单侧墙可移动式模板及支架的设计与施工.pdf

单侧墙单侧墙单侧墙单侧墙可移动式模板可移动式模板可移动式模板可移动式模板及及及及支架支架支架支架的的的的设计与施工设计与施工设计与施工设计与施工 资斌全 刘莹（成都中铁隆工程有限公司，四川 成都610016）摘 要:结合青岛地铁 3 号线工程某车站侧墙砼浇筑要求,通过对侧墙模板及支架体系的结构选型设计、受力分析、施工方案要点和应用效果进行详细阐述和分析。关键词：单侧墙 可移动式 模板及支架 设计 施工 1、工程概述 青岛地铁 3 号线工程某车站为 3 号线和 2 号线车站的换乘站，位于某商业中心，沿京口路与夏庄路呈“V”字行布置。受交通调流及施工用地范围制约，该车站采用明挖顺作法分三期施工，灌注桩加钢管支撑围护，4mm 厚 SBS 全包防水，结构断面形式如图 1。因本工程混凝土墙体结构布置要求,侧墙与楼板一次立模浇筑困难很大，侧墙外侧为防水层，不能利用穿墙栓控制模板侧压力，而只能单侧配设墙模板,并在单侧模板背面配设能抵抗混凝土浇筑侧压力的单侧支撑装置。单侧支撑可分为刚性三角架、铰接三角架、分段刚性架等；单侧模板支架体系包括模板、混合三角架、行走轮、连接杆件、调节杠五个部分,并由两榀以上混合三角架连接而 成为整体。2、模板及支架设计(1)设计主要原则 模板及支架应满足强度、刚度和稳定性要求，施工缝应设置在弯矩最小处。根据本工程的侧墙最大高度为 5.4m，因施工流水分段作业长度及各结构层高均不相同，故要求该模板及支架体系既具有快速拆装、灵活多变、适应性强的功能，又具有在施工场地内快速运输模板和安装支承单侧墙模的功能，如图 2。(2)材料选择及组装方法 模板:采用 85mm 厚的 6015 小钢模板拼装。首先，在原地面上将其拼装成 6m5.4m 和 4.5m5.4m 的大模板，每张大模板由横向 4 块或 3 块、竖向 9 块 6015 小钢模隔孔用 M1440mm 螺栓连接构成，模板缝间贴 5mm 厚不干胶带，以防缝隙漏浆；其次，在事先已拼装好的大模板顶部上口用 M1440mm 螺栓与长 6.0m 或 4.5m 的 L808mm 等边角钢连接，使每张模板上口边在同一直线上；最后，使用定制的“L”型螺栓配蝴蝶扣将每大张模板通过双483mm 钢管横梁反背固定在事先已拼装好的混合支架上，如图 3。支架：采用10 型钢双拼焊接定型支架和483mm 钢管扣件式支架间隔混合组装，支架间距 750mm。首先，用 M2045mm 螺栓在原地面上将已验收合格的 2.3m 高梯形标准节与 2.3m 高三角形标准节10 型钢架连接成 4.6m 高的直角三角形，并在每个三角形斜边背设 1 根长 5m 的483mm 加强钢管，其节点使用 4 个“十”字扣件和 1 个旋转扣件连接;其后，在施工现场按 1.5m 间图 1 施测每榀10 型钢支架的平面位置，并按先首尾、后中部的顺序用龙门吊配合组装，通过 10 根483mm 钢管与每榀10 型钢支架预设节点“十”字扣件连接，支架每段组装长度与单张大模板长度相一致，也为 6m 或 4.5m；其后,在每两榀 10 型钢支架中心增加 1 榀用483mm 钢管及扣件搭设的简易支架，安装 L1258010mm 不等边角钢压顶梁；最后，调整每榀支架在同一竖直面上后，再用483mm 钢管再已形成的棱柱体水平面和斜面搭设剪刀撑，以增强支架整体受扭的能力。如图 4。模板支架固定、调节及移动系统：由预埋地脚螺杆、连接螺母、外连杆、外螺母和压横梁、调节杠和移动杆件组成。预埋地脚螺杆和外连杆均用25mm 的 HRB335 钢材，预埋地脚螺栓长700mm、外连杆长 500mm,预埋件间距为 500mm，螺杆与地面成 45 度的角度，连接螺母用25 直螺纹 I 级接头，外螺母用 Q235B 材质螺母，压横梁用 2 根10 型钢；调节杠用40mm 的双螺母全丝杆，下垫 10mm 厚钢板，每榀10 型钢架尾部均设置 1 个；移动杆件由200mm 万向轮外焊40mm 全长丝杆构成，每段组装支架共设 4 个。如图 5。端头模板：为保证环向施工缝的质量，同时避免普通堵头方式焊伤侧墙主筋，并便于拆装，在端头模板上钉衬垫板，衬垫板与中埋式止水带中心线和变形缝中心线重合，止水带用端头模板夹牢固定，衬垫板垂直设置，并支撑牢固，不跑模。止水带的定位和固定如图 6，止水带卡在堵头板中央，止水带上下采用带凹口的木模，木模凹口为半圆弧形，直径比止水带中央气孔大 5 mm，并每隔2 m间距紧靠止水带预埋长30 cm的 12 mm钢筋，通过止水带上小孔用铁丝将止水带与钢筋绑连，以保持止水带竖直，并保证止水带在混凝土浇筑过程中不发生卷折。