帶支撐工況下的超高單側(cè)支模技術(shù)研究

喬扣成

(中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司總承包分公司，江蘇 蘇州215000)

0 引言

隨著城市土地資源的匱乏， 地下室外墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的距離越來越近， 給模板的加固帶來了困難。墻板混凝土澆筑過程中易產(chǎn)生跑模、 漲模現(xiàn)象，因而工具式單側(cè)支模架應(yīng)運(yùn)而生，其具有構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、周轉(zhuǎn)性強(qiáng)、受力合理、澆筑成型佳、澆筑后墻體防水性能好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在地下室外墻、地鐵、污水廠等對防水要求高的地下構(gòu)筑物中。本文以蘇州污水廠帶支撐工況下的超高單側(cè)支模為例，分析了單側(cè)支模體系在復(fù)雜工況下的適用性。

1 工程概況

蘇州高新區(qū)污水廠遷建項(xiàng)目位于蘇州高新區(qū)在建軌道5 號(hào)線索山橋站～雙橋站區(qū)間隧道南側(cè)，項(xiàng)目為盛水構(gòu)筑物，抗?jié)B等級高，屬于新型城市花園背景下的全埋式污水廠。項(xiàng)目地下2 層，地下最大層高10.5 m，基坑支護(hù)采用1 000 mm 厚地下連續(xù)墻+4 道混凝土支撐，基坑最大開挖深度15.8 m。地下外墻最大厚度為1 100 mm， 結(jié)構(gòu)外墻與圍護(hù)地下連續(xù)墻密貼無肥槽。

基坑由3 排灌注樁分為A-D 4 個(gè)小坑， 遵循時(shí)空效應(yīng)，結(jié)構(gòu)跳倉分坑施工，BD 區(qū)先行施工。

地下室層高高，一二道圍護(hù)混凝土支撐位于負(fù)一層，三四道支撐位于負(fù)二層。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合現(xiàn)場情況，基坑支撐拆除工況調(diào)整為：底板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)拆除第四道支撐，中板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)拆除二、一道支撐，頂板完成后拆除第三道支撐。由于拆撐工況的特殊性，負(fù)二層結(jié)構(gòu)施工為帶撐工況下作業(yè)。

由于地下室外墻均與圍護(hù)結(jié)構(gòu)密貼，外墻只能采用單側(cè)模板支撐，單側(cè)支模面積約8 000 m2。

2 單面支模方案的選擇

常規(guī)單側(cè)支模體系分為兩類。一種是以拉結(jié)為主、鋼管斜撐為輔的傳統(tǒng)單側(cè)支模體系。該體系由對拉螺桿、地錨斜撐組成，通過在圍護(hù)豎向結(jié)構(gòu)上植入或焊接對拉螺桿形成拉結(jié)，在底板混凝土澆筑時(shí)預(yù)埋鋼筋形成地錨， 斜撐鋼管一端與地錨固定，另一端通過可調(diào)頂托與模板主龍骨回頂[1]，具體做法如圖1 所示。

另外一種支模體系則是由槽鋼組成的三角桁架支架系統(tǒng)、埋件系統(tǒng)、模板系統(tǒng)組成。該體系的工作原理為：隨墻板混凝土澆筑，對模板產(chǎn)生側(cè)向壓力，壓力傳遞至桁架的外側(cè)支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)的反力抵消混凝土澆筑過程中的側(cè)壓力， 從而達(dá)到側(cè)模支撐的效果。具體做法如圖2 所示。

圖1 拉結(jié)式單側(cè)支模系統(tǒng)

圖2 工具式單側(cè)支模架系統(tǒng)

與傳統(tǒng)植筋拉結(jié)做法相比， 采用工具式單側(cè)支模架具有滲漏風(fēng)險(xiǎn)小、成形質(zhì)量好、施工方便、節(jié)約成本等特點(diǎn)。但采用工具式單側(cè)支模架體系施工時(shí)，模板僅封閉至樓面下口，墻板與樓面分兩次澆筑， 造成了施工周期延長， 增加了施工流水段，同時(shí)增加了水平施工縫的留設(shè)。

由于該項(xiàng)目外墻厚、澆筑高度大，綜合考慮工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，降低后期結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險(xiǎn)，外墻支模選用工具式單側(cè)支模系統(tǒng)。

3 工具式單側(cè)支模架的實(shí)施

工程基坑周長587 m，分為四個(gè)功能區(qū)，結(jié)構(gòu)形式各不相同，其中實(shí)施難度最大的為B、C 坑的雙層沉淀池及生物反應(yīng)池， 該部分負(fù)二層層高10.8 m，負(fù)二層結(jié)構(gòu)施工時(shí)為帶支撐工作， 同時(shí)由于負(fù)二層豎向構(gòu)件較多，給施工帶來較大困難。

