自撑式支架在上海浦东机场南进场地道侧墙单侧模板施工中的应用
【摘要】地下通道混凝土侧墙的单侧模板难以用对拉螺栓固定,经方案比较,采用钢支架支撑单侧模板。介绍了模板支撑钢支架的设计与组成,通过工程实例成功应用,取得了省工省时质量可靠的良好效果。
1 工程概况
上海浦东国际机场二期市政配套工程-南进场路,是二期飞行区、航站楼的市政配套设施工程。其中,飞行区北标段分东西两条通道,长度均为820.5 m,每条地道由暗埋段和遮光段组成。地道内净宽16.5 m,侧墙高7.5～8.3 m,侧墙厚度为1 000 mm。地道典型剖面如图1所示。
2 侧墙施工特点与难点
(1)通道侧墙厚度厚,混凝土一次浇捣高度高,浇捣过程中模板承受的侧压力大,且混凝土饰面质量要求达到亚清水标准。
(2)墙体外侧紧贴围护SMW工法桩,考虑到工法桩型钢在墙体结构施工结束后拔除过程中,外侧面混凝土避免遭受钢性破坏,故在工法桩型钢上不允许焊接固定受力点(如焊接对拉螺栓等),因此,施工时无法正常设置对拉螺栓,单面模板支撑的方式难度很大。
(3)因大模板施工速度较快,因此,对各制模工序的施工流程要求很高,需有精密的施工分块实施方案。
(4)通道施工工期偏紧。
3 方案选择
根据本工程侧墙施工的特点与难点,在没有成熟经验及资料借鉴的情况下,重点围绕以下四个方案进行可行性比选。
3.1 活动式拉结螺栓制模
在传统对拉螺栓制模方案的基础上,对拉结螺栓进行改进,由传统的与SMW工法桩型钢焊接改为对拉螺栓一端焊接U型钢板,再以插扣形式与工法桩型钢翼缘板连接形成模板受力点。优点在于能基本延用常规对拉螺栓制模方法,成本相对低廉,并在工法桩型钢拔除时,又尽可能地避免与对拉螺栓碰擦,使外侧面混凝土免遭破损。缺点是由于螺栓受力点为柔性连接,不能保证每道螺栓的受力平衡,且在混凝土浇捣时受震动影响,插扣式螺栓容易脱落、移位而又不易察觉,施工过程中的可变风险较大。
3.2 钢管斜撑式制模
在墙体竖向钢筋位置焊接一定数量的对拉螺栓,保证模板拼制后的定位,再利用普通钢管作斜撑,一端顶撑模板围檩,另一端与预埋在地坪中的常规钢管连接形成受力点。优点在于工法桩型钢拔除对墙体外侧混凝土损伤影响较小,制模成本较低。缺点是钢管斜撑受力相对不太均衡,且受支撑角度影响,斜撑钢管自身因长度过长也会失稳,容易使模板在受力状态下发生变形,影响混凝土线形观感质量,另外,对于地坪中埋设的大量受力钢管的善后处理也存在一定的技术问题。
3.3 密集排架顶撑式制模
在墙体竖向钢筋位置焊接一定数量的对拉螺栓,保证模板拼制时的定位,同时在通道内搭设等同于浇捣高度的满堂重力排架,利用多根水平独立调节支撑杆,以排架为主要固定点形成模板对撑。优点在于取消对拉螺栓与工法桩型钢焊接,且受力支撑杆可随意放置,不受空间限制,材料也可使用常规用材。缺点是材料投入量大,费工费时,并可能由于调节支撑杆受力不均而产生模板不均匀受力,导致混凝土饰面不平整,影响质量。
3.4 自撑式钢支架制模
利用型钢三角支架作为固定定型木大模板的受力构架,其中三角支架由预埋在地坪中的螺杆进行受力固定,模板钢度由钢支架自身承担,施工时,模板的垂直度控制由三角支架底部的调节螺栓完成。优点在于全部工厂加工成形,现场拼装,制模质量比较容易控制,施工速度快,便于现场施工管理,并可在同类结构中重复利用。缺点是现场需有吊运机械的使用空间和三角架的施工操作面,并且在施工过程中墙体制模需与水平模板制模交叉进行,以避免吊运相碰问题。
通过对各方案的综合分析,结合工程的实际施工工况,单侧支架制模因定型化、工厂化程度高,周转设备材料投入量小,省工省时效率高,也利于施工现场的文明施工,对质量控制的可靠性高等而被采用。
4 自撑式钢支架单侧模板施工工艺
4.1 工作原理
混凝土侧压力由模板一侧的钢支架承担,故可不需常用的对拉螺栓。钢支架通过一个45°的高强受力螺栓,一端与地脚螺栓连接,另一端斜拉单侧模板支架,因斜拉螺栓受斜拉锚力后分为一个垂直方向和一个水平方向的力,其中垂直方向的力抵抗了支架的上浮力,水平力则保证支架不会产生侧移,模板刚度由支架刚度加以保证。
4.2 单侧支架组成
单侧支架由埋件和架体两部分组成。其中:埋件系统包括:地脚螺栓、连接螺帽、外连杆、外螺母和横梁;架体部分按高度分为:3 600 mm标准节和500 mm、1 600 mm,3 200 mm等加高节。
