現(xiàn)澆混凝土梁模架砂槽加載預(yù)壓技術(shù)研究

王 志 強(qiáng)

(中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030006)

現(xiàn)澆混凝土梁模架砂槽加載預(yù)壓技術(shù)研究

王 志 強(qiáng)

(中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030006)

結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)房屋建筑現(xiàn)澆混凝土梁高窄斷面梁體模架預(yù)壓加載困難的難題，進(jìn)行了加載技術(shù)研究，提出了采用砂槽加載的新方法，該方法就地取材，加載卸載方便，施工簡(jiǎn)便快捷，收到了很好的實(shí)用效果。

砂槽，加載，模架，預(yù)壓

1 工程概況

新建蘭新鐵路第二雙線新疆段鄯善北高鐵站站房工程，建筑面積4 998.96 m2，平面尺寸約113 m×28 m，建筑高度16 m，局部地下1層，地上2層，站房中部候車大廳為一層大跨度(27 m)后張預(yù)應(yīng)力有粘結(jié)梁屋面結(jié)構(gòu)體系，梁底凈空高度14.2 m，大梁截面尺寸600 mm×1 600 mm。規(guī)范JGJ/T 194—2009要求高支模模架體系應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)以檢驗(yàn)支架的安全性。但由于梁底較窄，梁身較高，荷載較大，所以采用傳統(tǒng)的堆載方法難以實(shí)施對(duì)梁模支架的預(yù)壓。為解決這個(gè)難題，保證現(xiàn)澆混凝土梁模板鋼管支架預(yù)壓施工加載安全方便可行，進(jìn)行了現(xiàn)澆混凝土梁模架砂槽加載預(yù)壓技術(shù)研究。

2 砂槽加載方案

2.1 砂槽構(gòu)造設(shè)計(jì)

加載砂槽由槽底橫梁、砂槽底板、砂槽端板、砂槽側(cè)板、對(duì)拉螺栓和斜撐等六部分組成。由于預(yù)壓荷載規(guī)定為梁模上荷載的1.1倍，而混凝土容重較砂容重重約1.5倍，為減少模板加工與制作工作量，利用結(jié)構(gòu)側(cè)模，只調(diào)整加載砂槽的槽底寬度。因此采用加大砂槽底板的寬度的做法，擬將砂槽底板寬度加大為梁底寬度的1.65倍。砂槽端板、砂槽側(cè)板用木板或小鋼模拼裝而成。砂槽端板、砂槽側(cè)板的高度根據(jù)預(yù)壓總荷載值、底板寬度和實(shí)測(cè)的砂容重計(jì)算確定。砂槽側(cè)板內(nèi)壁上通常標(biāo)有分級(jí)加載的標(biāo)志線。標(biāo)志線的高度根據(jù)分級(jí)加載值、底板寬度和實(shí)測(cè)的砂容重計(jì)算確定。標(biāo)志線以油漆或拉線的方法明確標(biāo)出。砂槽底板、砂槽端板和砂槽側(cè)板通過(guò)對(duì)拉螺栓和斜撐連接緊固成整體。加載砂槽示意圖見(jiàn)圖1。

2.2 卸料口構(gòu)造設(shè)計(jì)

由于采用散砂加載材料，且受場(chǎng)地限制，散砂卸載有很大困難。砂槽側(cè)板下部按每隔3 m間隔對(duì)稱留置兩塊臨時(shí)用楔塊固定的活板卸料口(10 cm×10 cm)，預(yù)壓施工完成后，敲掉支撐楔塊，利用砂體側(cè)壓力，頂開(kāi)活板，砂槽內(nèi)散砂即通過(guò)卸料口流出。

卸料口構(gòu)造示意圖見(jiàn)圖2。

2.3 荷載計(jì)算

支架預(yù)壓荷載不應(yīng)小于支架承受的混凝土結(jié)構(gòu)荷載與模板重量之和的1.1倍，預(yù)壓荷載采用均布形式。

滿堂支架預(yù)壓荷載=(梁體混凝土重量+梁體鋼筋重量+施工附加荷載)×1.1。

梁體混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值：24 kN/m3。

梁體鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值：1.5 kN/m3。

施工附加荷載：1 kN/m3。

滿堂支架預(yù)壓荷載=(24+1.5+1)×1.1=29.15 kN/m3。

預(yù)壓材料(粗砂)自重取16.5 kN/m3。

梁底寬度為600 mm，為減少模板加工與制作工作量，利用原有側(cè)模(側(cè)模高度1 600 mm)，調(diào)整加載砂槽的槽底寬度，應(yīng)為29.15/16.5×600=1 060 mm，加載砂槽底寬度取值確定為1 100 mm。如此，砂槽加載的高度可以按照側(cè)模高度比例進(jìn)行。

