在鋼筋混凝土結構中,模板的造價約占鋼筋混凝土工程總造價的30%,因此采用合理、先進的模板技術,對于提高工程質量、加快施工速度、提高勞動生產率、降低工程成本具有十分重要的意義。
1 工程概況
某地鐵車站凈長217.7m,寬21.26m,高12.26m,其中站廳層高4.6m,站臺層高5.89m,為雙層三跨現澆框架結構,如圖1所示。采用明挖順作法施工,人工挖孔咬合樁加鋼管支撐圍護,三元乙丙全包防水,側墻厚600mm,從現場實際情況出發(fā),側墻與樓板一次立模澆筑困難很大,質量難以保證,側墻外側為防水層, 無法用對拉法立模,因此在側墻與上下板接合處設施工縫,側墻單獨立模澆筑,采用單面墻模板。
2 模板設計
1)設計主要原則
模板應滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求,施工縫應設置在|考試大|彎矩最小處。本工程的側墻高度為5.5m,混凝土澆筑時產生側壓力為48.5kN/m2,再根據分段施工,流水作業(yè)施工要求,一次澆筑混凝土的長度定為18.5m,整個車站共分11段施工,這樣便于模板倒用,因此要求模板拆裝簡便,損耗率低,又由于站臺層側墻與站廳層側墻高度不一致,模板還應具有適應性強,可靈活多變的特點。
2)材料選擇
①模板,單塊模板設計為6m×6m(龍骨)大模板,其上模板采用900mm×1800mm×16mm竹膠板,橫向7塊,豎向3塊,頂部竹膠板橫放3塊450mm×1800mm×16mm(見圖3)。每塊竹膠板有6顆Φ16沉頭螺栓與橫龍骨固定,橫龍骨間距0.3m,橫龍骨與16a號槽鋼(豎龍骨間距1.5m)用螺桿連接。②斜支撐由Φ150鋼管作成上中下三道斜撐,三道斜支撐與側墻夾角分別為60°、60°、75°,兩端設計成扁平頭,分別撐在豎龍骨和地錨上,與豎龍骨相連的支撐點采用20mm厚鋼板用3條Φ22螺栓固定在豎龍骨上(圖4);與地錨相連的16a槽鋼上,焊一塊120mm×300mm×16mm鋼板作為斜撐的支撐點(圖4)。地錨采用2根10號槽鋼預埋入板中,再用16a號槽鋼連在地錨上,為保證其整體性,槽鋼之間用Φ48鋼管連接,構成穩(wěn)定的支撐體系,斜撐產生的豎向分力會使模板上浮。為此,在豎向力較大的第一二道斜撐上連接一Φ22鋼筋作拉桿,并分別通過一緊線器調節(jié),拉桿另一端與地錨相連。模板的凈空調節(jié)通過模板豎龍骨上下端的Φ48螺桿進行。
3)端頭模板
為保證環(huán)向施工縫的質量,同時避免普通堵頭方式焊傷側墻主筋,并便于拆裝,設計為兩塊225mm×1800mm×16mm竹膠板,用墻模板橫龍骨提供支撐反力,即端頭模通過三根100mm×150mm方木將混凝土側壓力傳至橫龍骨(圖5),每塊模板一側按側墻水平筋間距大小割槽,槽寬等于水平鋼筋保護層厚度,兩塊模板通過2只Φ22螺桿調節(jié),兩塊模板之間放一150mm×1800mm×16mm寬竹膠板,其上釘一與止水條槽(30mm)寬度相等的木條,拆模后即可行成一止水條槽。
3 受力分析與實際應用
1) 混凝土側壓力標準值可按(1)、(2)式計算,側壓力與有效壓頭高度h有關,當h≤H(H為側墻澆筑高度)時,按(2)式取值與實際相比偏大,當h≥H時按(2)式取值合理,(1)式值偏大。因此側墻澆注高度H一定時,側壓力F應取(1)、(2)式中較小值是較為安全合理的。
F=0.22γct0β1β2V1/2=42.936(kN/m2) (1)
F=γcH=24×5.5=132(kN/m2) (2)
h=F/γc(m)
式中F為新澆混凝土對模板的側壓力(kN/m2);γc為混凝土密度(kN/m2);t0為新澆筑混凝土的初凝時間(h)，(T為混凝土的溫度,計算中為25°);V為混凝土澆筑速度(m/h);H為混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度(m);β1為外加劑影響修正系數,無外加劑為1;β2混凝土坍落度影響修正系數,坍落度<30mm,取0.85,30~50mm取0.9,50~100mm取1.0,100~150mm取1.15;h為有效壓頭高度(m);H為混凝土計算位置處至新澆混凝土頂面總高度(m)。
