高支模體系在地下明挖車站施工中的應(yīng)用

田維彪 （中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300）

0 前言

隨著國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類交通基礎(chǔ)設(shè)施正在加速建設(shè)和推進(jìn)，居民的出行和換乘將會變得更加高效和便捷。穗莞深城際以廣州白云機(jī)場引出連接至深圳寶安機(jī)場，并預(yù)留二期至香港九龍接口，是珠三角交通圈的重要工程。穗莞深城際深圳機(jī)場站建成后將成為亞洲最大地下車站，會同深圳地鐵11號線共同服務(wù)于深圳寶安機(jī)場T3航站樓的換乘需求。

1 工程概況和背景

穗莞深城際深圳機(jī)場站位于深圳寶安機(jī)場T3航站樓區(qū)域領(lǐng)航四路、領(lǐng)航五路下方，東側(cè)為出發(fā)層高架橋，西側(cè)為空管站及能源中心，北端頭井為盾構(gòu)接收區(qū)，南端頭井預(yù)留盾構(gòu)始發(fā)條件。本站設(shè)計(jì)長度912m，有效站臺長度210m，寬度13m。車站基坑長度912m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度23.34m，深度19.9m，覆土4m～5m厚，基坑安全等級為一級。整體設(shè)計(jì)為地下雙層島式車站，地下一層為站廳層，凈空5.55m，地下二層為站臺層，凈空8.215m，采用明挖法施工。

2 高支模體系的組成和設(shè)計(jì)

2.1 高支模體系的組成

本站高支模體系主要包含側(cè)墻支架模板體系、頂板中板支架模板體系、上下翻梁支架模板體系、中立柱支架模板體系等位于端頭井段和標(biāo)準(zhǔn)段的各類體系的設(shè)計(jì)、安裝、驗(yàn)收、監(jiān)測、拆除等流程。本文以側(cè)墻三角背撐體系為主展開探討。

2.2 側(cè)墻三角背撐體系

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻設(shè)計(jì)參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見下表。

側(cè)墻設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.2.2 側(cè)墻模板及三角背撐體系設(shè)計(jì)

①側(cè)墻模板使用定制單側(cè)支架＋內(nèi)側(cè)墻體模板的受力支撐體系[1]。側(cè)墻有防水要求，不允許設(shè)置穿墻孔。模板支架通過45°斜拉高強(qiáng)螺栓與預(yù)埋地腳螺栓連接，斜拉螺栓承受的斜拉力F分為水平力F1和垂直力F2，垂直力F2抵抗支架因澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的上浮力，水平力F1抵抗支架因澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的側(cè)向擠壓力，保證支架穩(wěn)定、不側(cè)移。具體見下圖。

側(cè)墻模板受力原理分析圖

②側(cè)墻支架由預(yù)埋部分和支架部分組成，預(yù)埋部分有預(yù)埋螺栓、連桿及螺母和橫梁；支架部分有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段（3600mm）、加高節(jié)段（500mm）、加高節(jié)段（1600mm），根據(jù)現(xiàn)場墻體高度進(jìn)行選擇組合[2]。

③側(cè)墻模板后采取單側(cè)墻體模板支架，支架間距為0.75m，支架底部通過預(yù)埋25mm作為地腳螺栓（預(yù)埋鋼筋與水平面的夾角為45°），地腳螺栓的預(yù)埋長度應(yīng)當(dāng)滿足最小錨固長度35d，并應(yīng)當(dāng)與板內(nèi)附加鋼筋進(jìn)行可靠焊接，通過連接槽鋼與底板或中板連接。預(yù)埋鋼筋間距0.3m。

2.2.3 側(cè)墻模板及三角背撐體系施工方案

標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻采用鋼模板＋工字鋼12#＋三角背撐支撐體系，標(biāo)準(zhǔn)段負(fù)一層采用鋼模板（P6015鋼模板0.6m×1.5m）＋工字鋼（12#）＋三角背撐支撐體系，三角模板支架每0.75m設(shè)一榀，各三角形支架之間采用Φ48mm鋼管做聯(lián)系桿，從掃地桿開始向上每隔90cm設(shè)置Φ48mm鋼管與14a固定；澆注底板時每0.3m預(yù)埋一個地錨（HRB400Φ25mm鋼筋）或Φ32mm圓鋼地錨螺桿，地錨鋼筋預(yù)埋應(yīng)保證錨固長度不小于35d，并與板內(nèi)附加鋼筋進(jìn)行可靠焊接，通過地腳螺栓調(diào)節(jié)垂直度來承擔(dān)側(cè)壓力。負(fù)二層的第三道鋼支撐需換撐施工，分兩次澆筑，第一次支模體系采用側(cè)向鋼模板＋工字鋼＋三角背撐體系，第二次采用木模板＋次楞方木（間距200mm）＋Φ48mm水平扣件式支架體系，施工時與中板同時施工。

2.3 側(cè)墻模板安裝流程

綁扎鋼筋、驗(yàn)收→邊線放樣→安裝模板及龍骨→吊裝、安裝支架→安裝斜撐部位附加鋼管→安裝壓梁槽鋼→安裝埋件系統(tǒng)→調(diào)節(jié)支架垂直度→安裝上操作平臺→再緊固檢查一次埋件系統(tǒng)→驗(yàn)收合格后砼澆筑。