3、受力分析（1）基本参数 计算断面宽度 700mm，高度 5400mm。模板面板采用组合小钢模，小钢模主要类型宽度 600mm板面厚度 3.00mm；模板龙骨间距 750mm。面板厚度 3mm，剪切强度 125.0N/mm2，抗弯强度 215.0N/mm2，弹性模量 206000.0N/mm4。(2)荷载标准值验算 图 2 图 3 图 4 图 6 图 5 强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载设计值；挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力产生荷载标准值。新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值:其中 c 混凝土的重力密度，取 25.000kN/m3；t 新浇混凝土的初凝时间，为 0 时(表示无资料)取 200/(T+15)，取 5.000h；T 混凝土的入模温度，取 25.000；V 混凝土的浇筑速度，取 1.500m/h；H 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度，取 5.400m；1 外加剂影响修正系数，取 1.200；2 混凝土坍落度影响修正系数，取 1.150。根据公式计算的新浇混凝土侧压力标准值 F1=46.470kN/m2 考虑结构的重要性系数 0.9，实际计算中采用新浇混凝土侧压力标准值 F1=0.951.644=46.480kN/m2 考虑结构的重要性系数 0.9，倒混凝土时产生的荷载标准值 F2=0.94.444=4.000kN/m2。(3)模板面板的验算 面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照简支梁计算。面板的计算宽度取小钢模宽度 0.60m。荷载计算值:q=1.246.4800.600+1.404.0000.600=36.826kN/m；面板的截面惯性矩 I 和截面抵抗矩 W 分别为:W=13.020cm3，I=58.870cm4；抗弯强度计算 f=M/W f 其中 f 面板的抗弯强度计算值(N/mm2)；M 面板的最大弯距(N.mm)；W 面板的净截面抵抗矩；f 面板的抗弯强度设计值，取 215.00N/mm2；M=0.125ql2 其中 q 荷载设计值(kN/m)；经计算得到 M=0.125(1.2027.888+1.402.400)0.7500.750=2.589kN.m；经计算得到面板抗弯强度计算值 f=2.58910001000/13020=198.871N/mm2；面板的抗弯强度验算 f f,满足要求!挠度计算 v=5ql4/384EI v=l/400 面板最大挠度计算值 v=527.8887504/(384206000588700)=0.947mm;面板的最大挠度小于 750.0/400,满足要求!(4)墙模板龙骨的验算 龙骨承受小钢模板传递的荷载，按照集中荷载下多跨连续梁计算。150 600 600 600 600 600 600 600 600 45046.03kN/mAB 外龙骨计算简图 1.0414.661 外龙骨弯矩图(kN.m)0.006.9011.9915.6314.3013.3213.6913.9313.8113.8113.9313.6913.3114.3015.6711.956.8820.7420.710.00 外龙骨剪力图(kN)图图图图 7 变形的计算按照规范要求采用静荷载标准值，受力图与计算结果如下：150 600 600 600 600 600 600 600 600 45034.86kN/mAB 外龙骨变形计算受力图 0.0430.204 外龙骨变形图(mm)图图图图 8 经过计算得到：最大弯矩 M=4.660kN.m，最大支座 F=41.455kN，最大变形 V=0.204mm；外龙骨的截面力学参数为：截面抵抗矩 W=79.40cm3；截面惯性矩 I=396.60cm4；外龙骨抗弯强度计算 抗弯计算强度 f=4.660106/1.05/79400.0=55.90N/mm2 外龙骨的抗弯计算强度小于 215.0N/mm2,满足要求!外龙骨挠度计算 最大变形 v=0.204mm 外龙骨的最大挠度小于 600.0/400,满足要求!(5)支架验算 单侧支架按间距 750mm 布置。