2) 側壓力設計值F設=F×分項系數×折減系數=42.936×1.2×0.85=43.795kN/m2。傾倒混凝土時產生的水平荷載:輸送泵澆筑水平荷載標準值取F′=4kN/m2,荷載設計值F0=F′×分項系數×折減系數=4×1.4×0.9=4.76kN/m2。荷載組合F總=F設+F0=43.795+4.76=48.5kN/m2。
3) 在此基礎上對整個模板系統(tǒng)各個部件尺寸進行力學檢算,確定主要尺寸后再在實際應用中適當調整。每一施工段側墻長為18.5m,使用3塊大模(18.9m)板,保證與已澆段有足夠的搭接長度。3塊大模板之間搭接處用50mm×100mm方木或調節(jié)橫豎龍骨加強。地錨槽鋼下端橫焊一Φ28鋼筋,增加錨固力,與板面平齊處放一木塊,便于割除后恢復板面。割下的地錨兩根對焊后可用于下一段,以降低材料損耗 4) 地錨間距按1.5m預埋,豎龍骨可在橫龍骨上調節(jié),使豎龍骨與地錨對齊,橫龍骨除部分與竹膠板用沉頭螺栓連接外其余均可調節(jié),以提高下部及搭接處等薄弱部位強度。由于其各部位均有可調性,使用中整體局部均可安裝和拆卸,適應性強。
4 結語
整個車站側墻施工共用地錨(10號槽鋼)8t,竹膠板部分更換約10%,其余部件均倒用11次,一次投資為40萬元,損耗3.1萬元。側墻混凝土共計2700m3。鋼筋650t,其工程總造價約為500萬元。模板工程的造價占鋼筋混凝土工程總造價的8%,用工量占總用工量的25%。節(jié)約了成本,提高了生產效率。本套模板除節(jié)約成本外,還具有整體結構簡潔、受力合理、靈活性大、安全經濟、模板整體性好、接縫少、接縫緊密、不漏漿、混凝土表面光潔、支撐體系穩(wěn)固、剛度大、混凝土平整度高、模板各部位活動性大、便于混凝土養(yǎng)護等特點。
1 工程概況
某地鐵車站凈長217.7m,寬21.26m,高12.26m,其中站廳層高4.6m,站臺層高5.89m,為雙層三跨現澆框架結構,如圖1所示。采用明挖順作法施工,人工挖孔咬合樁加鋼管支撐圍護,三元乙丙全包防水,側墻厚600mm,從現場實際情況出發(fā),側墻與樓板一次立模澆筑困難很大,質量難以保證,側墻外側為防水層, 無法用對拉法立模,因此在側墻與上下板接合處設施工縫,側墻單獨立模澆筑,采用單面墻模板。
2 模板設計
1)設計主要原則
模板應滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求,施工縫應設置在|考試大|彎矩最小處。本工程的側墻高度為5.5m,混凝土澆筑時產生側壓力為48.5kN/m2,再根據分段施工,流水作業(yè)施工要求,一次澆筑混凝土的長度定為18.5m,整個車站共分11段施工,這樣便于模板倒用,因此要求模板拆裝簡便,損耗率低,又由于站臺層側墻與站廳層側墻高度不一致,模板還應具有適應性強,可靈活多變的特點。
2)材料選擇
①模板,單塊模板設計為6m×6m(龍骨)大模板,其上模板采用900mm×1800mm×16mm竹膠板,橫向7塊,豎向3塊,頂部竹膠板橫放3塊450mm×1800mm×16mm(見圖3)。每塊竹膠板有6顆Φ16沉頭螺栓與橫龍骨固定,橫龍骨間距0.3m,橫龍骨與16a號槽鋼(豎龍骨間距1.5m)用螺桿連接。②斜支撐由Φ150鋼管作成上中下三道斜撐,三道斜支撐與側墻夾角分別為60°、60°、75°,兩端設計成扁平頭,分別撐在豎龍骨和地錨上,與豎龍骨相連的支撐點采用20mm厚鋼板用3條Φ22螺栓固定在豎龍骨上(圖4);與地錨相連的16a槽鋼上,焊一塊120mm×300mm×16mm鋼板作為斜撐的支撐點(圖4)。地錨采用2根10號槽鋼預埋入板中,再用16a號槽鋼連在地錨上,為保證其整體性,槽鋼之間用Φ48鋼管連接,構成穩(wěn)定的支撐體系,斜撐產生的豎向分力會使模板上浮。為此,在豎向力較大的第一二道斜撐上連接一Φ22鋼筋作拉桿,并分別通過一緊線器調節(jié),拉桿另一端與地錨相連。模板的凈空調節(jié)通過模板豎龍骨上下端的Φ48螺桿進行。