2.4 砂槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用砂槽加載，無(wú)其他附加荷載，只是在原結(jié)構(gòu)荷載上提高10%。砂槽側(cè)模高度不變，側(cè)壓力約為混凝土側(cè)模的70%(16.5/(24+1.5)≈65%)，所以采用混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)模與加固體系設(shè)計(jì)是滿足要求的；砂槽底模擴(kuò)大到1 100 mm，底模壓力約為混凝土結(jié)構(gòu)底模的40%(16.5/1 100÷[(24+1.5)/600)]≈40%)。為了減少模板加工制作工作量，所以采用混凝土結(jié)構(gòu)底模與加固體系設(shè)計(jì)是滿足要求的。

2.5 分級(jí)加載標(biāo)志線高度計(jì)算

在砂槽尺寸確定之后，為了準(zhǔn)確標(biāo)出分級(jí)加載的標(biāo)志線，我們對(duì)預(yù)壓材料(粗砂)自重進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)確定?，F(xiàn)場(chǎng)制作簡(jiǎn)易的測(cè)量砂盒，尺寸為1 m×1 m×0.5 m?，F(xiàn)場(chǎng)稱重，砂盒自重43.2 kg，裝滿砂后稱重807.4 kg，經(jīng)計(jì)算得出粗砂自重為15.3 kN/m3。根據(jù)規(guī)范規(guī)定加載分三級(jí)進(jìn)行，依次為預(yù)壓荷載值的60%，80%和100%。為此，分級(jí)加載標(biāo)志線高度計(jì)算如下：

第一級(jí)加載高度h1:(29.15×0.6×1.6×0.6)/(15.3×1.1×1)=0.998 m。

第二級(jí)加載高度h2：(29.15×0.6×1.6×0.8)/(15.3×1.1×1)=1.33 m。

第三級(jí)加載高度h3:(29.15×0.6×1.6×1.0)/(15.3×1.1×1)=1.663 m。

2.6 沉降觀測(cè)裝置設(shè)計(jì)

沉降測(cè)量定位桿采用鋼管制作，分為架頂和架底兩種。架頂測(cè)量定位桿上焊有一掛鉤，架底測(cè)量定位桿上焊有一短鋼筋。兩種測(cè)量定位桿垂直于梁的縱向軸線安裝，分別用鋼管扣件固定在支架頂部和底部，架頂測(cè)量定位桿的掛鉤向下，架底測(cè)量定位桿的短鋼筋向上，以為測(cè)量設(shè)備提供定位測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量定位架示意圖見(jiàn)圖3。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

預(yù)壓前先在梁底模的支架上部及支架下部安裝測(cè)量定位架。觀測(cè)斷面設(shè)在梁跨的兩端，梁跨的1/4，1/2及3/4處。

觀測(cè)點(diǎn)1和2測(cè)量時(shí)在架頂測(cè)量定位架的掛鉤上懸掛鋼卷尺，鋼卷尺下部離地50 cm，并加5 kg配重使鋼卷尺垂直、穩(wěn)定，便于測(cè)量。觀測(cè)點(diǎn)3和4設(shè)在架底測(cè)量定位架的鋼筋頭上，測(cè)量時(shí)立尺斷面必須水平，以保證測(cè)量的精確度(見(jiàn)圖4，圖5)。

3.2 加載與卸載

支架預(yù)壓加載過(guò)程分為3級(jí)進(jìn)行，依次施加的荷載應(yīng)為預(yù)壓荷載值的60%，80%，100%。加載前在砂槽內(nèi)側(cè)模上用紅油漆標(biāo)注三級(jí)加載高度線，高度線寬1 cm。同時(shí)封堵梁柱、主梁與次梁交接處，使之形成一個(gè)封閉砂槽，并在砂槽兩側(cè)模板下部每隔3 m留置便于拆卸的卸載口，方便加載和卸載施工。

預(yù)壓材料(粗砂)加載時(shí)，使用塔吊配合吊斗將粗砂裝入砂槽內(nèi)，從跨中向梁端對(duì)稱布載。根據(jù)每級(jí)的加載高度線人工用刮板扒平，使粗砂表面與加載高度線下口齊平即可。

每級(jí)加載完成后，應(yīng)停止下一級(jí)加載，并應(yīng)間隔12 h對(duì)支架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)；當(dāng)支架頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)12 h的沉降量平均值均小于2 mm時(shí)，方可進(jìn)行下一級(jí)加載。

卸載采用一次性卸載。卸載時(shí)打開(kāi)砂槽下部的卸載口，使砂從兩側(cè)對(duì)稱、均衡、同步卸出。并用人工將砂槽內(nèi)砂清掃干凈。

3.3 預(yù)壓監(jiān)測(cè)

第一級(jí)加載后，經(jīng)過(guò)24 h監(jiān)測(cè)，第二個(gè)12 h的支架頂部沉降量平均值為1.46 mm，小于2 mm，因此進(jìn)行第二級(jí)加載。第二級(jí)加載后，經(jīng)過(guò)12 h監(jiān)測(cè)，支架頂部沉降量平均值為1.12 mm，小于2 mm，因此進(jìn)行第三級(jí)加載。

