轨交暗埋段整体支模技术
2015-09-17
上海申伸强建设有限公司 上海 201201
1 轨交暗埋段墙体、顶板整体支模技术
轨交暗埋段整体支模技术是指通过合理调整施工工序及支架布局,将顶板模板支撑体系兼作墙体模板支撑体系,即墙体、顶板支模体系合二为一,使混凝土一次或二次(需换撑部位)浇筑成型的支模技术和支撑体系。该体系由核心支架系统、顶撑连接系统、安全构造系统3部分组成(图1)。
图1 整体支模技术系统组成示意
整体支模技术种类主要分为无中隔墙整体支模系统、有中隔墙整体支模系统2大类,其区别在于有中隔墙时先浇筑中隔墙混凝土,这样边墙及顶板支模体系一侧有可靠支撑,该侧的斜撑可适当减少,且另一侧墙体混凝土浇筑对整个支撑系统的影响较小[1-3]。
整体支模技术关键工序为:
1)搭设核心支架:搭设围护结构支撑间的顶板模板支架立杆及横杆(肋角处留900 mm宽通道)→搭设纵向、竖向剪刀撑(共3道:两肋处各1道、中间1道,间距5~6 m)→搭设纵向、竖向剪刀撑(共2道:钢管支撑处各1道,间距3~4 m)→搭设水平剪刀撑(共4道:上下各1道,支架每两步1道)→形成核心支架。
2)形成墙体支模体系:立边墙模板→将墙体模板支杆与核心支架连接(需换撑部位浇筑下段墙体混凝土)。
3)形成顶板支模体系:将顶板肋角、换撑钢管上方处模板支杆与核心支架连接→铺设顶板模板。
2 整体支模技术应用实例、验算及效果分析
2.1 工程概况
上海轨交12号线土建工程K40+406~RDK0+170为暗埋段,基坑宽度10.6~19.2 m,基坑深度7.3~11.8 m,墙、顶板厚0.7~1.0 mm,箱室净高6.8 m,与车站相连的200 m(共8仓)无中隔墙,其余为厚300 mm中隔墙;围护钢管支撑间距3.5 m;采取φ800 mm钻孔灌注桩围护、3道φ609 mm钢管支撑;采用无中隔墙、有中隔墙底板无高差的墙、顶板整体支模技术系统施工,排架为扣件式钢管(φ48 mm×3.0 mm)支模体系,搭设高度6.8 m;顶板厚1 000 mm、两侧肋宽900 mm、净宽13 m,立杆纵距、横距为500 mm(四周2排400 mm),步距为1.0 m;墙厚1 000 mm,顶撑纵横间距均为500 mm。
2.2 稳定性验算
2.2.1 计算假定
1)只对单元体进行验算,单体间连杆等为安全储备;
2)由于对称、均衡地浇筑墙体混凝土,并考虑到每个支架单元体四周立杆加密及其与中间的竖向剪刀撑,顶肋角、换撑钢管上方的较大空当通过斜撑传力,故所有的竖向荷载由核心支架系统承担,立杆按压弯杆件计算;
3)施工时两边墙浇筑高差一般在0.3~0.4 m,故按1 m浇筑高差产生的侧向压力来验算体系整体抗侧压稳定性;
4)顶撑连接系统均按悬臂压杆计算,同时验算与之相连的核心支架杆件的强度及变形。2.2.2 整体稳定计算
每个计算单元(13 m×3.5 m)的核心支架立杆数量为161根,结构重要性系数γ0取0.9,荷载效应组合设计值S=1 635.8 kN,核心支架立杆的抗力设计值R=11.55 kN;则γ0S=1 472.22 kN<nR=1 859.55 kN。
2.2.3 立杆竖向位移
立杆变形量Δ= 4.56 mm<[Δ] =6.8 mm。
2.2.4 立杆侧向稳定
式中:Nz——不考虑新浇筑混凝土自重的荷载效应组合的设计值;
φ——轴心受压杆件的稳定系数;
A——钢管的截面积;
Mz——核心支架计算立杆由混凝土浇筑高差产生的弯矩;
W——截面模量;
f——钢材抗压强度设计值。
2.2.5 顶撑、架体局部计算
1)撑杆强度验算:按悬臂长0.9 m,则撑杆允许承受的压力值[N]=28.33 kN>N实际值=8.03 kN。
2)核心架体横向变形验算(按3跨连续考虑):核心支架立杆实际变形值υ=1.39 mm≤[υ]=6.7 mm。
3)顶板混凝土浇筑时核心架体四周立杆强度验算:按加密间距计算立杆竖向荷载及顶撑力产生的附加效应:
2.3 整体支模技术安全构造措施
1)核心架体抗浮措施:在底板靠肋角及板中埋设钢筋头或钢管作地锚,伸出板面15 cm,纵向铺设钢管与其焊牢或扣牢。
2)模板下端固结措施:因边墙较厚,近止水钢板内侧竖向留置长30 cm的φ25 mm@500 mm钢筋头,伸出墙体施工缝10 cm;φ16 mm对拉螺栓一端弯成“∩”形并与预埋的钢筋头钩住并焊牢,另一端伸出模板、木方、双钢管、蝶形扣件,并用螺母与模板紧固。
3)通道处支撑加固措施:底板肋角处留2步横杆,伸出核心支架外侧10 cm,作为行走、运送材料的通道,其余横杆均伸至离墙边15 cm(预留模板、木方、双钢管的厚度);顶部肋角处用2根斜撑将横向钢管角点、中点顶牢。
4)核心架体连接措施:在钢支撑上下方用横杆及水平剪刀撑将两侧的单元体连牢。
5)变形控制措施:模板采用地脚螺栓固定,其变形可忽略不计,变形模式可简化为一端固定的悬臂梁体系,模板安装时将模板预先向内倾斜,以达到预变形的目的。
2.4 实施效益
1)与车站相连的200 m暗埋段,从底板混凝土浇筑完毕到顶板混凝土完成,每仓比传统方法节省15~18 d;
2)节省周转材料:由于整体支模技术采取单侧模板安装技术,仅在模板下口埋设对拉螺栓,则每延长米结构(双墙)可节省对拉螺栓105 kg;
3)方便施工操作:为节省工期,墙体钢筋绑扎、立模、支架搭设交叉进行,而核心支架四周700~900 mm的空当可作为通行、运料通道,在最后立墙体、顶肋角模板时封闭,方便施工而不影响该支模体系安全;
4)变形控制效果:经过现场实际分析,浇筑高度为6.855 m段,模板预先向内倾斜8 mm;浇筑高度为5.645 m段,模板预先向内倾斜5 mm,以抵消混凝土浇筑的变形量,达到混凝土结构偏差最小的目的。浇筑完成后侧墙垂直度偏差不超过 3 mm,部分墙体垂直度达到零偏差。
3 结语
1)轨交暗埋段整体支模技术缩短了结构施工周期、节省了周转材料、方便施工,具有明显的经济效益;
2)按照先核心支架系统、后顶撑连接系统的施工工序,注重剪刀撑、顶杆连接的施工质量,控制两侧墙体混凝土浇筑速度和高差是该体系施工的关键点;
3)结合围护支撑布局,对核心架体的整体稳定、抗侧压稳定、竖侧向变形及连杆的强度等进行验算,为该体系的工程实践提供了理论依据[4,5]。