現(xiàn)象，有利于混凝土整體質(zhì)量的控制。地模施工混凝土結(jié)構(gòu)成型效果好，特別適合于逆筑法施作的梁板結(jié)構(gòu)陰陽角多、節(jié)點(diǎn)多的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

綜合考慮各種施工因素，為加快工程進(jìn)度，地模的施工方案選擇為:厚8 cm三七灰土層，上鋪厚10 cm C20素混凝土層。實(shí)際施工時(shí)，將根據(jù)具體的地質(zhì)條件，予以局部調(diào)整，要保證地模的強(qiáng)度、剛度及施工精度，最大程度地減小地模的結(jié)構(gòu)施工過程中的不均勻沉降。梁板地模結(jié)構(gòu)見圖2。

2.4 逆作結(jié)構(gòu)邊墻側(cè)模設(shè)計(jì)

主體結(jié)構(gòu)逆作部分邊墻襯砌邊墻模板工程均采用逆作插模法施工。為防止后澆混凝土與先澆混凝土接茬部位出現(xiàn)裂縫，加氣等不密實(shí)現(xiàn)象，先將前期混凝土接頭進(jìn)行鑿毛處理，并進(jìn)行清洗。為提高墻模板的整體性，選擇大模板，其支撐系統(tǒng)為三角形定型鋼架。地下1層邊墻插模施工接近頂部時(shí)，設(shè)特制的斜向模板，其頂面高出混凝土接茬面20 cm，以利于混凝土的振搗及澆筑。地下2層 ～4層邊墻混凝土澆筑至頂部時(shí)，采用由上一層樓板預(yù)留澆筑孔進(jìn)行澆筑。模板工程檢驗(yàn)合格，即可進(jìn)行混凝土的澆筑。墻模板及支撐系統(tǒng)見圖3。

圖2 地模結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

圖3 蓋挖逆作法側(cè)墻支撐系統(tǒng)三角架設(shè)計(jì)示意(單位:mm)

2.5 逆作結(jié)構(gòu)邊墻側(cè)模設(shè)計(jì)驗(yàn)算

單側(cè)三角架背撐計(jì)算如下:

1)混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值:混凝土作用于模板的側(cè)壓力，根據(jù)測定，隨混凝土的澆筑高度而增加，當(dāng)澆筑高度達(dá)到某一臨界時(shí)，側(cè)壓力就不再增加，此時(shí)的側(cè)壓力即新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力。側(cè)壓力達(dá)到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實(shí)踐，可按式(1)、式(2)計(jì)算，并取其最小值

式中，F(xiàn)為新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓力(kPa);γc為混凝土的重度(kN/m3)，取25 kN/m3;t0為新澆混凝土的初凝時(shí)間(h)，可按實(shí)測確定，當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用t=200/(T+15)計(jì)算，t=200/(20+15)=5.71℃;T為混凝土的溫度，取20°;V為混凝土的澆筑速度(m/h)，取2 m/h;H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的總高度(m)，取6.93 m(最大);β1為外加劑影響修正系數(shù)，摻外加劑時(shí)取1.0;β2為混凝土塌落度影響系數(shù)，當(dāng)塌落度 <30 mm時(shí)，取0.85;50～90 mm時(shí)，取 1;110～150 mm時(shí)，取1.15，取大值1.15計(jì)算。

2)取F=51.07 kPa作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，側(cè)壓力設(shè)計(jì)值F設(shè)=F×分項(xiàng)系數(shù)×折減系數(shù)(查規(guī)范折減系數(shù)取0.85);傾倒混凝土?xí)r，考慮傾倒混凝土產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值 F傾=4 kPa，荷載設(shè)計(jì)值 F荷=F傾×分項(xiàng)系數(shù)×折減系數(shù)(查規(guī)范折減系數(shù)取1)，分別取荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.2和1.4，則作用于模板的總荷載F總=F設(shè)+F荷=51.07×1.2×0.85+4×1.4=57.69 kPa。

2.6 支架受力計(jì)算

取混凝土最大澆筑高度為4.8 m，側(cè)壓力取為F總=57.69 kPa，有效壓頭高度h=2.3 m，單側(cè)支架按間距800 mm布置。

分析支架受力情況:按 q=57.69×0.8=46.15 kN/m計(jì)算，用SAP2000對單側(cè)支架進(jìn)行受力分析見圖4、圖5。

圖4 單側(cè)支架計(jì)算簡圖

圖5 桿件編號

2.6.1 計(jì)算結(jié)果(見表1)

2.6.2 驗(yàn)算受壓桿的穩(wěn)定(見表2)

由表2所得，壓桿穩(wěn)定性均滿足要求(穩(wěn)定系數(shù)按3號鋼b類截面查表)。

表1 單側(cè)三角支架軸力、彎矩、剪力受力計(jì)算一覽表

2.6.3 驗(yàn)算桿件強(qiáng)度

1、2、3、7、8 桿件最大剪應(yīng)力 τ=72 780/2 549.6=28.54 MPa;

4、5、6、9、10 桿件最大剪應(yīng)力 τ=0;各桿件剪應(yīng)力均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=125 MPa，故滿足要求。

2、3、7、8 桿 件 受 彎 最 大 應(yīng) 力 σ =M/W=9 790 000/79 400=123.3 MPa;

