天津地铁和平站逆作法模板设计与施工

2010-07-27何成滔王小林

铁道建筑 2010年8期

何成滔，王小林，王辉

(1.西安科技大学，西安 710054;2.中铁隧道股份有限公司，郑州 450000)

盖挖逆作法是当今世界在交通繁忙的城市中心修建浅埋地铁车站，尤其是修建具有综合功能要求的地铁车站的一种有效方法[1]。盖挖逆作法中，模板的造价在钢筋混凝土总造价中占很大比重，因此采用合理、先进的模板设计及技术，对于提高工程质量、加快施工速度、提高劳动生产率和降低工程成本具有重要意义。

1 工程概况

和平路站位于天津市和平区劝业场中心商业区，本工程区域原状为公共汽车站、市第十七中学、公共建筑及商业店铺。地下结构部分在满足天津地铁3号线和平路站功能的基础上进行物业开发。地下部分基坑长148 m，宽150 m，开挖深度21.46 m。车站基坑大方案采用盖挖逆作法施工，车站主体结构为多跨框架矩形结构，车站部分为地下三层，开发部分为地下四层，见图1。

2 逆作法模板工程设计

2.1 模板工程设计原则[2]

模板应满足强度、刚度和稳定性要求，施工缝应设置在弯矩最小处。

2.2 模板工程施工方案设计

和平路站和物业开发结合的主体结构，采用盖挖逆作法施工技术，即主体结构顶板及其它各层的板梁结构均采用地模法施工。地下一层、二层、地下三层、四层侧墙结构采用定型三角背撑系统插模法施工，楼梯、站台墙板等结构采用常规模板工程施工技术。

图1 车站主体结构横断面

2.3 逆作层板地模设计

地模施工的优点有:利用地模作为各层板梁结构模板，表面无拼缝，不会发生漏浆现象而形成蜂窝麻面。地模铺设于经加固处理的原状土上，具有足够的承载力，不会发生跑模现象，有利于混凝土整体质量的控制。地模施工混凝土结构成型效果好，特别适合于逆筑法施作的梁板结构阴阳角多、节点多的结构特点。

综合考虑各种施工因素，为加快工程进度，地模的施工方案选择为:厚8 cm三七灰土层，上铺厚10 cm C20素混凝土层。实际施工时，将根据具体的地质条件，予以局部调整，要保证地模的强度、刚度及施工精度，最大程度地减小地模的结构施工过程中的不均匀沉降。梁板地模结构见图2。

2.4 逆作结构边墙侧模设计

主体结构逆作部分边墙衬砌边墙模板工程均采用逆作插模法施工。为防止后浇混凝土与先浇混凝土接茬部位出现裂缝，加气等不密实现象，先将前期混凝土接头进行凿毛处理，并进行清洗。为提高墙模板的整体性，选择大模板，其支撑系统为三角形定型钢架。地下1层边墙插模施工接近顶部时，设特制的斜向模板，其顶面高出混凝土接茬面20 cm，以利于混凝土的振捣及浇筑。地下2层～4层边墙混凝土浇筑至顶部时，采用由上一层楼板预留浇筑孔进行浇筑。模板工程检验合格，即可进行混凝土的浇筑。墙模板及支撑系统见图3。

图2 地模结构示意(单位:mm)

图3 盖挖逆作法侧墙支撑系统三角架设计示意(单位:mm)

2.5 逆作结构边墙侧模设计验算

单侧三角架背撑计算如下:

1)混凝土侧压力标准值:混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过理论和实践，可按式(1)、式(2)计算，并取其最小值

式中，F为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kPa);γc为混凝土的重度(kN/m3)，取25 kN/m3;t0为新浇混凝土的初凝时间(h)，可按实测确定，当缺乏试验资料时，可采用t=200/(T+15)计算，t=200/(20+15)=5.71℃;T为混凝土的温度，取20°;V为混凝土的浇筑速度(m/h)，取2 m/h;H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度(m)，取6.93 m(最大);β1为外加剂影响修正系数，掺外加剂时取1.0;β2为混凝土塌落度影响系数，当塌落度 <30 mm时，取0.85;50～90 mm时，取 1;110～150 mm时，取1.15，取大值1.15计算。

