工具式自平移單側(cè)大模板體系在上海浦東機場T1航站樓改造工程中的應用*

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1 圍護設計及結(jié)構(gòu)設計

上海浦東國際機場T1航站樓改造工程中的新建區(qū)域CD區(qū)基坑南北方向長133.2 m，東西方向?qū)?1.75 m，挖深最深處約9 m。根據(jù)基坑深度、土質(zhì)情況、周邊環(huán)境保護等要求，圍護結(jié)構(gòu)采用φ800 mm＠950 mm鉆孔灌注樁（20 m）+φ800 mm＠500 mm三軸攪拌樁止水帷幕（15 m），內(nèi)支撐采用1 道混凝土支撐+1 道鋼支撐，并設置1 道鋼支撐換撐。第1道混凝土支撐頂面設計相對標高-1.78 m，截面尺寸800 mm×800 mm，基坑角部采用角撐，其余為對撐。

CD區(qū)地下結(jié)構(gòu)長度和寬度與基坑相同，結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚600 mm，緊貼混凝土鉆孔灌注樁，為貼壁式結(jié)構(gòu)。底板厚800 mm，底板面由北至南按照2‰放坡（圖1）。

圖1 CD區(qū)圍護結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)關系剖面

在新建各區(qū)域中，CD區(qū)的位置十分特殊，其東西兩側(cè)分別為既有航站樓主樓和長廊，其南北兩端分別為既有南連廊和北連廊，使CD區(qū)新建結(jié)構(gòu)成為既有結(jié)構(gòu)全包圍的內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)。同時既有主樓和長廊的玻璃幕墻均向新建區(qū)域內(nèi)傾斜，在平面上將基坑東、西兩側(cè)的地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻上方空間完全覆蓋（圖2）。

圖2 既有主樓、長廊與CD區(qū)地下結(jié)構(gòu)位置關系示意

2 地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻施工難點分析

2.1 結(jié)構(gòu)超高超長、防水要求高

預留旅客捷運地下車站結(jié)構(gòu)底板頂面至頂板底面的側(cè)墻最大高度達到8.15 m，圍繞車站周圈側(cè)墻長達347.6 m，其超高、超長的結(jié)構(gòu)形式給模板施工提出了非常高的要求。同時作為捷運車站部分，旅客流量很大，因此設計對該部分結(jié)構(gòu)防水要求十分嚴格[1-3]。

2.2 工期要求緊迫

CD區(qū)基坑工程于2013年6月底完成土方施工并進入結(jié)構(gòu)施工階段，而業(yè)主方提出CD區(qū)地下結(jié)構(gòu)出±0.00 m的時間節(jié)點為當年8月底。

2.3 垂直運輸機械施工盲區(qū)

既有航站樓東側(cè)主樓和西側(cè)長廊玻璃幕墻均向CD區(qū)上空傾斜，覆蓋了CD區(qū)地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻多達85%的區(qū)域，由于塔吊大臂均位于既有結(jié)構(gòu)屋面上方，因而被覆蓋的區(qū)域成為現(xiàn)場塔吊施工盲區(qū)。此外，基坑西側(cè)棧橋部分區(qū)域與圍護頂圈梁連成整體，而部分側(cè)墻結(jié)構(gòu)正位于該部分棧橋下方，致使常規(guī)機械垂直運輸無法進行。

3 模板方案比選分析

3.1 散拼模板體系

一般混凝土地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻采用鋼管排架散拼模板體系。施工中先利用垂直運輸機械將鋼管、模板等材料吊運至底板上，再利用小型施工車輛和人工完成材料的短距離水平運輸，因此該體系對垂直運輸機械的依賴性很小。但因需要設置大量對拉螺栓貫穿外置式防水層，對其防水效果會造成較大影響，此外模板、人工等資源消耗較大，且進行超高墻板施工時，模板的支撐強度和剛度難以保證。

3.2 普通單側(cè)大模板

普通單側(cè)大模板支撐體系由模板面板和背部支撐架組成，可不設置貫穿混凝土墻板的對拉螺栓，使圍護結(jié)構(gòu)與墻板之間形成相互獨立的結(jié)構(gòu)體系，又不影響混凝土結(jié)構(gòu)自防水以及外置式防水層的防水效果。同時其整體性好，在不同作業(yè)面之間翻轉(zhuǎn)方便，因而能夠滿足苛刻的工期要求。但普通單側(cè)大模板由于質(zhì)量較大，其施工過程較多依賴于現(xiàn)場有限的垂直運輸資源，并且通常要求垂直運輸設備能夠全覆蓋施工作業(yè)面。本次施工地下結(jié)構(gòu)東部墻板內(nèi)側(cè)距離施工棧橋約28 m，如果將汽車吊設置在靠近長廊側(cè)的棧橋上進行單側(cè)大模板的吊裝，汽車吊大臂會受到東側(cè)幕墻內(nèi)傾的影響，無法將大模板一次吊運至設計平面位置。此外，靠近長廊側(cè)的棧橋板與圍護頂圈梁連成整體，將長約51 m的地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻完全覆蓋，任何垂直運輸機械均無法將單側(cè)大模板直接吊運到位。因此在本工程CD區(qū)的特殊環(huán)境中，普通單側(cè)大模板的使用受到相當大的制約。

3.3 工具式自平移單側(cè)大模板

工具式自平移單側(cè)大模板是對普通單側(cè)大模板的改進和優(yōu)化，不僅保證了普通單側(cè)大模板強度大、剛度高、施工高效的優(yōu)點，同時滿足垂直運輸機械吊運盲區(qū)內(nèi)的施工要求。因此本次CD區(qū)地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻模板體系采用工具式自平移單側(cè)大模板。