4、5、6、9、10 桿件受彎最大應(yīng)力 σ =M/W=0;各桿件應(yīng)力均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215 MPa，故滿足要求。

7、8 桿件[(τ/125)2+(σ/215)2]1/2=0.617<1;

5、6、9、10 桿件[(τ/125)2+(σ/215)2]1/2=0<1;

所有的均滿足 [(τ/125)2+(σ/215)2]1/2<1，符合要求，經(jīng)計(jì)算最大變形點(diǎn)為最頂點(diǎn)，變形量2 mm，符合要求。

3 模板施工技術(shù)措施

模板安裝要求支撐牢固、穩(wěn)定，無松動、跑模和超標(biāo)準(zhǔn)的變形下沉等現(xiàn)象。模板拼縫平整嚴(yán)密，并采取措施填縫，保證不漏漿，模內(nèi)必須干凈[3]。各類模板要保證工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件各部位尺寸和相互位置的正確性[4]。

3.1 各層板梁土模施工

1)板結(jié)構(gòu)土模結(jié)構(gòu)頂面高程提高2.0 cm，作為板結(jié)構(gòu)的預(yù)留沉降量，并沿本工程橫斷面三跨跨中及本工程縱向兩柱間預(yù)留2 cm上拱度。每一土模施工單元中，設(shè)置土模高程控制點(diǎn)，控制點(diǎn)位于本工程橫斷面頂板三跨的各跨中位置，這三排控制點(diǎn)沿本工程縱向布設(shè)，單排點(diǎn)間距為2 m。

表2 單側(cè)三角支架每根桿件穩(wěn)定性驗(yàn)算一覽表

2)各施工單元的土模結(jié)構(gòu)均向施工范圍處延伸1.0 m，并將其邊緣做坡狀，以利于土模的穩(wěn)定。

3)基土夯實(shí)整平后，鋪設(shè)厚8 cm三七灰土層或礫石(視開挖后情況)及厚8 cm C20素混凝土。嚴(yán)格控制其高程，并對其進(jìn)行趕光壓漿處理。考慮邊梁下部預(yù)埋鋼筋埋置砂層的鋪設(shè)要求，邊墻部位槽深0.8 m。中梁及邊梁及本工程頂板縱向邊緣的側(cè)模結(jié)構(gòu)為:厚12 cm磚胎模，其表面抹厚5 cm砂漿找平層，并對砂漿找平層進(jìn)行趕光壓漿處理。為確保邊墻預(yù)留插筋垂直度，邊梁底模采用設(shè)插筋孔的木底模，其下填細(xì)砂以保證插筋長度。對各陰陽角處的地模加強(qiáng)處理，控制其成型質(zhì)量。地模施工中，按有關(guān)規(guī)定要求做好圍護(hù)樁樁頭部分的處理，防水層的找頭、甩茬等工作。底板混凝土不設(shè)底模。

4)土模施作完畢，養(yǎng)護(hù)3 d后，涂刷脫模劑，否則脫模后易產(chǎn)生麻面現(xiàn)象。

5)選擇PAP型脫模劑，避免采用油性脫模劑，以免其污染鋼筋降低混凝土與鋼筋的黏結(jié)力，使用方法為土模上涂刷2～3遍。

3.2 邊墻側(cè)模的施工

上下層板結(jié)構(gòu)施作完畢，即進(jìn)行本層板邊墻鋼筋綁扎完成，進(jìn)行邊墻側(cè)模的施工，按預(yù)定的施工單元進(jìn)行。

1)模板的架設(shè)。邊墻模板采用北京卓良模板有限公司的側(cè)墻模板支架系統(tǒng)，最大澆筑高度達(dá)7.3 m，支撐布設(shè)每0.6 m一榀，支架后，每一米設(shè)置一道2[14槽鋼，模板縫使用膠條密封，模板使用前涂刷脫模劑。

2)擋頭板的施工。擋頭模板能夠承受一定擠壓，采用結(jié)構(gòu)縱向鋼筋作為拉桿加固擋頭板，鋼筋與模板體連接采用鋼筋拉筋焊接或錨支結(jié)構(gòu)支頂。

3)模板的拆除。邊墻側(cè)模的拆除時(shí)間要求為:在混凝土強(qiáng)度不小于2.5 MPa，同時(shí)確保其表面及棱角不因拆模而受損壞后，即可拆除，拆模時(shí)間可根據(jù)當(dāng)時(shí)氣溫而定。其它結(jié)構(gòu)的拆模時(shí)間則遵循規(guī)范要求。

4 結(jié)語

該模板除節(jié)約成本外，還具有整體結(jié)構(gòu)簡潔、受力合理、靈活性大、模板整體性好、接縫少、接縫緊密等特點(diǎn)，可有效地保證混凝土的施工質(zhì)量。

[1]朱曹，王如路.軌道交通安全保護(hù)區(qū)內(nèi)的深基坑逆作法施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2007(3):49-50.

[2]曹洋，刁志剛.地鐵車站單面墻模板設(shè)計(jì)與施工[J].鐵道建筑，2006(1):52-53.

[3]王旭光.地鐵車站混凝土模板施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2008(2):53-54.

[4]中國建筑科學(xué)研究院.GB 50204—2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.