3)端頭模板
為保證環(huán)向施工縫的質量,同時避免普通堵頭方式焊傷側墻主筋,并便于拆裝,設計為兩塊225mm×1800mm×16mm竹膠板,用墻模板橫龍骨提供支撐反力,即端頭模通過三根100mm×150mm方木將混凝土側壓力傳至橫龍骨(圖5),每塊模板一側按側墻水平筋間距大小割槽,槽寬等于水平鋼筋保護層厚度,兩塊模板通過2只Φ22螺桿調節(jié),兩塊模板之間放一150mm×1800mm×16mm寬竹膠板,其上釘一與止水條槽(30mm)寬度相等的木條,拆模后即可行成一止水條槽。
3 受力分析與實際應用
1) 混凝土側壓力標準值可按(1)、(2)式計算,側壓力與有效壓頭高度h有關,當h≤H(H為側墻澆筑高度)時,按(2)式取值與實際相比偏大,當h≥H時按(2)式取值合理,(1)式值偏大。因此側墻澆注高度H一定時,側壓力F應取(1)、(2)式中較小值是較為安全合理的。
F=0.22γct0β1β2V1/2=42.936(kN/m2) (1)
F=γcH=24×5.5=132(kN/m2) (2)
h=F/γc(m)
式中F為新澆混凝土對模板的側壓力(kN/m2);γc為混凝土密度(kN/m2);t0為新澆筑混凝土的初凝時間(h)，(T為混凝土的溫度,計算中為25°);V為混凝土澆筑速度(m/h);H為混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度(m);β1為外加劑影響修正系數,無外加劑為1;β2混凝土坍落度影響修正系數,坍落度<30mm,取0.85,30~50mm取0.9,50~100mm取1.0,100~150mm取1.15;h為有效壓頭高度(m);H為混凝土計算位置處至新澆混凝土頂面總高度(m)。
2) 側壓力設計值F設=F×分項系數×折減系數=42.936×1.2×0.85=43.795kN/m2。傾倒混凝土時產生的水平荷載:輸送泵澆筑水平荷載標準值取F′=4kN/m2,荷載設計值F0=F′×分項系數×折減系數=4×1.4×0.9=4.76kN/m2。荷載組合F總=F設+F0=43.795+4.76=48.5kN/m2。
3) 在此基礎上對整個模板系統(tǒng)各個部件尺寸進行力學檢算,確定主要尺寸后再在實際應用中適當調整。每一施工段側墻長為18.5m,使用3塊大模(18.9m)板,保證與已澆段有足夠的搭接長度。3塊大模板之間搭接處用50mm×100mm方木或調節(jié)橫豎龍骨加強。地錨槽鋼下端橫焊一Φ28鋼筋,增加錨固力,與板面平齊處放一木塊,便于割除后恢復板面。割下的地錨兩根對焊后可用于下一段,以降低材料損耗 4) 地錨間距按1.5m預埋,豎龍骨可在橫龍骨上調節(jié),使豎龍骨與地錨對齊,橫龍骨除部分與竹膠板用沉頭螺栓連接外其余均可調節(jié),以提高下部及搭接處等薄弱部位強度。由于其各部位均有可調性,使用中整體局部均可安裝和拆卸,適應性強。
4 結語
整個車站側墻施工共用地錨(10號槽鋼)8t,竹膠板部分更換約10%,其余部件均倒用11次,一次投資為40萬元,損耗3.1萬元。側墻混凝土共計2700m3。鋼筋650t,其工程總造價約為500萬元。模板工程的造價占鋼筋混凝土工程總造價的8%,用工量占總用工量的25%。節(jié)約了成本,提高了生產效率。本套模板除節(jié)約成本外,還具有整體結構簡潔、受力合理、靈活性大、安全經濟、模板整體性好、接縫少、接縫緊密、不漏漿、混凝土表面光潔、支撐體系穩(wěn)固、剛度大、混凝土平整度高、模板各部位活動性大、便于混凝土養(yǎng)護等特點。