明挖隧道敞開段高大側(cè)墻單側(cè)模板施工

1、陽澄湖隧道敞開段高大側(cè)墻單側(cè)支模施工董仲月 中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司摘要：隨著深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，垂直支護(hù)被廣泛采用，地下工程的外墻施工采用雙側(cè)支模無法實(shí)現(xiàn)，必須采用單側(cè)支模。在陽澄湖隧道敞開段高大側(cè)墻施工中采用了型鋼三角桁架和預(yù)埋件作為模板支撐系統(tǒng)的單側(cè)支模工藝。關(guān)鍵詞：?jiǎn)蝹?cè)支模 高大側(cè)墻 三角桁架1工程概況陽澄湖隧道敞開段起訖里程為k79+630k79+880，共計(jì)250m。側(cè)墻高度從小里程到大里程逐漸增大，其側(cè)墻高度最高可達(dá)8980mm，屬于高大側(cè)墻。橫斷面結(jié)構(gòu)尺寸如圖1-1所示。圖1-1 側(cè)墻橫斷面尺寸圖2-1 模板搭設(shè)示意圖由于該基坑采用垂直支護(hù)，所以在結(jié)構(gòu)側(cè)墻施工中無法采用

2、雙側(cè)支模，故必須采用單側(cè)支模。傳統(tǒng)的單側(cè)支模工藝是采用鋼管搭設(shè)排架作為模板的支撐體系，該工藝使用鋼管數(shù)量大，搭設(shè)周期長(zhǎng)，一次支模高度較低，且易出現(xiàn)模板上浮、脹模、混凝土墻面平整度、垂直度差等缺陷，由于需對(duì)拉螺栓，對(duì)側(cè)墻防水造成隱患，施工質(zhì)量難以保證。對(duì)于高度較大墻體支模，施工難度更大。2 工藝原理及特點(diǎn)2.1 工藝原理單側(cè)支模主要是利用型鋼三角桁架和預(yù)埋件，作為模板的支撐系統(tǒng)，將模板固定牢固。如圖2-1所示。單側(cè)支架通過一個(gè)45°角的高強(qiáng)受力螺栓，一端與預(yù)埋在基礎(chǔ)中的地腳螺栓連接，一端斜拉住單側(cè)模架，高強(qiáng)螺栓受的斜拉錨力F可分解為水平力F1和垂直力F2，F(xiàn)1抵制模架側(cè)移，F(xiàn)2抵制模架

3、上浮。高強(qiáng)度的模板支架在混凝土澆筑過程中抵抗了混凝土的側(cè)向壓力。2.2 工藝特點(diǎn)a.單側(cè)支模模架裝拆方便，支設(shè)速度快，省時(shí)省力；b.有效保證了墻體的垂直度、平整度，克服了常見的脹模、漏漿、錯(cuò)臺(tái)等質(zhì)量通?。籧.可一次性支設(shè)模板高度3.4米，對(duì)于較高墻體可減少水平施工縫的留置數(shù)量，利于墻體防水；d.對(duì)超高墻體來講，底部混凝土側(cè)壓力很大，模板體系的設(shè)計(jì)要求非常高，模板的剛度要滿足使用要求；e.不需對(duì)拉螺栓，經(jīng)濟(jì)環(huán)保的同時(shí)可提高防水效果。f.提高了墻體混凝土的觀感質(zhì)量，減少了鋼材的浪費(fèi)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3工藝流程圖3-1 單側(cè)模板安裝流程圖3.1 模板、支架安裝模板及單側(cè)支架的安裝流程如

4、圖3-1所示：（a）預(yù)埋地腳螺栓；（b）支設(shè)模板；（c）立單側(cè)支架；（d）安裝埋件系統(tǒng)；（e）調(diào)節(jié)模板垂直度后澆筑混凝土圖3-1 模板及單側(cè)支架安裝步驟a.合外墻模板時(shí)，將模板下口與預(yù)先彈出的墻邊線對(duì)齊，然后安裝背楞，并用鉤頭螺栓將橫槽鋼背楞與豎肋木方鎖緊，臨時(shí)用鋼管將外墻模板撐住。b.吊裝單側(cè)支架。將單側(cè)支架由堆放場(chǎng)地吊至現(xiàn)場(chǎng)，單側(cè)支架吊裝時(shí)，注意輕放輕起。多榀支架堆放在一起時(shí)，應(yīng)在平整場(chǎng)地上相互疊放整齊，以免支架不均勻受壓變形。c.需由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和加高節(jié)組裝的單側(cè)支架，應(yīng)在材料堆放場(chǎng)地先行拼裝（圖-2），再由塔吊吊至現(xiàn)場(chǎng)。d.在直面墻體段，每安裝56榀單側(cè)支架后，穿插埋件系統(tǒng)的壓梁槽鋼。底板有