3 單側(cè)三角背撐體系驗(yàn)算

3.1 荷載計(jì)算

①靜荷載

根據(jù)有關(guān)規(guī)定計(jì)算，在澆筑混凝土內(nèi)部振搗時，對模板產(chǎn)生的最大側(cè)壓力，取下式中的較小值[3]：

式中：F為澆混凝土對模板產(chǎn)生的最大側(cè)壓力，kN/m2；γc為混凝土重力密度，kN/m3，計(jì)取 23；V 為鋼筋混凝土的澆筑速度，計(jì)取1.2m/h；T0為鋼筋混凝土的初凝時間，由T0=200/（T＋15）確定，其中T為混凝土的溫度，計(jì)取25。；β1為外加劑影響系數(shù)，計(jì)取1.2；β2為鋼筋混凝土坍落度影響修正系數(shù)，坍落度＜30mm時，計(jì)取0.85，坍落度為50mm～90mm時，計(jì)取1.0，坍落度為110mm～150mm時，計(jì)取1.15；H為鋼筋混凝凝土的側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度，m，計(jì)取6.4m。

代入上述參數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下：

按照規(guī)范取較小值，則靜荷載為：f1=38.25kN/m2。

②施工動荷載按均布荷載考慮，取f2=5kN/m2。

③模板面板所受荷載主要分為靜荷載和活荷載兩類。分項(xiàng)系數(shù)計(jì)?。红o荷載取1.2，活荷載取1.4。因此模板的側(cè)壓力總荷載為：

3.2 鋼模板計(jì)算

3.2.1 鋼模板面板計(jì)算

面板為受彎結(jié)構(gòu)，計(jì)算構(gòu)件剛度和抗彎強(qiáng)度時，按面板取0.6m，跨度l取0.75m，三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。

3.2.2 抗彎強(qiáng)度計(jì)算

線荷載設(shè)計(jì)值q=Q×0.6=52.9×0.6=31.74kN/m2。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊》可知，三跨梁簡化計(jì)算，跨徑0.75m，三跨梁中最大彎矩為：M=0.1ql2=0.1×31.74×0.752=1.78kN·m。

鋼模板型號為 P6015，查得 Wx=11.98cm3，[σ]=215N/mm2，故截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算值：σ=M1/Wx=（1.78 ×10-3）/ （11.98 ×10-6）=148.58N/mm2＜[σ]=215N/mm2。

結(jié)論：滿足要求。

3.2.3 撓度計(jì)算

鋼模板型號為P6015，查得Ix=54.3cm4，E=2.06×105MPa。

則面板最大撓度為：

結(jié)論：滿足要求。

3.3 三角支架承載力計(jì)算

單側(cè)墻體模支架計(jì)算只需要計(jì)算地腳螺栓的強(qiáng)度，側(cè)墻模板后采取單側(cè)墻體模板支架，支架間距為0.75m，支架和墻面間距0.2，支架底部通過預(yù)埋Φ25mm作為地腳螺栓（預(yù)埋鋼筋與水平面的夾角為45°），地腳螺栓的預(yù)埋長度應(yīng)當(dāng)滿足最小錨固長度35d，并應(yīng)當(dāng)與板內(nèi)附加鋼筋進(jìn)行可靠焊接，通過連接槽鋼與底板或中板連接。預(yù)埋鋼筋間距0.3m。

取豎向0.75m寬墻體進(jìn)行計(jì)算。荷載設(shè)計(jì)值：q=0.75×52.9=39.67kN/m；

有效壓頭高度為：h=f1/γ=38.25/23=1.66m。

以錨固點(diǎn)為支點(diǎn)列出彎矩平衡方程：

解上述方程得：F1=196.57kN。

由于Ⅲ級HRB400螺紋鋼Φ25mm的設(shè)計(jì)截面積A=490.9mm2，0.75m的范圍內(nèi)共有0.75/0.3=2.5根地腳螺栓，取2根計(jì)算，故地腳螺栓的軸心受拉強(qiáng)度：

σ=F2/A/2=280.41/490/2×103=286.13N/mm2＜[σ]=400N/mm2；

地腳螺栓強(qiáng)度符合要求。

4 質(zhì)量控制及保證措施

4.1 支架及模板質(zhì)量保證措施

①施工前，由測量組測放、復(fù)核標(biāo)高線；

②橫豎接縫處增設(shè)龍骨、密封海綿條等措施，防止漏漿；

③多層板接縫下布設(shè)方木，保證無錯臺；

④支撐架每步架安裝后，隨時進(jìn)行檢查驗(yàn)收，且剪刀撐與支頂同步施工。

4.2 支架及模板拆除措施

①拆除模板的順序和方法：按照先支后拆，后支先拆；先拆非承重模板，后拆承重模板；自上而下，先拆側(cè)向支撐支架，后拆豎向支撐支架等原則；

②拆模時依據(jù)相關(guān)規(guī)定，對現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)模板及其支架拆除時要求砼強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行。

5 結(jié)束語

施工過程中總結(jié)發(fā)現(xiàn)，三角背撐支架有利于組織流水施工，并且有效保證了結(jié)構(gòu)物的施工質(zhì)量和施工效率。在實(shí)際施工中，需要控制混凝土分層澆筑的高度、支架模板的穩(wěn)定性、背撐體系的驗(yàn)算及驗(yàn)收等要點(diǎn)，并編制配套的應(yīng)急預(yù)案。