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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

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