5、反梁時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況確定。在弧形墻體段，每安裝后一榀單側(cè)支架后應(yīng)安裝埋件系統(tǒng)的壓梁槽鋼。e.支架安完后安裝埋件系統(tǒng)。f.用背楞扣件將模板與單側(cè)支架連成整體（圖3-2）。g.因單側(cè)支架受力后，模板將向后位移，故預(yù)先調(diào)節(jié)單側(cè)支架后支座，直至模板面板上口向墻內(nèi)傾約10mm（當(dāng)單側(cè)支架無加高節(jié)時(shí)，內(nèi)傾約5mm）。h.最后再緊固并檢查一次埋件受力系統(tǒng)，以確?；炷翝仓r(shí)模板下口不會(huì)漏漿。圖3-2 單側(cè)支架與模板連接3.2三角支架模板受力驗(yàn)算側(cè)壓力計(jì)算混凝土作用于模板的側(cè)壓力，根據(jù)測(cè)定，隨混凝土的澆筑高度而增加，當(dāng)澆筑高度達(dá)到某一臨界時(shí)，側(cè)壓力就不再增加，此時(shí)的側(cè)壓力即新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力。側(cè)壓力達(dá)到

6、最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實(shí)踐，可按下列二式計(jì)算，并取其較小值： 式中 F-新澆筑混凝土對(duì)模板的最大側(cè)壓力（KN/m2） c-混凝土的重力密度（kN/m3）取25 kN/m3 t0-新澆混凝土的初凝時(shí)間（h）,可按實(shí)測(cè)確定。當(dāng)缺乏實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，可采用t=200/(T+15)計(jì)算；所以t=200/(20+15)=5.71；T-混凝土的溫度（°）取20°V-混凝土的澆灌速度（m/h）;取2m/hH-混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的總高度（m）;取4.35m1-外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0；摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.1； 2-混凝土塌落

7、度影響系數(shù)，當(dāng)塌落度小于30mm時(shí)，取0.85；5090mm時(shí)，取1；110150mm時(shí)，取1.15。=56.18kN/m2 =25x4.35=108.75kN/ m2取二者中的較小值，F(xiàn)=56.18kN/ m2作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，并考慮傾倒混凝土產(chǎn)生的水平載荷標(biāo)準(zhǔn)值2 kN/ m2，分別取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2和1.4，則作用于模板的總荷載設(shè)計(jì)值為：q=(56.18x1.2+2x1.4) =70.22kN/ m2單側(cè)支架主要承受混凝土側(cè)壓力，取混凝土最大澆筑高度為4.35m，側(cè)壓力取為F=70.22KN/m2，有效壓頭高度h=f小/c =2.25m。支架與埋件受力計(jì)算單側(cè)支架按間距800mm

8、布置。分析支架受力情況：取o點(diǎn)的力矩為0，則：1.88xR=F1x（2.1+2.25/3）+F2x（2.1/2）R=162KN其中：F1=0.5x0.8x70.22 x2.25=63.2KNF2=1x0.8x70.22 x2.1 =118KN支架側(cè)面的合力為：F合=F1+F2=181.2KN根據(jù)力的矢量圖得F合和R的合力為：（見下圖）（F總）2= （F合）2+（R）2=181.22+1622F總=243KN與地面角度為：=41°由F總分解成兩個(gè)互為垂直的力，其中一個(gè)與地面成45度，大小為：T45°=COS(45°-)*F總=242KNT45°共有（8/3

