高支模技術(shù)在地鐵超大面積蓋板施工中的應用研究

常東明

（中交三航局交建工程分公司，上海 201900）

地鐵建設占用面積很大，不僅需要占用地下空間，也會占用地面上的土地面積，尤其在地鐵車輛段，占用面積更大?？赏ㄟ^車輛段的上蓋開發(fā)利用，進一步提升土地利用率。國內(nèi)不少學者從不同方面對高支模施工等技術(shù)做了研究分析，其中，楊勇[1]為了探討高支模自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)改進的可行性，通過結(jié)合高支模施工安全監(jiān)測實例，就系統(tǒng)存在的痛點進行分析研究。陳俊民[2]發(fā)現(xiàn)在監(jiān)測過程中多個測點的比對，可以有效控制因布料不均勻造成模板局部內(nèi)力或變形過大，保證了高支模體系在混凝土澆搗施工全過程的安全穩(wěn)定。周向陽等[3]以杭州西湖大學工程項目為例，介紹了自動化監(jiān)測技術(shù)在高大排架及模板支撐體系中的具體應用。實踐證明，自動化監(jiān)測技術(shù)可降低施工現(xiàn)場的危險系數(shù)，保證現(xiàn)場從業(yè)人員的安全及項目效益，并為模板支撐體系安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了借鑒。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以廣州某地鐵車輛段為研究對象，探討高支模技術(shù)在地鐵超大面積蓋板施工中的應用及車輛段蓋板中的有效運用。

1 工程概況

本文的研究對象選取廣州地鐵某車輛段，此車輛段樞紐綜合體開發(fā)含物業(yè)開發(fā)、上住宅、多層公建配套，首期一層蓋板與車輛段同步實施，一層蓋板以上預留柱鋼筋，采用泡沫砼澆筑保護。同步實施蓋板建筑面積約18.87 萬m2，層高8.5 m（臨修庫及卸車區(qū)12.8 m，物資庫13.4 m），為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，主庫區(qū)采用方形鋼筋混凝土柱，咽喉區(qū)采用圓型鋼筋混凝土柱。槎頭車輛段上蓋范圍內(nèi)設置有工程車庫、培訓線用房、污水處理站、牽引降壓混合變電所、咽喉區(qū)等建筑單體，上蓋高度為10～11 m，蓋區(qū)工程特點為架體超高、部分梁跨度超大、梁截面荷載超重。本次高支模技術(shù)應用以選定區(qū)域為代表進行研究介紹。

2 高支模技術(shù)特點及施工難點分析

高支撐架體進行驗算時需根據(jù)實際情況進行分析，如遇到局部結(jié)構(gòu)或區(qū)域設計有不規(guī)則、有夾層的情況，這時就要在架體搭設時對區(qū)塊之間的狹小空間進行充分考慮。除此之外還要對地基承載力是否滿足荷載要求進行驗算。

對于剪刀撐的步距要求是不宜大于1.5 m，且架體四周由外向內(nèi)，從第一跨起，每層都要設置豎向斜桿。每隔5 跨還要由底至頂、縱、橫向都要設置斜桿或由鋼管扣件等組合搭設而成的剪刀撐。以矩陣形式制作桁架式支撐結(jié)構(gòu)中的單元桁架組合，且每個節(jié)點通過水平桿連接而成。

在超大面積蓋板工程中，以滿堂支架方式進行梁板模板支架搭設，并不允許獨立搭設。板下的立桿都使用盤扣式的滿堂支架進行搭設，亦采用盤扣式滿堂支架進行搭設梁下支撐架與板下滿堂支架，將其連接成一體。對于立桿頂端的可調(diào)托撐所伸出頂層水平桿的懸臂長度，其中的模板支架可調(diào)托座在頂層水平桿或雙槽鋼托梁處所伸出的懸臂長度不允許大于650 mm，且絲桿的外露長度不允許大于400 mm，可調(diào)托座中插入的立桿或雙槽鋼的托梁長度不可低于150 mm。