2)取F=51.07 kPa作为模板侧压力的标准值，侧压力设计值F设=F×分项系数×折减系数(查规范折减系数取0.85);倾倒混凝土时，考虑倾倒混凝土产生的水平荷载标准值 F倾=4 kPa，荷载设计值 F荷=F倾×分项系数×折减系数(查规范折减系数取1)，分别取荷载分项系数为1.2和1.4，则作用于模板的总荷载F总=F设+F荷=51.07×1.2×0.85+4×1.4=57.69 kPa。

2.6 支架受力计算

取混凝土最大浇筑高度为4.8 m，侧压力取为F总=57.69 kPa，有效压头高度h=2.3 m，单侧支架按间距800 mm布置。

分析支架受力情况:按 q=57.69×0.8=46.15 kN/m计算，用SAP2000对单侧支架进行受力分析见图4、图5。

图4 单侧支架计算简图

图5 杆件编号

2.6.1 计算结果(见表1)

2.6.2 验算受压杆的稳定(见表2)

由表2所得，压杆稳定性均满足要求(稳定系数按3号钢b类截面查表)。

表1 单侧三角支架轴力、弯矩、剪力受力计算一览表

2.6.3 验算杆件强度

1、2、3、7、8 杆件最大剪应力 τ=72 780/2 549.6=28.54 MPa;

4、5、6、9、10 杆件最大剪应力 τ=0;各杆件剪应力均小于强度设计值f=125 MPa，故满足要求。

2、3、7、8 杆件受弯最大应力 σ =M/W=9 790 000/79 400=123.3 MPa;

4、5、6、9、10 杆件受弯最大应力 σ =M/W=0;各杆件应力均小于强度设计值f=215 MPa，故满足要求。

7、8 杆件[(τ/125)2+(σ/215)2]1/2=0.617<1;

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

所有的均满足 [(τ/125)2+(σ/215)2]1/2<1，符合要求，经计算最大变形点为最顶点，变形量2 mm，符合要求。

3 模板施工技术措施

模板安装要求支撑牢固、稳定，无松动、跑模和超标准的变形下沉等现象。模板拼缝平整严密，并采取措施填缝，保证不漏浆，模内必须干净[3]。各类模板要保证工程结构和构件各部位尺寸和相互位置的正确性[4]。

3.1 各层板梁土模施工

1)板结构土模结构顶面高程提高2.0 cm，作为板结构的预留沉降量，并沿本工程横断面三跨跨中及本工程纵向两柱间预留2 cm上拱度。每一土模施工单元中，设置土模高程控制点，控制点位于本工程横断面顶板三跨的各跨中位置，这三排控制点沿本工程纵向布设，单排点间距为2 m。

表2 单侧三角支架每根杆件稳定性验算一览表

2)各施工单元的土模结构均向施工范围处延伸1.0 m，并将其边缘做坡状，以利于土模的稳定。

3)基土夯实整平后，铺设厚8 cm三七灰土层或砾石(视开挖后情况)及厚8 cm C20素混凝土。严格控制其高程，并对其进行赶光压浆处理。考虑边梁下部预埋钢筋埋置砂层的铺设要求，边墙部位槽深0.8 m。中梁及边梁及本工程顶板纵向边缘的侧模结构为:厚12 cm砖胎模，其表面抹厚5 cm砂浆找平层，并对砂浆找平层进行赶光压浆处理。为确保边墙预留插筋垂直度，边梁底模采用设插筋孔的木底模，其下填细砂以保证插筋长度。对各阴阳角处的地模加强处理，控制其成型质量。地模施工中，按有关规定要求做好围护桩桩头部分的处理，防水层的找头、甩茬等工作。底板混凝土不设底模。

4)土模施作完毕，养护3 d后，涂刷脱模剂，否则脱模后易产生麻面现象。

5)选择PAP型脱模剂，避免采用油性脱模剂，以免其污染钢筋降低混凝土与钢筋的黏结力，使用方法为土模上涂刷2～3遍。