定型鋼模施工的內(nèi)襯疊合墻成墻質(zhì)量探究

方衛(wèi)

（上海滬申高速公路建設(shè)發(fā)展有限公司，上海市 200063）

0 引言

本文以上海某大型越江隧道工程岸邊段基坑工程為例，該項目由工作井、設(shè)備段、暗埋段和敞開段組成，共分23個節(jié)段。車道層內(nèi)襯墻及中隔墻采用定型鋼模板施工；工作井、設(shè)備段、暗埋段圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻；敞開段采用SMW工法樁；地下連續(xù)墻區(qū)域整體結(jié)構(gòu)形式采用圍護墻與內(nèi)襯墻疊合形式組成永久結(jié)構(gòu)。本文主要通過對定型鋼模的可靠性分析、內(nèi)襯墻體的質(zhì)量分析及其疊合墻變形、受力情況分析，評價定型鋼模使用的有效性及成墻的質(zhì)量可靠性，為后續(xù)類似工程的實施提供借鑒經(jīng)驗。

1 定型鋼模的可靠性分析

根據(jù)案例工程的施工特點，定型鋼模板面板由單塊模板組合而成，每塊模板采用寬2.5 m、高1.04 m的長方形鋼結(jié)構(gòu)。面板厚度為6 mm，背部用6號槽鋼加強。四邊設(shè)計小模板之間連接的卡爪結(jié)構(gòu)，四個角上設(shè)計與模板支架連接的板。整套模板構(gòu)件包括三角支撐架、抱箍及面板扣件等。模板的穩(wěn)定性支護系統(tǒng)如圖1～圖4所示。

圖1 上約束系統(tǒng)

圖2 中約束系統(tǒng)

圖3 下約束系統(tǒng)

在最不利工況下，模擬模板組7 m高混凝土側(cè)墻澆筑工況，以兩組共14塊單元模板體來模擬分析，驗證兩組模板組之間連接的應(yīng)力應(yīng)變模型分析時采用對稱約束，對支撐桿底部進行鉸鏈固定約束。在面板表面施加壓力載荷，其受力簡圖如圖5所示。

圖4 三角架支撐系統(tǒng)

圖5 模板受力簡圖

采用模型前處理軟件Hyperworks及計算軟件Nastran對定型鋼模進行有限元分析計算。7 m高側(cè)墻設(shè)計為兩道支撐，每組每道四片，模板組右側(cè)的變形為12.4 mm，左側(cè)變形為5.6 mm。這是由于模板組第一組的端面沒有任何約束，第二組和第一組連接，右側(cè)的變形大于左側(cè)，左側(cè)的位移會受到右側(cè)的影響，所以選取第二組和第三組的連接段模擬分析，其結(jié)果能反映真實狀態(tài)。在施工過程中，在邊緣一組模板上增加兩片支撐，以滿足抗變形要求。圖6是第二組和第三組模板連接的應(yīng)變計算結(jié)果，可以看出模板的最大位移量為2.386 mm，滿足施工要求。模擬分析如圖6所示。

通過對定型模板的模擬計算，在做出局部改進措施后，各項變形指標(biāo)均能滿足模板變形控制要求，定型鋼?？捎行褂谩?/p>

圖6 第二組模板面應(yīng)變圖

2 成墻質(zhì)量分析

內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)采用C35抗?jié)B等級P8、P10混凝土，混凝土的配合比在室內(nèi)試驗經(jīng)試配后各項指標(biāo)滿足施工要求。為確保疊合墻質(zhì)量，必須對圍護接觸面進行清理、鑿毛，使內(nèi)襯墻與圍護墻緊密結(jié)合。內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)分節(jié)段分段澆筑，混凝土的澆筑滿足施工方案要求。拆模后的內(nèi)襯墻體采用掛布灑水養(yǎng)護，施工過程中照片如圖7、圖8所示。

