側墻支架大模板體系在蓋挖逆作車站的應用

朱 璐 樊辛紀

(長沙市軌道交通集團有限公司，湖南 長沙 410002)

側墻支架大模板體系在蓋挖逆作車站的應用

朱 璐 樊辛紀

(長沙市軌道交通集團有限公司，湖南 長沙 410002)

結合某城市地鐵蓋挖逆作車站工程實例，介紹了側墻支架大模板體系在蓋挖逆作地鐵車站工程中的應用，并利用SAP2000有限元軟件，分析了在頂板和中板限高條件下側墻支架體系的受力特點，通過力學計算，驗證了蓋挖逆作地鐵車站施工中側墻支架大模板的安全性和穩(wěn)定性,為類似工程和現(xiàn)場施工提供理論依據(jù)。

地鐵車站，支架，蓋挖逆作，力學驗算

1 工程概況

某在建地鐵車站位于高架橋正下方，車站承載結構與既有橋樁共建，又與已運用地鐵車站進行十字換乘，相互交錯。車站施工里程為YCK30+819.111～YCK31+016.120，全長197 m，采用蓋挖逆作法施工，地下3層為島式站臺車站，采用地下3層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結構，主體結構由頂板向下依次施作。

地下車站結構分別為站廳層、設備層、站臺層。站廳層凈高4.75 m，設備層凈高6.16 m，站臺層凈高6.90 m、兩端端頭盾構井7.91 m，側墻厚800 mm。由于施工頂板、中板過程中已經(jīng)施工1 m左右高側墻，實際側墻澆筑高度站廳層3.75 m、設備層5.16 m、站臺層5.9 m、盾構井6.91 m。

2 施工重難點

由于該在建車站與既有地鐵車站換乘，又與上部高架橋橋樁共建，交錯復雜，故采用蓋挖逆作施工。在蓋挖逆作車站施工中，主體結構先澆筑上部結構，后澆筑下部結構，使得上下結構之間的節(jié)點鋼筋連接與側墻混凝土接槎。而下部側墻接槎混凝土澆筑后因沉降和收縮在接槎處形成空隙，并在接縫表面產(chǎn)生析水或凝聚氣泡，容易產(chǎn)生結構和防水上的缺陷。如何使側墻接頭處下部后澆混凝土與上部先澆混凝土連接良好，并達到整體結構性、勻質性和水密性要求是本工程重難點之一。

3 側墻支撐大模板體系方案

側墻支架大模板體系在蓋挖逆作車站中的應用能有效解決側墻澆筑時產(chǎn)生的結構接縫缺陷，同時保障側墻整體的結構性和均勻性。該模板支撐體系由拼裝式大鋼板和三角鋼支架組合而成。

3.1 模板選型

由于施作頂板、中板過程中已經(jīng)完成1 m左右高的側墻施工，實際側墻澆筑高度為站廳層3.75 m、設備層5.16 m、站臺層5.9 m、盾構井6.91 m。

側墻模板采用以三角鋼支架為主要受力體系的組合復合材料模板。側墻模板使用面板厚80 mm的60 cm×180 cm復合材料建筑模板；立模時預留澆筑混凝土孔洞@3 m×2 m，橫向背楞間距300 mm，采用70 mm×70 mm方木，支撐采用帶行走輪的三角鋼支架。

3.2 支架組成

單側墻體模板支架由架體部分和埋件系統(tǒng)部分組成，見圖1。架體部分包括側墻模板、單側支架、水平背楞。埋件錨固包括：地腳螺栓、內連桿、連接螺母、外連桿、墊片、外螺母和雙槽鋼壓梁。

3.3 模板配備

模板配備要求見表1。

表1 模板配備要求

4 側墻支架荷載分析及驗算

拼裝好單元模板及架體后,采用三角鋼支架進行支模處理。由于受到上部已澆筑頂部或中板的限制，混凝土澆筑受力主要由復合材料模板和三角鋼支架承擔，側墻與上頂板、中板之間的接槎質量由模板支架的受力特點決定，側墻支架支模穩(wěn)定性也需要驗算，以站臺層側墻為算例。

4.1 側墻模板基本尺寸

側墻澆筑高度6 910 mm，模板采用易安特復合材料模板。橫向背楞間距300 mm，采用70 mm×70 mm方木，模板面板厚度6.0 mm。70 mm×70 mm方木抗彎強度15 N/mm2，彈性模量9 000 N/mm2，側墻支架大模板體系如圖2所示。