根據(jù)設(shè)計(jì)工況及單側(cè)支模體系的運(yùn)行， 負(fù)二層墻板施工分為三部分，如圖3 所示。

第一部分為臨時(shí)圍檁兼做永久墻板部分。該部分墻板在第三道支撐施工時(shí)澆筑， 在第三道支撐拆除前作為水平支撐圍檁的一部分，第三道支撐拆除時(shí)切除圍檁多余部分，剩余部分作為地下室墻板的一部分。在隨圍檁施工時(shí)應(yīng)預(yù)留墻板的豎向插筋，以及下部墻板混凝土的澆筑孔[2]，具體做法如圖4 所示。

圖3 負(fù)二層外墻分區(qū)示意

圖4 第三道圍檁優(yōu)化節(jié)點(diǎn)

第二部分為底板施工縫至第三道圍檁下口區(qū)域，該部分墻板高度5.35 m，一次澆筑完成，從三道支撐圍檁上方預(yù)留的澆筑孔澆筑。

第三部分為第三道圍檁上口至中板下方施工縫區(qū)域，該部分墻板澆筑高度2.3 m。

采用工具式支模架的墻體主要為區(qū)域二、三部分。

3.1 工具式單側(cè)支模架的規(guī)格

單側(cè)支模架模板體系選用18 mm 厚WISA板，豎肋采用200 mm×80 mm×40 mm 木工字梁，背楞采用雙拼12#槽鋼，背楞通過連接爪與木工字梁連接。支架體系由埋件系統(tǒng)和支撐架體組成，埋件系統(tǒng)主要為地腳螺栓，支撐架體則是由10#、14#槽鋼和連接件組成的三角桁架片。

3.2 單側(cè)支模的現(xiàn)場實(shí)施

3.2.1 底板至三道圍檁下方單側(cè)支模

地下室外墻第一次單側(cè)支模范圍為：底板至三道圍檁下方外墻， 即區(qū)域二， 施工范圍從-12.4～-7.15 m 標(biāo)高，澆筑高度為5.25 m。該區(qū)域施工的前置條件為第三道圍檁按優(yōu)化節(jié)點(diǎn)施工完成，底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，第四道混凝土支撐拆除完成。

由于底板及三道圍檁均已預(yù)留墻板豎向鋼筋，因此主筋連接采用I 級正反絲扣型鋼筋接頭連接，類似分倉施工中隔墻兩側(cè)鋼筋連接。墻板鋼筋連接過程中鋼筋長度的控制是實(shí)施的重難點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量長度進(jìn)行鋼筋翻樣、加工絲牙。墻板鋼筋綁扎完成后預(yù)埋預(yù)備注漿系統(tǒng)，防止混凝土收縮后施工縫部位發(fā)生滲漏。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 地下室墻體根部設(shè)有300 mm高加腋，因此導(dǎo)墻高度為600 mm，隨底板澆筑，地腳螺栓采用直徑25 mm 二級螺紋鋼，間距300 mm，底板澆筑前預(yù)埋，并做好絲牙的保護(hù)措施，避免澆筑時(shí)混凝土附著在絲牙上，影響后續(xù)施工。

根據(jù)澆筑高度，模板單元尺寸為2.4 m×5.4 m，木工字梁采用2.85 m+1.5 m+1.0 m 分段接長，三角支架高1.6 m（加高節(jié)）+3.6 m（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)）+0.5 m（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)）=5.7 m，每塊模板單元配3 榀支架。

由于墻體厚度為1.1 m，澆筑高度5.25 m，因此需對支撐架體的力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算簡圖如圖5所示。根據(jù)混凝土坍落度、澆筑速度及初凝時(shí)間計(jì)算出混凝土對模板的側(cè)壓力為F=59.78 kN/m2， 相鄰支架間距為0.8 m， 折算到支架上的線荷載為59.78×0.8=47.82 kN/m， 采用3D3S 建模對架體進(jìn)行受力分析，根據(jù)驗(yàn)算，桿件應(yīng)力分布如圖6 所示，最大軸力186.2 kN，最大應(yīng)力比0.635，各桿件受力滿足要求。

受棧橋板及支撐影響，外墻單側(cè)支模屬于在半封閉式深基坑內(nèi)作業(yè)，為提高工作效率，模板體系及支架體系均在棧橋板上按單元拼裝，通過位于基坑內(nèi)的塔式起重機(jī)將模板、支架單元吊入基坑內(nèi)，通過叉車進(jìn)行短駁[3]。通過叉車將模板單元短駁至既定位置，相鄰單元采用芯帶連接，并臨時(shí)固定，依次安裝支撐架體，架體通過鋼管連接形成穩(wěn)定的整體，如圖7 所示。

該區(qū)域墻板混凝土通過圍檁上方預(yù)留的Φ180 mm@2 000 mm 澆筑孔進(jìn)行澆筑、振搗。澆筑時(shí)應(yīng)控制澆筑速度，充分振搗，避免墻板空洞，造成后期滲漏。