圖7 鋼模拼裝完成

圖8 掛布養(yǎng)護

成墻質(zhì)量的檢驗主要通過肉眼觀察及輔以相關(guān)測量設(shè)備。經(jīng)現(xiàn)場實測實量，各節(jié)段墻面尺寸符合設(shè)計要求，平整度最大為3 mm/2 m，垂直度最大為5 mm/5.20 m，保護層厚度為40 mm，均符合規(guī)范、設(shè)計要求。內(nèi)襯墻的整體成墻質(zhì)量雖滿足設(shè)計要求，但仍可見局部病害情況，主要表現(xiàn)為局部細(xì)微裂縫、表面局部氣孔。表觀質(zhì)量檢測及典型的病害照片分別如圖9、圖10所示。

圖9 垂直度、平整度檢測

圖10 典型病害照片（氣孔及細(xì)微裂縫）

通過對部分墻體典型質(zhì)量病害的觀察，內(nèi)襯墻上裂縫多表現(xiàn)為豎向裂縫，裂縫寬度多小于0.2 mm，未見滲漏跡象，以表觀性裂縫居多；裂縫產(chǎn)生的時間段主要出現(xiàn)在拆模后7 d以內(nèi)。從裂縫分布的空間位置來看，主要處在單次澆筑墻面的中下部區(qū)域，該區(qū)域也是局部氣泡明顯區(qū)域。為有效分析內(nèi)襯墻體局部病害產(chǎn)生的原因，對內(nèi)襯墻體澆筑過程中混凝土溫度進行了跟蹤監(jiān)測。選取兩處代表性澆筑節(jié)段分不同深度測量混凝土在澆筑完成后的溫度變化情況，根據(jù)測量結(jié)果繪制溫度變化時程曲線（見圖11）。

圖11 混凝土溫度變化圖

從內(nèi)襯墻體內(nèi)混凝土溫度變化曲線來看，在澆筑面的中下部溫度相對較高，上部區(qū)域溫度相對較低；混凝土在終凝時間附近內(nèi)部溫度達(dá)到最大值，隨后溫度開始逐步下降，澆筑完成10 d左右墻體內(nèi)部溫度趨于穩(wěn)定。從該案例項目內(nèi)襯墻體觀察及測量結(jié)果綜合來看，對墻體的局部病害原因大致可得出以下幾點結(jié)論：

（1）內(nèi)襯墻體混凝土強度達(dá)到設(shè)計要求后，裂縫未見發(fā)育，可見表觀性裂縫多為靜止裂縫。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)表面在模板拆除后，直接與空氣接觸，若養(yǎng)護不及時，容易造成混凝土表面快速失水，尤其夏天鋼模板在陽光直曬下溫度可超50℃，在拆除模板后表面溫度較高，很容易產(chǎn)生表觀收縮裂縫。

（3）混凝土在凝固過程中產(chǎn)生的水化熱較高，當(dāng)表面溫度與內(nèi)部溫度差異較大時，溫度差異引起溫度應(yīng)力，容易造成結(jié)構(gòu)裂縫。

（4）定型鋼模相對傳統(tǒng)木模板密封性更好，振搗過程中氣泡不易排除，容易造成混凝土表觀產(chǎn)生氣孔現(xiàn)象。

根據(jù)內(nèi)襯墻成墻過程中容易產(chǎn)生病害的原因，采取了部分改進措施，進一步降低內(nèi)襯墻病害的產(chǎn)生。采取的主要措施有：

（1）混凝土澆筑前根據(jù)地連墻的監(jiān)測成果判斷其穩(wěn)定性，以保證疊合墻施工完成后整體變形一致，以防止疊合間差異沉降引起的貫通裂縫。

（2）若在夏季溫度較高時拆除模板，需及時灑水養(yǎng)護；冬季溫度較低時可進行覆膜養(yǎng)護，減小混凝土內(nèi)外溫差。

（3）在混凝土制作過程中，根據(jù)室內(nèi)試驗參數(shù)，根據(jù)季節(jié)、天氣、溫度的變化，微調(diào)外加劑的摻合比，以延緩或加快混凝土的凝固時間。