4.2 側墻模板穩(wěn)定性驗算及力學分析

強度驗算須考慮澆筑混凝土側壓力和傾倒沖擊荷載標準值；撓度驗算只考慮新澆混凝土側壓力產(chǎn)生荷載標準值。澆筑時，新澆混凝土作用于模板側模壓力最大。側壓力值取式(1)，式(2)中較小值[2]:

F=0.22γct0β1β2V1/2

(1)

F=γcH

(2)

其中，F(xiàn)為模板的最大側壓,kN/m3；γc為新澆混凝土重度，kN/m3；t0為初凝時間，h，當缺乏試驗資料時，可采用：t0=200/(T+15)(T為混凝土的溫度,℃)；β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻時取1.0，摻外加劑時，取1.2；β2為坍落度影響修正系數(shù)；V為混凝土的澆筑速度；H為混凝土側壓力計算位置至新澆筑混凝土頂面時的高度,m。

根據(jù)現(xiàn)場情況得混凝土的側壓力為：

F=25×6.9=172.5 kN/m2。

依據(jù)計算結果，取較小者，得：

F=53.12 kN/m2。

混凝土有效壓頭高度：

h=F/γc=53.12/25=2.1 m。

考慮設計澆筑混凝土產(chǎn)生的水平荷載標準值為4 kN/m2。設計組合荷載為支架和模板的荷載組合按照《建筑施工計算手冊》[3]的方法計算，見表2。

計算得出組合荷載為：

F1=53.12×1.2+4×1.4=69.34 kN/m2。

4.2.1 側墻模板驗算

主楞采用70 mm×70 mm方木，豎向間距300 mm,側墻模板按多跨連續(xù)梁計算，面板計算寬度取內楞間距L=0.3 m，化為線均布荷載：

q1=LF1=0.3×69.34=20.80 kN/m。

q2=LF2=0.3×63.74=19.12 kN/m。

從《建筑模板施工安全技術規(guī)范》[2]中得到對應的截面慣性矩I和截面抵抗矩W：

慣性矩為：I=240.06×104mm4。

抵抗矩為：W=37.61×103mm3。

1)驗算抗彎強度：

M=0.1q1L2=0.187×106N·mm。

2)驗算撓度：

ω=0.08 mm<[ω]=300/400=0.75 mm。

對水平主楞進行抗彎強度和撓度驗算可知，側墻模板主楞在該荷載條件下滿足規(guī)范和設計要求。

4.2.2 次楞驗算

次楞采用70 mm×70 mm方木，背楞間距300 mm，跨度600 mm。

截面慣性矩：

I=bh3/12=2 000 833.3 mm4。

截面抵抗矩：

W=bh2/6=57 166.6 mm3。

E=9.0×103N/mm2。

1)驗算抗彎強度。

次楞按三跨連續(xù)梁計算得：

M=0.1q1L2=0.749×106N·m。

2)驗算撓度。

對次楞進行抗彎強度和撓度驗算可知，次楞在該荷載條件下滿足規(guī)范和設計要求。

4.2.3 單側支架驗算

單側支架承受的荷載主要為側壓力，取混凝土最大澆筑高度為6.91 m，側壓力取為F=53.12 kN/m2，有效壓頭高度h=2.1 m。

1)支架受力分析。單側支架按間距600 mm布置,設計荷載為：

q=69.34×0.6=41.60 kN/m。

采用SAP2000對單側支架進行受力分析,見圖3。

對側墻三角鋼支架進行力學分析，得到如表3所示結果，1～15為桿件編號。

表3 側墻三角鋼支架內力計算表

可將側墻三角鋼支架作為平面桁架處理，2號桿軸力為-321.9 kN，為上弦桿受壓，1號、3號軸力分別為272.0 kN和280.9 kN，為下弦桿受拉，由此形成的力偶來平衡外部荷載產(chǎn)生的彎矩，外荷載所產(chǎn)生的剪力則由腹桿承受，使得材料力學性能得到充分發(fā)揮。三角鋼支架最大力接近于支撐點部分，此處弦桿的能力被完全利用。由于平面桁架的側向剛度較小，除需要設置支撐外，受壓構件還需要滿足穩(wěn)定性要求[4]。

