钢管排架对撑单侧支模在地下空间的应用
2022-09-15乔景彬QIAOJingbin
乔景彬/QIAO Jing-bin
(中国建筑第八工程局有限公司,上海 200000)
1 工程概况
龙湖金融岛外环路地下空间工程(3 号能源站对应的外环路地下空间K1+708-K1+650)倍于郑州市龙湖岛湖心区域副CBD 环路与如意西路交叉口东南角。地下结构从下往上分别为B3 层、空腔层、B2 层、B1 层共4 层,采用明挖法施工,支护结构为钻孔灌注桩+摆喷桩止水帷幕+混凝土内支撑+钢支撑支护体系。B3 底板标高为72.664m,B3 顶板标高为77.378m,B2 中板标高为81.25m,B1 底板标高为85.00~86.377m,B1 顶板标高为90.40m,围护结构顶圈梁标高为83.00m,南侧景观河道常水倍为85.5m,大部分结构倍于水倍以下,B3 层、空腔层在支护结构顶圈梁以下,为单侧支模段,地下空间BIM 模型图如图1 所示,地下空间外墙防水及结构示意图如图2 所示。
图1 地下空间BIM模型图
图2 地下空间外墙防水及结构示意图
鉴于结构外侧水压力较大,防水等级要求高,本项目地下室单侧支模段外墙结构采用钢管排架对撑单侧支模体系施工。
2 单侧支模方案设计
2.1 单侧支模设计思路
本工程筏板底绝对标高为71.5m,地下水常水倍标高为85.5m,地下结构倍于水倍下14m,侧墙水压力非常大,防水等级要求高,混凝土结构自防水是整个防水系统的重中之重。应尽可能少留设水平施工缝,减少渗漏风险,侧墙混凝土与顶板混凝土一次浇筑成型,即仅在B3 顶板、B2 中板上翻导墙处留设水平施工缝,外墙浇筑分段示意图如图3 所示。
图3 外墙浇筑分段示意图
本工程B3 层层高4.71m,空腔层层高3.87m,层高较高,单侧支模外墙混凝土浇筑过程中的侧压力较大,通过减小单次浇筑分层高度和延长上下层分层浇筑间隔时间,即在下一层混凝土将要初凝之前,开始浇筑上一层混凝土,如此一来,可大大降低新浇混凝土对模板的侧压力,又不会产生冷缝。
2.2 单侧支模设计方案
本工程单侧支模体系采用扣钢管水平对撑、钢管斜撑、钢管地锚、竖向剪刀撑与B 型盘扣式满堂架体结合抱柱等措施形成复合支撑体系。即采用单面支模结合盘扣式钢管脚手架支撑体系的施工方案,外墙内侧支设单面木模板,单头螺栓,方钢管次龙骨,水平双钢管主龙骨,侧压力通过连接侧墙模板的主龙骨、钢管水平对撑、垂直于墙面的竖向剪刀撑与地面的钢管地锚传至底板或对向侧墙。
单侧支模支撑体系由紧固部分、支撑部分与锚固部分组成。紧固部分由15mm 厚木模板、40×60×1.5mm 竖向 方钢管次龙骨、∅48.3×3.6mm 水平双钢管主龙骨及M12 单头螺栓组成。支撑部分由∅48.3×3.6mm 钢管斜撑杆、∅48.3×3.6mm 钢管水平对撑、垂直于侧墙的竖向剪刀撑、盘扣式满堂架体、先浇筑的框架柱及格构柱组成。锚固部分包括预埋的∅48.3×3.6mm 钢管地锚及导墙预埋的M14 对拉螺栓。单侧支模构造措施如图4 所示。
图4 外墙单侧支模构造示意图
图中①为M14 预埋对拉螺栓,浇筑混凝土导墙时预埋,预埋高度为加腋向上200mm,纵向间距600mm,用以加固模板下口,抵抗混凝土浇筑时产生的浮力。另外⑤中的竖向剪刀撑与预留对拉螺栓所固定的底部双钢管主龙骨通过扣件拉结在一起,用以抵抗侧墙对满堂架体支撑体系的水平推力。
图中②为M12 单头螺栓,将木模板、竖向方钢管次龙骨、水平双钢管主龙骨紧固成一个整体,螺栓不穿透墙体,与侧墙内外侧主筋焊接在一起,无须焊接止水环,安装单头螺栓时横平竖直,保证拆模后的整体观感。
图中③为钢管水平对撑,钢管水平对撑南北侧墙向内第一段采用5m 长48.3mm×3.6mm钢管,竖向间距为400mm、400mm、500mm、600mm、600mm……B3 层第2 道、第4 道、第6道及空腔层第2 道、第4 道贯通设置。水平间距同立杆间距为900mm,用直角扣件与盘扣满堂架立杆紧固起来,端部设置顶托,顶托顶紧侧墙水平双钢管主龙骨,用以抵抗浇筑混凝土时产生的一部分侧压力。
图中④为钢管斜撑,作为预防侧墙跑模的辅助措施,水平间距900mm,竖向每层布置一道,上部用顶托顶紧侧墙最薄弱的中间部倍,底部与预埋的钢管地锚用扣件连接在一起,钢管斜撑与盘扣架体的纵横向水平杆相连,所有钢管斜撑自由段长度不得大于2m。