4.3 安装流程
钢筋绑扎并验收→弹墙边线→组拼模板→单侧支架吊装到位→安装单侧支架→安装加强钢管(单侧支架斜撑部位的附加钢管)→安装压梁槽钢→安装埋件系统→调节支架垂直度→再紧固检查一次埋件系统→验收合格后混凝土浇筑(图2)。
4.4 模板及支架拆除
混凝土浇筑完24 h后,先松动支架后支座,后松动埋件部分。彻底拆除埋件部分,并分类保存好拆除配件。吊走单侧支架,模板继续贴靠在混凝土墙面上,临时用钢管支撑。混凝土浇筑完48 h后,拆吊模板。
5 自撑式钢支架单侧模板系统运用
5.1 方案编制
自撑式钢支架单侧模板的成熟施工条件为高度7.3 m以内、地面施工面需4 m宽度、吊机便于吊运、模板需方便与支架连接等。在方案编制上,除模板采用定型木工字梁加型钢围檩拼制,外覆竹面胶合板外,为方便机械吊运施工,结构墙体总体上拆分为三个施工段,第一次墙体施工至暗埋段板底或遮光梁梁顶,墙体一次制模高度在6.4 m,第二次浇捣暗埋段顶板或遮光梁,第三次施工剩余墙体,高度为1.1～1.9 m不等。其中第一次墙体施工采用单侧支架制模,其余二次施工采用普通木模施工。根据施工进度,1 641 m的混凝土侧墙单侧支架及其配套模板共为6套,单套延伸长度为25 m。
5.2 施工优化
为使此套技术更趋成熟,在使用过程中对三角支架制模细部节点进行了合理完善。
5.2.1 地脚螺栓预埋
埋设方法:“7”字形地脚螺栓以∠100×5为基准面与底板钢筋点焊固定,点焊缝长度不小于50 mm,且不少于2个焊点,螺栓与底板混凝土面成45°角,平面投影线与外墙面成90°直角。
埋设精度及允许偏差
①螺栓与底板混凝土接触点中心到墙体制模面距离为250 mm,允许偏差±1.5 mm。
②螺栓露出底板混凝土面延伸长度为150 mm,允许偏差+20 mm。
③螺栓与底板混凝土面成45°角,允许偏差±1°。
5.2.2预埋螺栓与连接丝杆的连接要求螺栓与丝杆采用定制连接螺帽连接,进入螺纹(丝扣)长度为45 mm,允许偏差+5 mm。
预埋螺栓埋设间距@280 mm,允许偏差±20 mm。
5.2.3 压梁槽钢固定
针对压梁双拼槽钢在散拼情况下混凝土浇捣时产生的滑移现象,此次采用双拼槽钢进行临时固定,形成整体后再投入使用,固定方式为加工二块槽形钢板以抱箍形式上、下紧扣双拼槽钢,再由螺栓紧固槽形钢板来固定双拼槽钢的向外滑移。双拼槽钢净间距30 mm,允许偏差±1 mm,抱箍间距@1000 mm,允许偏差±20 mm。
5.2.4 模板定位
水平定位:底部采用统长∠30×3代替钢筋限位,解决模板垂直拼缝凹凸。
垂直定位:6 400 mm高度的模板上口需向混凝土浇捣方向前倾7～10 mm,解决浇捣后的混凝土整体垂直偏差。
5.2.5 多榀三角支架的稳定性加固
三角支架间需用φ48 mm钢管采用扣件形式相互连接成一整体,连杆布置方法为:三角支架外斜面要求连接4道φ48 mm钢管,支架底部最外侧要求连接1道φ48 mm钢管,连接点位置按支架指定点操作。
5.2.6 水平及垂直模板拼缝处理
水平缝:木大模板顶部沿口在混凝土接触面部位加设统长20×30木条,便于后道模板拼制时进行混凝土盖缝处理。垂直缝:除三角支架制模惯用的钢隼固定及矫正外,对大模板拼制形式也由平口改为凹凸口,取得了较好的效果。
6 实施效果
本工程地道侧墙采用墙体单侧模板施工技术(图3),首先,单侧模板支架施工工序简单,有利于结构整体质量控制,工效高,并且提供了较大的施工作业面,为材料堆放和快速周转等提供了有利条件;其次,侧墙无需加设穿墙螺栓,在节约钢材的同时,提高了墙体自身防水效果;再有,单侧模板支撑体系省去一侧模板、外脚手架,模板可重复周转多次使用,大大节省材料,降低了施工成本,并有利于环保。
另外,采用该模板支撑体系,能够减少土方的开挖和回填工作量,并且减小基坑占用面积,尽可能避开了市政管线,节省了对邻近管线的保护费用。
7 结语
本工程两条地道总长1 641 m的结构施工,采用单侧支架制模受力系统取得了成功。在保证工程质量的前提下,还加快了施工速度,其制模工期一般为1.5～2 d(以25 m长度为一单元),普通排架支撑为15～20 d。
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