三級(jí)加載后24 h實(shí)測(cè)沉降量平均值為2.25 mm，加載48 h實(shí)測(cè)沉降量平均值0.55 mm，可以做出合格判定，但是為保險(xiǎn)起見(jiàn)，繼續(xù)觀測(cè)72 h沉降量平均值為0.8 mm<1 mm，三次沉降量平均值為3.6 mm<5 mm，做出合格判定，同時(shí)卸載。

3.4 沉降量和變形值計(jì)算

1)總沉降量計(jì)算。設(shè)支架頂部和底部各測(cè)點(diǎn)的原始標(biāo)高為h01和h02，支架頂部和底部各測(cè)點(diǎn)的最終標(biāo)高為hj1和hj2。所以，支架總沉降量H=h01-hj1，地基總沉降量H1=h02-hj2。

2)非彈性變形計(jì)算。設(shè)卸載6 h后，架頂各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高為hc1。所以，支架非彈性變形H2=h01-hc1。

3)彈性變形計(jì)算。支架彈性變形H3=H-H2。

3.5 支架調(diào)整

架體預(yù)壓前，支架(底模)按照計(jì)算標(biāo)高調(diào)整，確保支架各桿件均勻受力。預(yù)壓后架體在預(yù)壓荷載作用下基本消除了地基和支架豎向各桿件的間隙即非彈性變形，并通過(guò)預(yù)壓得出支架彈性變形值。根據(jù)實(shí)測(cè)的支架變形值，結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)高，確定和調(diào)整梁底標(biāo)高。經(jīng)過(guò)預(yù)壓的梁底立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高+支架彈性變形值。未經(jīng)預(yù)壓的梁底立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高+支架彈性變形值+非彈性變形值。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 經(jīng)濟(jì)效益顯著

砂槽加載預(yù)壓法與以往的砂袋堆積預(yù)壓和預(yù)制混凝土塊預(yù)壓相比，更節(jié)省時(shí)間，大大提高工程進(jìn)度；不必投入太大的人力、物力、機(jī)械和財(cái)力，即可達(dá)到預(yù)壓的效果，因此可以大大的降低工程成本。與以往砂袋、預(yù)制混凝土塊預(yù)壓方法相比，工期縮短15 d～20 d，節(jié)約材料費(fèi)用30%。

4.2 環(huán)保節(jié)能效益顯著

1)預(yù)壓材料選擇的粗砂，在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量豐富，可以就地取材，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞和污染，預(yù)壓完成后粗砂可在砌筑工程中二次使用，未產(chǎn)生混凝土塊狀廢棄物，減少材料資源消耗，達(dá)到環(huán)保節(jié)材要求。2)預(yù)壓施工中采用耗電量小，噪聲小的機(jī)械設(shè)備，減少能源消耗，達(dá)到環(huán)保節(jié)能要求。

4.3 技術(shù)上有創(chuàng)新

1)現(xiàn)澆混凝土梁模架加載砂槽預(yù)壓技術(shù)創(chuàng)新，該項(xiàng)加載裝置為一首創(chuàng)的新型加載裝置，就地取材，安裝方便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性(2014年已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán))。

2)沉降監(jiān)控技術(shù)創(chuàng)新，采用了沉降測(cè)量定位架和配重懸掛鋼尺相配合的測(cè)量方法，解決了沉降觀測(cè)的難題，保證了測(cè)量的精確度。

3)加載卸載技術(shù)創(chuàng)新。通過(guò)分級(jí)加載標(biāo)志線方法控制各級(jí)荷載，不用每袋(塊)稱量。因此加載速度快，不易出差錯(cuò)且安全可靠。采用活板卸料口(10 cm×10 cm)方法，解決了預(yù)壓施工完成后，砂槽卸載問(wèn)題。方便快捷，又保證了對(duì)稱均勻卸載。

通過(guò)工程實(shí)踐對(duì)采用砂槽加載模架預(yù)壓技術(shù)的研究，解決了高支模架窄高鋼筋混凝土梁預(yù)壓試驗(yàn)加載困難難題，并取得了良好的應(yīng)用效果。砂槽加載預(yù)壓技術(shù)是施工技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)創(chuàng)造性的革新，具有投資少、見(jiàn)效快、環(huán)保節(jié)能節(jié)材、操作簡(jiǎn)便快捷的特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值，值得同類工程借鑒推廣。

[1] JGJ/T 194—2009，鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程[S].

[2] JGJ 130—2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程[S].

[3] JGJ 162—2008，建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

Research on loading and preloading technology of cast-in-place concrete beam and formwork of sand launder

Wang Zhiqiang

(BuildingInstallationEngineeringLimitedCompany,ChinaRailwayThirdGroup,Taiyuan030006,China)

Combining with the engineering practice, this paper researched the loading technology according to difficult loading problems of housing construction cast-in-place concrete beam high narrow beam section frame, put forward using the new method of sand launder loading, the method used local materials, convenient loading and unloading, simple and convenient construction,

good practical effect.

sand launder, loading, mold, preloading

2015-04-24

王志強(qiáng)(1965- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)19-0080-03

TU755

A