9、）+1個(gè)埋件承擔(dān)， 其中單個(gè)埋件最大拉力為：F= T45°/（8/3）+1=66KN埋件強(qiáng)度驗(yàn)算預(yù)埋件為級(jí)鋼d=25mm，埋件最小有效截面積為：A=3.14×12.52=491mm2 軸心受拉應(yīng)力強(qiáng)度：=F/A=66×103/491 =134MPa <f=310MPa 符合要求埋件錨固強(qiáng)度驗(yàn)算對(duì)于彎鉤螺栓，其錨固強(qiáng)度的計(jì)算，只考慮埋入砼的螺栓表面與砼的粘結(jié)力，不考慮螺栓端部的彎鉤在砼基礎(chǔ)內(nèi)的錨固作用。錨固強(qiáng)度：F錨=dh=156.6kN>F=66KN 符合要求其中：F錨-錨固力，作用于地腳螺栓上的軸向拔出力（N）d-地腳螺栓直徑（mm）h-地腳螺栓在砼

10、基礎(chǔ)內(nèi)的錨固深度（mm）b -砼與地腳螺栓表面的粘結(jié)強(qiáng)度(N/mm2)，一般在普通混凝土中b取值2.53.5N/mm2模板受力計(jì)算直線墻體厚為1200mm，模板高度為4.35m，面板采用18mm多層板；豎向背楞采用幾字梁，間距為300mm，水平背楞采用雙10號(hào)槽鋼背楞。面板驗(yàn)算將面板視為支撐在次龍骨上的四跨連續(xù)梁計(jì)算，面板長(zhǎng)度取2440mm，面板寬度取1220mm，并且面板為18mm厚膠合板,幾字梁間距為mm。承載力驗(yàn)算：面板最大彎矩：=(70.22x300x300)/10=0.477x106Nmm面板的截面系數(shù)： =x1000x182=4.1x104mm3應(yīng)力：=0.477x106/4.1x

11、104=11.6N/mm2<=13 N/mm2 故滿足要求其中：-木材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取13 N/mm2E-彈性模量，木材取8.5x103 N/mm2，鋼材取2.1x105 N/mm2撓度驗(yàn)算：撓度驗(yàn)算采用標(biāo)準(zhǔn)荷載，同時(shí)不考慮振動(dòng)荷載的作用，則q2=56.18x1=56.18 kN/ m模板撓度由式=56.18x3004/(150x8.5x1000x59.3x104) =0.6mm<=300/400=0.75mm 故滿足要求面板截面慣性矩：I=bh3/12=1220X183/12=59.3X104mm4幾字梁驗(yàn)算：幾字梁作為豎肋支承在橫向背楞上，可作為支承在橫向背楞上的連續(xù)梁計(jì)算，

12、其跨距等于橫向背楞的間距最大為L(zhǎng)=900mm。幾字梁上的荷載為： =70.22X0.3=21.07KN/mF-混凝土的側(cè)壓力-幾字梁之間的水平距離強(qiáng)度驗(yàn)算最大彎矩=0.1x21.07x0.92=1.71KNm幾字梁截面系數(shù)： W=20.475x103mm3應(yīng)力：=1.71x106Nmm/20.475x103mm3=83.5N/mm2<f=195N/mm2 滿足要求撓度驗(yàn)算：幾字梁截面慣性矩：I=397x104mm4幾字梁截面彈性模量：E=2.06x105 N/mm2懸臂部分撓度：=21.07x3104/(8x2.06x105x397x104)=0.029mm<=0.875mm跨中部分撓度： =21.07x9004x(5-24x0.442)/(384x2.06x105x397x104)=0.06mm<=2.25mm其中：-容許撓度，=L/400,L=900mm-懸臂部分長(zhǎng)度與跨中部分長(zhǎng)度之比，因此三角支架模板支撐系統(tǒng)滿足受力要求。3.3 模板及支架拆除a.外墻混凝土澆筑完24小時(shí)后，先松動(dòng)支架后支座，后松動(dòng)埋件部分。b.徹底拆除埋件部分，并分類碼放保存好。c.吊走單側(cè)支架，模板繼續(xù)貼靠在墻面上，臨時(shí)用鋼管撐上。d.混凝土澆筑完48小時(shí)后，拆模板。e.混凝土拆模后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作，及時(shí)涂刷養(yǎng)護(hù)劑，冬期施工時(shí)墻體注意保溫。4結(jié)束語陽澄湖隧道敞