2)驗算受壓構件穩(wěn)定性見表4。

表4 受壓構件穩(wěn)定性計算分析

比較3號鋼b類截面穩(wěn)定系數(shù)表，壓桿穩(wěn)定性均滿足要求。對桿件進行強度驗算：

1號桿件最大剪應力：

2號～7號桿件最大剪應力：

8號～15號桿件最大剪應力：τ=0，各桿件剪應力均小于強度設計值f=125 N/mm2，故滿足強度要求。

桿件受彎最大應力：

3號～7號桿件受彎最大應力：

8號～15號桿件受彎最大應力：σ=0。

各桿件應力均小于強度設計值f=205 N/mm2，故滿足要求。

4.2.4 支架埋件的驗算

埋件反力見圖4。

支點1：

Rx=251.7 kN。

Ry=-249.92 kN。

支點2：

Rx=0 kN。

Ry=259.77 kN。

單側支架按間距800 mm布置，根據(jù)平衡方程得：

F總與地面角度為：α=45.20°,埋件間距300mm,所以600mm內共有2個埋件承擔合力。

其中，單個埋件最大拉力為：

F=354.7×0.5=177.35kN。

1)埋件強度驗算。埋件采用d=25mm的螺紋鋼，最小有效截面面積為A=3.14×102mm2。軸心拉應力強度為：

2)埋件錨固驗算。對于彎鉤螺栓，其錨固強度計算只考慮螺栓與混凝土粘結力作用即可。錨固強度計算為：

F錨=πdhτb=186.83 kN>177.30 kN。

其中，F(xiàn)錨為錨固力，N；d為地腳螺栓直徑,mm；h為地腳螺栓錨固深度,mm；τb為錨固粘結強度，N/mm2。

經(jīng)計算可知支架埋件的強度和錨固強度均滿足設計和規(guī)范要求。

5 結語

本文以某城市地鐵蓋挖逆作車站為工程背景，詳細介紹了側墻支架大模板體系在蓋挖逆作車站工程中的應用，通過有限元計算得到在頂板和中板限制的條件下側墻支架體系的受力特點，驗證了側墻支架大模板體系在蓋挖逆作車站應用的安全性和穩(wěn)定性，為類似工程和現(xiàn)場施工提供了理論指導依據(jù)。1)側墻支架可作為平面桁架處理，斜桿為上弦桿受壓，側模和底模桿件為下弦桿受拉，外部荷載產(chǎn)生的彎矩由其形成力偶來平衡，外荷載所產(chǎn)生的剪力則由腹桿承受，三角鋼支架最大力接近于支撐點部分，故需要做錨固處理，此處桿件的能力才可被完全利用。2)新澆混凝土會對正截面的側模產(chǎn)生不平衡力，豎向和水平施加均會產(chǎn)生相應軸力，在實際施工中水平桿、垂直桿和斜桿共同受力，確保側墻模板壓實與平衡。

[1] GB 50204—2015，混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].

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

[3] 江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013:56-60.

[4] ACI 347—04，Guide to Formwork for Concrete[S].

[5] 陳立錦.單側模板支撐體系在地鐵明挖車站施工中的應用[J].建筑技術，2009,40(11)：266-268.

[6] 梁曉亮,陳 杰.高大模板施工技術在地鐵車站主體結構施工中的應用[J].建材與裝飾，2015(11):266-268.

[7] 劉玉濤，黃 堅.新澆混凝土對傾斜模板側壓力及支架受力分析[J].施工技術，2012,42(366):85-87.

[8] 蘇 潔，張頂立，高自友，等.蓋挖逆作法施工地鐵車站結構變形及其控制[J].中國鐵道科學,2010，31(1):60-65.

The application of side wall support large formwork system in cover and excavation top-down station

Zhu Lu Fan Xinji

(ChangshaRailTransitGroupLimitedCompany,Changsha410002,China)

Combining with the cover and excavation top-down station engineering examples of a city subway, this paper introduced the application of side wall support large formwork system in cover and excavation top-down station, and using the SAP2000 finite element software, analyzed the loading features of side wall support system under the condition of top plate and medium plate high limit, through the mechanical calculation, verified the safety and stability of side wall support large formwork in cover and excavation top-down subway station construction, provided theoretical basis for similar engineering and site construction.

metro station, support, cover and excavation top-down, mechanical checking

1009-6825(2017)03-0098-03

2016-11-04

朱 璐(1989- )，女，助理工程師； 樊辛紀(1986- )，男，工程師

TU755.2

A