4 工具式自平移單側(cè)大模板設計

4.1 模板體系構(gòu)成

工具式自平移單側(cè)大模板由單側(cè)大模板、三角桁架支撐體系和可調(diào)輪式自平移裝置組成，其核心為三角桁架支撐體系和可調(diào)輪式自平移裝置。

單側(cè)大模板由模板面板、豎向圍檁（木工字梁）、水平圍檁（型鋼）、作業(yè)平臺和吊環(huán)5 部分組成（圖3）。

三角桁架支撐體系由三角桁架、模板安裝調(diào)節(jié)裝置和反力平衡系統(tǒng)3 部分組成（圖4～圖6）。

圖3 單側(cè)大模板主要構(gòu)成

圖4 三角桁架與豎向圍檁連接

圖5 三角桁架與模板安裝調(diào)節(jié)裝置連接

圖6 三角桁架與反力平衡系統(tǒng)連接

可調(diào)輪式自平移裝置由萬向輪和可調(diào)裝置2 部分組成，其與三角桁架連接詳見圖7。

圖7 可調(diào)輪式自平移裝置與三角桁架連接

4.2 模板配置及周轉(zhuǎn)

根據(jù)扶壁柱設計位置以及各段側(cè)墻的設計長度，現(xiàn)場共配置120 m的單側(cè)大模板，寬度共分為1.2 m、1.6 m和2.2 m三種規(guī)格。整個地下結(jié)構(gòu)施工期間，工具式自平移單側(cè)大模板周轉(zhuǎn)3 次施工。其典型排列如圖8所示。

5 工具式自平移單側(cè)大模板施工

工具式自平移單側(cè)大模板施工流程為：預埋螺栓→模板組裝→彈模板定位線→模板就位→安裝調(diào)節(jié)→模板固定→混凝土澆筑、模板拆除及混凝土養(yǎng)護。其中關鍵工序為預埋螺栓、模板組裝、模板就位以及混凝土澆筑。

圖8 單側(cè)大模板排列設計示意

5.1 預埋螺栓

地下結(jié)構(gòu)混凝土底板鋼筋施工的同時，完成螺栓的預埋施工。螺栓通過平面定位軸線和標高控制線進行定位，同時通過定位控制工具的輔助，完成螺栓的預埋角度控制（圖9、圖10）。

圖9 預埋螺栓定位

圖10 預埋完成后及時保護

5.2 模板組裝

在平整、堅實的場地上完成模板組裝施工，并通過起重機械和人工配合的方式將其豎直吊起，并與三角桁架進行連接。

5.3 模板就位

將單側(cè)模板和三角桁架連成整體后，即可通過垂直運輸機械將工具式自平移單側(cè)大模板吊放至混凝土底板面上，并通過人工推移的方式將單側(cè)模板水平推送至指定工作面。

人工推送前，根據(jù)底板完成面坡度以及具體行進路線，確定前后萬向輪的高差以及單側(cè)大模板的后傾角度。

推動單側(cè)大模板至指定作業(yè)面的過程中，所有施工人員站立于三角桁架的兩側(cè)或后方，并保持三角桁架兩側(cè)的人員數(shù)量盡量平衡。在移動模板過程中采取有效的防傾覆措施[4,5]。

5.4 安裝調(diào)節(jié)及模板固定

模板移動至指定位置后，先撤去萬向輪，再通過三角桁架的前、后調(diào)節(jié)裝置調(diào)整模板的標高和垂直度，最后通過專用模板連接件和專用連接桿分別將相鄰模板和全部支架連接成整體（圖11）。

5.5 混凝土施工

在進行側(cè)墻混凝土澆筑施工之前，調(diào)整模板垂直度，將模板上口向圍護結(jié)構(gòu)稍作傾斜，使模板與圍護結(jié)構(gòu)之間的寬度比墻板上口寬度小10 mm，以抵消單側(cè)大模板受到混凝土側(cè)壓力作用后的非彈性變形。

圖11 單側(cè)模板固定

在澆筑的全過程中，對模板的垂直度變化進行監(jiān)測，嚴格控制并及時調(diào)整澆筑速度和分層澆筑高度。

模板拆除流程為：拆除相鄰模板之間的連接件→通過可調(diào)裝置使萬向輪與地面接觸→松開模板安裝調(diào)節(jié)裝置→松開預埋螺栓→移走模板。墻板混凝土強度達到1.2 MPa時，松開模板安裝調(diào)節(jié)裝置和預埋螺栓，混凝土強度達到1.8 MPa后拆除單側(cè)大模板。混凝土養(yǎng)護以保濕養(yǎng)護為主。

6 實施效果

工具式自平移單側(cè)大模板剛度大，側(cè)向承載能力高，可滿足圍護結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)混凝土墻板的獨立受力要求，同時由于無需設置對拉螺栓，實現(xiàn)了超高、超長地下混凝土結(jié)構(gòu)防水的無損化施工，優(yōu)化了普通鋼管排架散拼模板體系的施工工藝，提高了施工工效。通過設置輪式平移輔助系統(tǒng)，有效降低了單側(cè)大模板體系裝拆周轉(zhuǎn)使用對垂直運輸設備的依賴程度，特別適用于垂直運輸機械作業(yè)盲區(qū)內(nèi)的施工。輪式平移輔助系統(tǒng)在移動過程中可適應一定傾斜度的施工作業(yè)條件，同時能保證相應的施工安全。在加快模板周轉(zhuǎn)的同時，保證了工程進度、降低了施工成本。

通過工具式自平移單側(cè)大模板的運用，僅用了不到1 個月時間，就順利完成了CD區(qū)地下車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻施工。拆模后經(jīng)過檢查，側(cè)墻平整度、垂直度、模板接縫部位等外觀質(zhì)量全部驗收合格。