污水處理廠異型混凝土結構木模施工技術*

全自洋，王 瑞，黃小軍

中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040

污水處理廠作為市政工程和環保領域重要的基礎設施，在凈化城市環境、促進社會可持續發展方面發揮著舉足輕重的作用。同時，污水處理廠作為一種特殊類型的綜合體，設計理念、工藝與傳統工程大不相同，多專業交叉融合，土建與設備交織，帶來結構方面的復雜設計。因設備運行需求和水力流態控制，存在很多圓形、弧形、空心圓柱等異型結構，較常規施工多有不便。

針對異型結構施工，行業內的常規做法是采用定制鋼模，但定制鋼模造價過高，且異型鋼模不具備通用性，一般不能重復利用，造成資源和資金極大的浪費。在施工中也有采用木模和木方進行散拼的做法，但多為班組憑經驗自行施工，費時費力，缺乏系統性的理論和指導，存在盲目施工和施工效果差的現象。

文章結合污水處理廠施工中遇到的異型結構實例，對異型結構木模體系的設計及施工進行分析和總結，旨在為異型結構模板提供設計思路和施工經驗。

1 工程概況

江夏污水處理廠一期工程位于武漢市江夏區，建設規模為15萬t/d。其中二沉池為污水二級處理的重要構筑物，采用圓形薄壁預應力結構，共設置4座，水池內徑均為48m，壁厚300mm，高5.2m。

葛華污水處理廠三期工程為人造坡地式地下污水處理廠，建設規模4萬t/d。為提高污水的可生化性，設置2座水解酸化池，因脈沖布水器設備運行需求，水解酸化池內設置8座空心圓筒狀配水筒。配水筒內徑為1.5m，壁厚250mm，高度為7.8m。

2 圓形結構模板設計方案

2.1 木模工藝方案對比

目前常用的木模工藝主要有兩種：一種是利用普通木模板“以直代曲”進行擬合拼裝；另一種是利用定制弧形木模。木模工藝方案對比如表1所示。

表1 木模工藝方案對比

2.2 木模板擬合精度分析

一般項目施工中，考慮模板通用性及經濟性，通常采用常規模板（1830mm×915mm）以直代曲進行擬合拼裝，但擬合線型與設計線型必然會存在一定的偏差，當偏差在允許范圍內，則認為線型擬合良好；當偏差超出范圍時，則要根據結構重要性及外觀需求綜合判斷可否使用。

根據《城鎮污水處理廠工程質量驗收規范》（GB 50334—2017），池壁軸線偏移允許偏差為8mm，即擬合曲線與設計線型偏差＜8mm可滿足規范要求，如圖1所示。

圖1 擬合線型

擬合計算公式如下：

聯立以上二式，則R≥13077mm，即當圓形結構半徑R≥13.077m時，采用常規模板尺寸進行曲線擬合可完全滿足結構精度要求；當R＜13.077m時，則需將模板裁剪成小尺寸（為便于施工，易將模板等分），方可滿足擬合要求。

2.3 工藝選擇

對于直徑為48m的大型二沉池圓形結構，采用常規模板（1830mm×915mm）以直代曲，較設計線型偏差較小，可滿足精度要求；在工效方面，定制模板單一且安裝工效略高，但由于模板幅面較大，需2人共同安裝，綜合對比工效基本相同；在價格方面，定制弧形木模價格遠高于普通木模。因此，二沉池采用常規木模進行拼裝施工。

對于內徑為1.5m的空心圓筒，因直徑過小，采用常規木模施工困難，通常采用3mm膠合板和木龍骨進行組合安裝，費工費時，成型效果差。采用定制木模安裝方便，模板拼縫少，成型質量及外觀優良；可采用兩套模板進行周轉使用，模板需求量小、經濟可行。因此，為保證結構施工質量，水解酸化池配水筒采用定制木模進行施工。

3 大型圓形結構設計及施工技術

3.1 模板及支撐體系設計

模板采用常規覆面木膠板（1830mm×915mm），厚度為15mm。模板豎楞可采用鋼管或木方，橫向主楞采用鋼筋或鋼管。因弧形結構采用普通鋼管主楞無法適應線型，通常只能采用定型弧形鋼管進行加固，但造價相對較高。鋼筋因其具有較高的抗拉強度和易彎曲的特性，對圓形結構模板加固有著天然的優勢。

二沉池模板體系豎向背楞采用φ48mm鋼管，側墻模板采用M14止水拉桿、山型卡與雙鋼筋主楞拉結緊固。止水拉桿縱、橫向間距為450mm，豎向鋼管間距150mm，主楞鋼筋采用φ22HRB400E鋼筋。模板支撐體系如圖2、圖3所示。