地鐵超大面積蓋板施工難點分析，首先最主要問題是承重。其次由于面積較大，投入對體量如此大的混凝土的溫度和澆筑速度要求都很高，可采用智能測溫設備，隨時監(jiān)控混凝土內(nèi)部溫度。另外，投入大量人力、物力、財力，每一層結(jié)構(gòu)都需要嚴格把關(guān)。比如在澆筑完成后需要安排專職人員對其進行看護，對混凝土溫度以及鋪設的塑料膜都要按照標準執(zhí)行，隨著溫度不斷變換需要給混凝土增減塑料膜。

3 模板支撐施工工藝

為了模板支撐架的結(jié)構(gòu)荷載安全，禁止集中堆放超過允許堆放量的物料。對于支撐架中的一些組成結(jié)構(gòu)構(gòu)件、防護措施設施，作業(yè)人員不可不經(jīng)允許拆除。專門設計架體的穩(wěn)定性，外立面要布滿斜桿，架體四周外立面由外向內(nèi)都要設置豎向斜桿；水平斜桿在支撐結(jié)構(gòu)周邊都要布置并需要封閉處理，水平斜桿間距應在6 步以內(nèi)；沿梁寬方向位于梁體下部的支撐架體需要布置豎向斜桿，并由下至上滿布。同時，為了保證支撐架體整體穩(wěn)定性和幾何不變性，設置上、中兩層水平斜桿于梁體下方的支撐架。

模板支撐架與模板拆除在施工過程中也是非常重要的環(huán)節(jié)，很多施工現(xiàn)場在拆除環(huán)節(jié)做的不到位導致出現(xiàn)安全事故、支架坍塌、拆除過早等問題，嚴重影響整體施工質(zhì)量。在拆模板支撐架之前清理干凈架子上的物品，拉好安全警戒線，清走施工人員。按照先安裝后拆除的原則對支撐架進行拆除，按斜桿、橫桿、立桿依次拆除，禁止空中拋物。

4 混凝土澆筑

混凝土泵送澆筑過程必須連續(xù)，并且混凝土的坍落度要控制在140～160 mm 之間?？蚣苤谠缙谑┕r，可借助鋼管與滿堂支架進行連接來作為臨時的可靠結(jié)構(gòu)。為了減小由澆筑中的水平推力產(chǎn)生的不利影響，混凝土澆筑要利用“趕漿法”，由中間向兩邊澆筑，并且要分區(qū)分段分塊澆筑施工。在梁板混凝土澆筑時，對梁高以階梯形分層澆筑，梁板交界處同時澆筑，并且在此過程中，澆筑與振搗要并列進行、緊密結(jié)合。對于板面的標高要嚴格進行控制，振搗完畢對板面抹平處理。對于梁柱接頭處的混凝土要先行澆筑，完成后再澆筑其他部位，并且為了防止接頭處存在施工冷縫，澆筑時施工速度方面需要協(xié)調(diào)好。

5 高支模自動化監(jiān)控技術(shù)

高支模體系復雜、危險，當在混凝土澆筑時，容易發(fā)生變形和倒塌，對施工人員的安全造成威脅。本項目采用高支模實時監(jiān)測系統(tǒng)，對施工過程中的一些容易出現(xiàn)安全事故的地方如立桿軸力、模板沉降、立桿傾角和支架整體水平位移等方面進行實時監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析，提出優(yōu)化處理措施，為現(xiàn)場安全施工、信息化指導提供理論數(shù)據(jù)支持。

本項目在C3-01 區(qū)域共布設監(jiān)測點36 個，其中模板沉降、立桿軸力、立桿傾角、架體整體水平位移監(jiān)測點各布置9 個。測點布設情況如圖1 所示，高支模安全監(jiān)測預警系統(tǒng)示意圖如圖2 所示。

圖1 測點布設情況

圖2 高支模安全預警系統(tǒng)示意圖

根據(jù)施工方案、相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合以往工程經(jīng)驗及各方意見進行取值，各監(jiān)測參數(shù)的預警值及報警值設置見表1。