圖5 三角支撐桁架內(nèi)力計(jì)算

圖6 三角支撐桁架應(yīng)力分布

圖7 三道支撐以下單側(cè)支模示意

3.2.2 三道圍檁以上單側(cè)支模

受第三道支撐的限制，三道圍檁以上的負(fù)二層墻板在支模時(shí)，成品單側(cè)支架需在第三道支撐上進(jìn)行搭設(shè)。由于第三道支撐由3 道南北向?qū)巍? 道東西向?qū)我约敖菗谓M成，因此部分單側(cè)支模架的尾部位于三道支撐上， 大量支撐架的尾架懸空，無支撐點(diǎn)，具體位置如圖8 所示。該段范圍的單側(cè)支模的重難點(diǎn)是尾架支撐點(diǎn)的設(shè)置。

圖8 支撐架與圍護(hù)支撐的相對關(guān)系平面

尾撐騰空時(shí)，常規(guī)做法是采用混凝土塊、鋼馬凳等將尾撐區(qū)域可調(diào)底托墊高。但該段范圍外墻澆筑時(shí)，尾撐支撐點(diǎn)距離底板高度達(dá)6.3 m，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)及現(xiàn)場實(shí)際情況， 采用鋼管扣件式支撐架作為尾撐支撐架， 鋼管扣架式支撐架具有操作靈活、整體性強(qiáng)等特點(diǎn)，滿足尾架承載力要求，具體搭設(shè)如圖9 所示。

圖9 三道圍檁以上單側(cè)支模搭設(shè)示意

該段外墻澆筑高度2.3 m， 根據(jù)三道圍檁節(jié)點(diǎn)，根部300 mm 高導(dǎo)墻隨三道圍檁一并澆筑。該段單側(cè)支模體系木工字梁采用單根3.0 m，三角支架3.6 m（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)）支撐架。

單側(cè)支模體系安裝前完成下方鋼管支撐架的搭設(shè)，立桿搭設(shè)間距800 mm×800 mm，步距1 500 mm，架體搭設(shè)高度6.3 m， 為滿足架體高寬比要求，支撐架體橫向搭設(shè)三跨（0.8 m×3 m）。在三腳架架尾區(qū)域采用雙立桿，頂部安裝可調(diào)頂托，頂托內(nèi)擱置雙拼10# 槽鋼作為擱置主梁，由于設(shè)置雙立桿、雙頂托，因此每根頂托內(nèi)各擱置一個(gè)槽鋼，主梁上方設(shè)置雙拼10# 槽鋼聯(lián)系梁作為三角支架尾部可調(diào)底托的支架。在安裝單側(cè)支模架前通過放置在尾撐鋼管支撐架上的可調(diào)頂托調(diào)整擱置主梁的水平，便于后期三角支撐架可調(diào)底托的安裝調(diào)節(jié)。

3.3 單側(cè)支模的周轉(zhuǎn)

根據(jù)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)形式、 中隔墻位置及成品單側(cè)支模體系的尺寸， 單側(cè)支模架的平面布置如圖10 所示。

現(xiàn)場實(shí)施過程中先行施工雙層沉淀池內(nèi)外墻，然后通過塔吊、叉車駁運(yùn)至粗細(xì)格柵及旋流沉淀池進(jìn)行外墻施工，負(fù)一層外墻施工完成后，再進(jìn)行河泥脫水及料倉、生物反應(yīng)池外墻施工。考慮施工工況及流水施工， 每榀單側(cè)支模架的周轉(zhuǎn)達(dá)到18 次，由于模板選用高品質(zhì)WISA 板，整個(gè)周轉(zhuǎn)過程中無須更換模板，避免了板材的損耗，降低了施工成本。

圖10 成品單側(cè)支模架平面布置

4 結(jié)語

以蘇州新區(qū)污水廠項(xiàng)目為例，對特殊工況下的超高單側(cè)支模施工技術(shù)進(jìn)行研究，通過分解墻板豎向施工段，解決了10.5 m 高、1.1 m 厚的超高、超厚地下室外墻混凝土澆筑?；炷翝仓瓿珊?，混凝土內(nèi)堅(jiān)外美、觀感質(zhì)量良好，無滲漏點(diǎn)。

同時(shí)，在三道圍檁上方的墻板支模時(shí)，就地取材，采用現(xiàn)場最常見的鋼管、扣件、可調(diào)頂托作為尾架支撐架，安全可靠，既保證架體的承載力需求又可兼做施工平臺(tái)，獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

由于工程地下2 層，且分為4 個(gè)小坑進(jìn)行分坑施工， 因此可大大減少成品單側(cè)支模架的進(jìn)場數(shù)量，充分發(fā)揮其周轉(zhuǎn)效率高的特點(diǎn)。