圖2 池壁模板設計圖（剖面圖）

圖3 池壁模板設計圖（立面圖）

3.2 受力計算

（1）模板受力計算。模板強度及撓度驗算如下：

式中：Mmax為最大彎矩值；σ為抗彎強度值；W為截面模量；f為抗彎強度設計值；ν為撓度值。

經過驗算可知，面板強度及撓度滿足要求。

（2）豎楞受力計算。鋼管豎楞強度及撓度驗算如圖4、圖5所示。

圖4 鋼管豎楞彎矩圖（單位：kN·m）

圖5 鋼管豎楞變形圖（單位：mm）

經過驗算可知，鋼管強度及撓度滿足要求。

（3）雙鋼筋主梁受力計算。雙鋼筋強度及撓度驗算如圖6、圖7所示。

圖6 雙鋼筋彎矩圖（單位：kN·m）

圖7 雙鋼筋變形圖（單位：mm）

經過驗算可知，雙鋼筋強度及撓度滿足要求。

3.3 模板體系施工

施工前，首先根據結構尺寸，對池體擬合精度進行分析，然后采用常規覆面木膠板（1830mm×915mm），外池壁線型偏差為4.36mm，內池壁線型偏差為4.42mm，精度滿足要求。

池壁鋼筋綁扎完成后，對內外模板進行排版設計，使內外模板中心法線對齊。因內外池壁直徑不同，會存在約1cm的模板差，外側模板接縫處用1cm厚的木膠板切割成15mm寬的小木條進行拼接。因弧形模板是多段拼接而成，接縫處極易漏漿，影響池體質量及觀感，需在弧形墻體內側的模板接縫處粘貼透明膠帶，在外側釘木條進行加固。

立模完成后，安裝對拉體系。主楞鋼筋的搭接應有足夠的長度，至少應跨兩個山型卡，且鋼筋末端應伸出山型卡10cm以上，防止模板體系局部受力過大導致鋼筋脫落。鋼筋搭接應避免在同一個斷面，以保證加固體系良好的受力性能，并在模板外側間隔2m左右設置拋撐，增強模板體系的安全性并防止混凝土澆筑過程中發生偏斜。二沉池成型效果如圖8所示。

圖8 二沉池成型效果

4 小型空心圓筒結構設計及施工技術

4.1 模板及支撐體系設計

水解酸化池配水筒為空心圓筒結構，分兩次澆筑，單次澆筑高度為4m，采用定型木模施工，板厚22mm，板幅2m，用2塊半圓模板拼裝而成。接縫處采用凹凸槽設計，防止漏漿。模板外側采用Q235鋼帶加固，鋼帶寬4cm、厚2mm，間隔25cm設置一道；模板內側采用尺寸為40mm×80mm的方木組成米字形支撐，間隔50cm一道。支撐體系如圖9所示。

圖9 模板及支撐體系

4.2 受力計算

（1）模板受力計算。圓筒模板強度及撓度驗算如圖10、圖11所示。

圖10 圓筒模板彎矩圖（單位：kN·m）

圖11 圓筒模板變形圖（單位：mm）

經過驗算可知，面板強度及撓度滿足要求。

（2）鋼帶驗算。鋼帶聯結處采用2個M16普4.8級螺栓進行聯結固定，計算如下。

鋼帶拉力計算公式：

式中：T為鋼帶拉力；Rmax為最大剪力；D為圓筒外徑。

鋼帶強度計算公式：

式中：σ為抗拉強度；B為鋼帶寬度；t為鋼帶厚度。

螺栓設計拉力計算公式：

式中：Nt為螺栓設計拉力；n為螺栓數量；Ae為螺栓有效截面積；ftb為螺栓抗拉強度設計值。

經過驗算可知，鋼帶及螺栓強度滿足要求。

4.3 模板體系施工

模板安裝前，在地面彈出模板線，并對標高進行校核，用砂漿抹平，確保模板底部標高一致，進一步可保證模板垂直度。模板安裝時，上下兩塊模板須錯位安裝，保障結構良好的受力性能。合模完成后，采用鋼帶對模板進行加固。鋼帶安裝前，用鋼尺對模板進行測量，根據設定的間距在模板四個方向上劃出安裝刻度線，確保鋼帶安裝水平、受力均勻。模板水平接縫的位置必須用鋼帶進行加固覆蓋，防止接縫處出現漏漿或錯縫。擰緊螺絲時，必須保持每個螺絲的擰緊度保持一致，最好由同一人進行擰緊，防止鋼帶松緊度不一致導致局部受力過大而爆模。模板加固完成后，在模板底部四周抹砂漿進行封堵，防止底部漏漿。盡管該模板受力體系比較明確，但細節施工不當極易造成爆模等情況，為增強模板體系的穩定性和施工安全，在鋼帶外側設置若干方木及鋼管進行二次支撐加固。配水筒成型效果如圖12所示。

圖12 配水筒成型效果

5 結束語

文章結合污水處理廠大型圓形水池及小型空心圓筒結構木模工藝施工實例，對普通木模和定制木模的工藝進行了介紹及分析，結合受力分析和施工關鍵控制點，對不同木模工藝的適用范圍進行了探討，旨在為圓形及其他異型結構模板提供設計思路和施工經驗。通過運用木模工藝，結構觀感質量良好，在質量、造價、工期等方面取得了良好的效果。