分析支架受力情况：按 q=36.8260.75=27.62kN/m 计算，用sap2000 对单侧支架进行受力分析，计算结果如单侧支架杆件受力表：杆件 轴内力（KN）剪力（KN.m）弯矩（KN.m）规格 1 84.65 24.13 4.62 10 2-99.87 44.78 6.02 10 3 116.21 3.45 1.17 10 4-35.39 0 0 10 5-42.53 0 0 10 6 41.29 0 0 10 7-93.30 0 0 10 8-25.87 0 0 10 9-40.81 0 0 10 10 49.70 0 0 10 单侧支架受压杆件的稳定性验算：杆件 轴内力(kN)规格 截面面积 mm2 长细比 稳定系数 应力 1 84.65 10 2549.6 26.7 0.938 57.52 2-99.87 10 2549.6 35 0.952 66.87 3 116.21 10 2549.6/4-35.39 10 1274.8 48.15 0.921 48.98 5-42.53 10 2549.6 21.6 0.958 56.59 6 41.29 10 1274.8/7-93.30 10 2549.6 32.2 0.879 67.64 8-25.87 10 2549.6 44.5 0.928 37.00 9-40.81 10 1274.8 92.5 0.695 74.87 10 49.70 10 1274.8/图 9 单侧支架受力图示 单侧支撑体系杆件受力分析：由表中所得，压杆稳定性均满足要求(稳定系数按 3 号钢 b 类截面查表)。验算杆件强度如下：1、2、3、7、8 杆件最大剪应力：=84650/2549.6=33.20(N/mm2)；4、5、6、9、10 杆件最大剪应力：=0(N/mm2)；各杆件剪应力均小于强度设计值 f=125N/mm2，故满足要求。2、3、7、8 杆件受弯最大应力：=M/W=6020000/79400=75.82(N/mm2)；4、5、6、9、10 杆件受弯最大应力：=M/W=0(N/mm2)；各杆件应力均小于强度设计值 f=215N/mm2，故满足要求。7、8(/125)2+(/215)21/2=0.6171；5、6、9、10(/125)2+(/215)21/2=01；所有的均满足(/125)2+(/215)21/21，符合要求。经计算所得，最大变形点为最顶点，变形量 2mm。单侧支架计算简图 单侧支架支座反力图 杆件编号 单侧支架轴力示意图 单侧支架剪力示意图 单侧支架弯矩示意图(6)预埋件强度验算 单侧支架按间距 750mm 布置。分析支架受力情况：取 o 点的力矩为 0，则由 2.772xR=F1（3.55+1.8/3）+F2（3.55/2）得：R=136.96KN；其中：F1=0.50.75x50.481.8=34.07KN；F2=0.7550.483.55=134.40KN 支架侧面的合力为：F 合=F1+F2=168.47KN 根据力的矢量图得 F 合和 R 的合力为（见下图）：（F 总）2=（F 合）2+（R）2=168.472+136.962；F 总=217.119KN；与地面角度为：=45，由 F 总分解成两个互为垂直的力，其中一个与地面成 45度，大小为：T45=217.119KN；T45 共 有 1.5 个 埋 件 承 担，则 单 个 埋 件 最 大 拉 力 为：F=T45/1.5=144.746KN。埋件强度验算:预埋件为 d=25mm 的 HRB335 螺纹钢，埋件最小有效截面积为：A=3.1412.52=491mm2；轴心受拉应力强度：=F/A=144.746103/491=295.02MPa F=144.746KN 符合要求；式中：F 锚-锚固力，作用于地脚螺栓上的轴向拔出力（N）；d-地脚螺栓直径（mm）；h-地脚螺栓在砼基础内的锚固深度（mm）；b-砼与地脚螺栓表面的粘结强度(N/mm2)，在普通混凝土中 b 取值 2.53.5N/mm2。4、施工方案要点 根据施工总体部署、进度要求和资源配置状况,结合相关技术经济指标等因素,将本工程的墙体混凝土施工分为 17 个浇筑段,每个施工区墙体模板均配置一段,每段采用 3 块不同尺寸的钢模板拼接成整体,依次向其它施工段流水施工。(1)预埋件安装 地锚埋设角度为 45,在每榀支架的两侧 250mm 处各埋设一个,由于地下一层和地下二层侧墙倒角结构不同,因此地锚的外漏长度不同,各榀支架埋件杆之间的距离应根据施工流水段划分的支架位置确定。