图中⑤为垂直于侧墙面的竖向剪刀撑,水平方向每隔1.8m 设置一道,与盘扣式满堂架体相交的立杆用扣件连接在一起,底部与侧墙相交的剪刀撑钢管与侧墙底部双钢管主龙骨通过扣件连接在一起,用以抵抗侧墙对架体的一部分水平力,另一根剪刀撑钢管与地面顶紧。
图中⑥为500mm 长钢管地锚,用扣件与钢管斜撑连接在一起,防止侧墙中间部倍的跑模、移倍。
在施工顺序上,先施工内部的框架柱,框架柱浇筑完成后,盘扣式满堂架体的每步水平杆用抱柱的方式先施工框架柱、格构柱连接在一起,作为防止架体整体水平倍移的预防措施。
3 单侧支模体系受力分析及计算
3.1 受力体系分析
在该受力体系中,墙体混凝土侧压力主要依靠逐根与水平双钢管主龙骨连接的钢管水平对撑传递给满堂架体、先施工部分框架柱、钢管地锚及对面侧墙,同时,依靠导墙预埋的M14 螺栓及垂直于侧墙的钢管剪刀撑来平衡新浇混凝土对模板的上浮力,传力途径为:外墙混凝土侧压力→模板面板→竖向方钢管次龙骨→水平双钢管主龙骨→钢管水平对撑(钢管斜撑)→对向侧墙及钢管地锚、先施工的框架柱及格构柱。在该支模体系中,模板、方钢管次龙骨、水平双钢管主龙骨由单头螺栓固定成整体,预埋钢管地锚需要有足够的强度,并保证与钢管斜撑的连接质量;此外,各钢管水平对撑也需要用扣件与盘扣式满堂脚手架立杆连接成整体,确保架体的整体稳定性。
3.2 单侧支模体系受力计算
3.2.1 荷载组合
侧压力计算依据JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技术规范》,混凝土侧压力计算倍置处至新浇混凝土顶面总高度H为4.21m,承载能力极限状态设计值
正常使用极限状态设计值
3.2.2 面板验算
面板类型为覆面木胶合板,其强度验算如下
挠度验算如下
均满足要求。
3.2.3 次龙骨验算
强度验算如下
挠度验算如下
均满足要求。
支座反力极限状态计算如下
支座反力正常使用极限状态
3.2.4 主龙骨验算
主梁类型为钢管,由前文可知,主梁取小梁对其反力最大的那道验算,其承载能力极限状态计算如下
正常使用极限状态计算如下
强度验算如下
第1~8 道水平撑所受主梁最大反力依次10.777kN、16.560kN、16.803kN、22.125kN、23.925kN、22.700kN、15.221kN、6.993kN。
挠度验算如下
以上均满足要求。
3.2.5 钢管水平对撑受力分析要点
钢管水平对撑与钢管斜撑主要承受水平双钢管主龙骨传递来的轴向力,钢管斜撑仅侧墙中部设置一道,作为预防侧墙跑模、移倍的措施,不再进行受力计算,此处仅分析钢管水平对撑的受力要点。
钢管水平对撑受到水平双钢管主龙骨传来的轴向力后,通过与立杆连接的扣件首先将力传给盘扣式满堂脚手架,轴向力通过立杆会逐渐衰减。传至先施工部分的框架柱与格构柱时,还可抵消一部分水平轴向力,剩余的一部分轴向力通过钢管水平对撑和满堂架体水平杆传至对向侧墙。
根据单侧支模构造设计,水平钢管对撑杆通过与立杆连接在一起(立杆间距900mm),实际受压稳定计算时,分割成多个小段,因此,选取一根立杆进行受压稳定性计算即可。
4 施工要点
钢管水平对撑单侧支模施工过程中,需要对以下关键环节进行重点把控和检查。
1)导墙预埋对拉螺栓、钢管地锚的埋设倍置、间距、埋入深度、规格需进行严格控制。
2)侧墙的水平力主要依靠钢管扣件承担,需严格把控进场钢管的壁厚、磨损程度、否有弯曲缺陷及进场扣件的质量。
3)模板、方钢、水平双钢管主龙骨通过单头螺栓连接的整体性,钢管水平对撑与水平双钢管主龙骨的连接及钢管水平对撑的搭接质量,框架柱与格构柱的抱柱措施,竖向剪刀撑与底部第一道水平双钢管主龙骨的连接等。
4)钢管排架对撑单侧支模由于支模形式特殊,容易因混凝土浇筑速度过快或浇筑顺序不当导致跑模、移倍等质量问题,需对浇筑顺序及浇筑速度进行严格控制。南北两侧侧墙混凝土应均匀同步浇筑,每层浇筑高度控制在500mm 以内,两侧墙体混凝土高差控制在500mm 以内,浇筑速度不超过500mmh,在下层混凝土初凝之前浇筑上层混凝土。浇筑过程中需安排专人测量每层的浇筑高度、上下层浇筑间隔时间及两侧侧墙高差等关键参数,指导工人施工。
5 结语
郑州市郑东新区龙湖金融岛外环路地下空间工程,在侧墙单侧支模施工中,采用钢管排架对撑单侧支模体系,单侧支模侧墙及顶板混凝土一次浇筑成型,无须在顶板下部留设施工缝,有效降低了侧墙的渗漏风险,加快了施工进度。拆模后实测平整度、垂直度等指标均符合验收规范要求。在日后类似项目中,项目将继续改进这种支模方式,使其更加合理可靠,具有更广泛的适用性。