（4）加強混凝土澆筑過程中的振搗作業(yè)，減少墻體混凝土氣孔現(xiàn)象。

通過一系列的改進措施，內(nèi)襯墻的表觀質(zhì)量整體明顯改善，表觀性病害出現(xiàn)的機率大幅降低。

3 疊合墻體變形和受力

3.1 深層水平位移

疊合墻的深層水平位移主要針對地下連續(xù)墻體的測量，通過預(yù)先埋入墻體內(nèi)的測斜管，采用滑輪式測斜儀每隔50 cm距離測取一段數(shù)據(jù)，最終形成連續(xù)的墻體變形數(shù)據(jù)。以PD03段墻體深層水平位移變形數(shù)據(jù)為例，選取代表性測點統(tǒng)計關(guān)鍵工況下的累計水平位移變形曲線（見圖12）。

從圖中可以看出：地連墻的變形階段主要處于基坑開挖階段，最大變形數(shù)值處于底板以下2 m深度范圍；支撐拆除期間，墻體小幅向坑內(nèi)位移；結(jié)構(gòu)施工期間墻體整體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。地連墻前期的變形主要靠自身強度抵制外部土壓力，隨著內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)施工的進行，內(nèi)襯墻與地連墻逐步疊合，形成整體結(jié)構(gòu)。從內(nèi)襯墻施工工況來看，結(jié)構(gòu)施工期間地連墻變形已趨穩(wěn)定，從而保證了內(nèi)襯墻施工期間的整體穩(wěn)定性，為疊合墻的整體質(zhì)量起到了較好的保護作用。

圖12 墻體深層水平位移累計曲線

3.2 墻體鋼筋應(yīng)力、應(yīng)變

疊合墻的應(yīng)力、應(yīng)變情況是評價墻體安全性的重要參考資料，有效的應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)控數(shù)據(jù)將是技術(shù)人員判斷墻體穩(wěn)定性的重要參考依據(jù)。在具有代表性的節(jié)段選取地連墻、內(nèi)襯墻受力變形較大位置預(yù)埋相應(yīng)監(jiān)測傳感器，在左右兩側(cè)墻體對稱面上各平行布設(shè)四組測點。統(tǒng)計各監(jiān)測點在不同工況下的受力數(shù)據(jù)見表1。

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)及結(jié)合日常監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合看，地下連續(xù)墻鋼筋受力受坑內(nèi)土方開挖影響較明顯，隨著開挖深度的增加，地墻最大受力部位逐漸下移，在加固區(qū)深度附近達(dá)到最大值。內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)施工期間根據(jù)施工進度埋設(shè)相應(yīng)測點，從最終變形數(shù)值來看，內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)鋼筋應(yīng)力變化數(shù)值相對較小，未呈現(xiàn)明顯的受力趨勢?？傮w來看，疊合墻的應(yīng)力、應(yīng)變呈現(xiàn)以下特征：

（1）圍護結(jié)構(gòu)疊合墻的坑外土壓力主要受地下連續(xù)墻的克服，地下連續(xù)墻在開挖期間的整體變形抵御了坑外絕大多數(shù)的土壓力。

（2）疊合墻形成后，地墻與內(nèi)襯墻整體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，墻體應(yīng)力未產(chǎn)生明顯改變。

（3）疊合墻的整體剛度較高，內(nèi)襯墻與地連墻接合面上未出現(xiàn)應(yīng)變異常，可間接推斷疊合墻體的整體結(jié)構(gòu)性較好。

表1 疊合墻應(yīng)力、應(yīng)變統(tǒng)計表

4 結(jié) 語

從該案例工程的實用情況來看定型鋼模的使用，其成墻質(zhì)量相對傳統(tǒng)人工現(xiàn)場鋪設(shè)模板的墻體質(zhì)量明顯提高，同時為項目節(jié)省施工周期及投入成本（綜合利用成本）創(chuàng)造了有利條件。定型鋼模施工下的內(nèi)襯墻表觀質(zhì)量經(jīng)過施工過程中的細(xì)微改進，可使清水混凝土墻面保持較好的外觀。通過對疊合墻應(yīng)力、變形的有效監(jiān)測，也體現(xiàn)出疊合墻的抗變形能力、整體穩(wěn)定性較好，為后期結(jié)構(gòu)長期運營提供了保障。綜合來看，采用定型模板施工的疊合墻實用性較好，在有條件的市政工程中運用將產(chǎn)生良好的社會及經(jīng)濟效益。