埋件位置如图 10,现场埋设地锚时要求拉通线,保证埋件在同一条直线上,同时,埋件角度必须按 45预埋。因地锚不能直接与结构主筋点焊,为保证混凝土浇筑时预埋地锚不跑位或偏移,要求在相应部位增加附加钢筋,地锚点焊在附加筋上,点焊时注意不要损坏埋件的有效直径。(2)模板及支架安装 根据模板设计,单侧支架相互间距仅设 750mm 一种,支架间用483mm 钢管连接。安装流程:钢筋绑扎并验收合格弹出外墙边线单侧模板及支架分段吊装到位拧紧分段连接附加螺栓及构件安装压梁槽钢(10 槽钢)安装预埋地锚系统利用丝杠调节支架垂直度安装操作平台检查紧固一次预埋地锚系统增设水平撑杆验收合格后分层浇筑混凝土至设计位置。操作平台挑架安装位置依据模板长度确定,间距宜1500mm,且安装在距模板边 6001200mm 范围内的模板纵向主肋上。脚手板铺设要牢固平稳,必要时用铅丝把木板绑扎在挑架上,不得有缝隙,外侧设 200mm 高踢脚板。图 10 首次使用的新模板应在面板正面喷涂一薄层油膜(配合比为新柴油新机油=64),待油膜风干后,擦拭干净灰垢,再均匀涂刷水质脱模剂,被雨水冲刷后应及时补刷。合模前应在侧墙导墙接茬处粘贴宽5cm的海绵条,以防墙根漏浆烂根,相邻模板之间拼缝采用宽2cm的胶条,要求拼缝1.5mm。合墙体模板时,模板下口应与预先弹好的墙边线对齐。吊装模板时将支架推向侧墙与模板采用钩头螺栓连接,相邻模板采用卡具卡住,调整模板及支架垂直度,安装埋件系统,最后检查紧固一次埋件连接系统。为了更好地控制支撑体系侧向偏移,根据经验,支架背后增加一道483mm 水平钢管撑。浇筑混凝土前,应完善隐蔽工程的验收手续。检查模板拼缝严密、垂直度,清除模板内杂物。检查预埋件、箱盒、孔洞位置、保护层厚度及其定位措施的可靠性。浇筑混凝土时必须按段分层依次浇筑,一次浇筑高度50cm,开始浇筑速度1.0m/h。(3)模板及支架拆除 混凝土浇筑完成后,混凝土强度常温下达到 2.5MPa,冬季达到 4 MPa 以上方可拆模。先拆除安装配件,松动支架后支座,后松动埋件部分。彻底拆除埋件部分,并分类码放保存好。拆除分段相邻模板间连接螺栓和加强钢板连接件,旋转调节丝杠支腿使模板与墙体脱离,如有吸附,可轻轻撬动模板下口,拆除后将每段模板及支架推向下一流水段继续拼装施工。拆下的模板应及时清理粘连物,涂刷脱模剂,拆下的扣件及时集中收集管理。拆模时严禁模板及配件直接从高处往下扔,以防止模板变形和损坏。混凝土拆模后应加强养护。(4)安全注意事项 模板加工及安装前,项目技术负责人必须进行书面的安全技术交底，并完善签字及归档手续。模板加工及安装所用的机械设备,必须有可靠的固定措施及漏电保护装置,确保设备处于良好的工作状态,用后立即断电,不准非电工私拉乱接。操作人员必须严格按机械操作规程操作,不得违章作业。吊车吊运模板安装时,必须检查绳索、卡扣及吊环是否完整有效,吊装时必须由专职信号工统一指挥。吊运过程中,模板下放时严禁站人,防止掉落或刮蹭。禁止一次吊起两段以上模板及支架;风力超过五级时不得进行吊装模板及支架作业。模板及支架安装如处于高处作业,需采取可靠的安全措施,如搭设防护栏,系好安全带,穿好防滑鞋等。操作平台上的跳板必须满铺,浇筑混凝土时,工人必须在操作平台上工作,按要求分层浇筑,且要严格控制好混凝土的浇筑速度。安装或拆除面板前,须在每榀支架背后加设约 300 kg 的配重,以防模板支撑整体倾覆。5、结论(1)本工程单侧墙可移动式三角支架模板是新型的模板支撑技术,与明挖地铁常用的三角支撑体系不同的是:该支撑体系主体采用梯形和三角形桁架结构,整体稳定性好、强度高,加配万向行走轮使模板及支架的安装及拆除频率降低,施工效率高。(2)与支架相配备的大钢模板刚度大,周转期长,方便快捷,节约了模板的成本投入,经济实用,适合混凝土结构质量要求高的工程应用。(3)单侧墙可移动式模板及支架在明挖地铁工程中的应用,解决了只能单侧配设模板而不能使用穿墙螺栓控制模板侧压力的支撑难题,从根本上保证了侧墙模板的支撑安全。(4)本套模板及支撑体系的造价占钢筋混凝土工程总造价的 8，用工量占总用工量的 20。除节约了成本、提高了生产效率外，还具有整体结构简洁、受力合理、灵活性大、安全经济、模板整体性好、接缝少、接缝紧密、不漏浆、混凝土表面光洁、支撑体系稳固、刚度大、混凝土平整度高、模板各部位活动性大、便于混凝土养护等特点。参考文献 1中国建筑科学研究院.JGJ742003 建筑工程大模板技术规程S.北京:中国建筑工业出版社,2003。2北京城建设计研究院.GB501572003 地铁设计规范S.北京:中国计划出版社,2003。