表1 高支模監(jiān)測參數(shù)報警值、控制值設置

本項目通過采用高大模板實時監(jiān)測管理平臺，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行自動采集并實時傳輸，對收集到的實時數(shù)據(jù)實時分析，對監(jiān)測數(shù)據(jù)和成果進行“展示化”。對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果中的超標限制數(shù)據(jù)進行預警和報警，監(jiān)測結(jié)果實時反饋，以便及時采取相應處理措施。

在混凝土澆筑過程中和澆筑完成后，監(jiān)測數(shù)據(jù)每分鐘采集1 次，并且在混凝土筑前0.5 h 開始監(jiān)測。結(jié)束監(jiān)測的條件需要同時滿足混凝土澆筑完且達到初凝、數(shù)據(jù)達到穩(wěn)定狀態(tài)、人員全部撤離后方可結(jié)束?；炷翝仓^程中要有專人值班、及時反饋。

各監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況如圖3、圖4 所示。

圖3 高支模立桿傾斜曲線圖

圖4 高支模立桿沉降曲線圖

監(jiān)測結(jié)果顯示，各監(jiān)測項目未發(fā)生預警，經(jīng)現(xiàn)場巡視檢查，實施高支模的區(qū)域無異常。澆筑完成時，立桿傾斜最大點GQ3102 變化值為-0.210°，一小時后，最大點變?yōu)镚Q3101，變化值為0.035°；立桿沉降最大點GA3102 變形值為-7.203 mm，一小時后，最大點變?yōu)镚A3101，變形值為-0.688 mm；立桿軸力最大點GD3103 變化值為11.903 kN，一小時后，最大點變?yōu)镚D3101，變化量為1.752 kN；立桿水平位移最大點GB3106 變形值為6.557 mm，一小時后，最大點變?yōu)镚B3101，變化值為1.204 mm。澆筑過程中，各監(jiān)測項目監(jiān)測極值均遠小于報警值，高支模處于安全狀態(tài)。

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：（1）在施工過程中，由于工人在澆注過程中操作振動器，導致立桿傾斜的某些測量點的數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)超過報警值，造成支護系統(tǒng)受施工變荷載的較大影響。為防止發(fā)生安全事故，應結(jié)合實際情況和其他參數(shù)數(shù)據(jù)值對現(xiàn)場進行全面分析和評估。如果傾角繼續(xù)超過限值且未回彈，應立即啟動報警系統(tǒng)，通知相關(guān)單位負責人，疏散作業(yè)人員，立即停止現(xiàn)場作業(yè)，采取措施消除危險情況后才能繼續(xù)施工。（2）模板沉降監(jiān)測點數(shù)據(jù)值變化很小，只有剛開始數(shù)據(jù)會有突變情況，然后緩慢上升趨于穩(wěn)定，由此可看出模板沉降受施工活荷載影響較小。（3）立桿軸力因永久荷載混凝土自重和可變荷載中施工人員及施工設備產(chǎn)生的軸力值疊加導致出現(xiàn)3 個峰值，而后逐漸收斂，這種情況的發(fā)生與混凝土分層澆筑、振搗沖擊、堆載后工人抹平樓面施工工況是基本一致的，所以變化趨勢也保持類似。（4）支架的總水平位移值變化很小，遠低于報警值范圍，隨著載荷的增加，位移值增加并逐漸趨于平緩。

6 結(jié)束語

（1）為了提高抵抗上部荷載的能力，在高支模搭設過程中對于頂部的水平桿步距可適當減小。為了保證高支模穩(wěn)定和安全考慮，需要對澆筑方案進行優(yōu)化設計，另外將支架與既有固定結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行拉結(jié)措施處理有利于提升架體抗側(cè)移能力和加強整體穩(wěn)定性。

（2）高支模實時監(jiān)測過程中，為保證施工過程安全，需要根據(jù)實際情況進行處理和甄別評判，當預警值和報警值出現(xiàn)異常情況時，可采取緊急報警措施。

（3）高支模實時監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測手段相比，可及時有效地收集數(shù)據(jù)和受力情況，并且根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可直接生成直觀、實時變化的軸力變化和位移時間變化曲線圖，為實現(xiàn)信息化施工和指導、保障安全現(xiàn)場施工提供數(shù)據(jù)理論支持。