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高支模技术在地铁车站施工中的应用

摘 要:根据在广州市轨道交通四号线[车陂南站~万胜围站]盾构区间土建工程,盾构始发井施工中所遇到的主体结构侧墙厚度达1800mm;侧墙一次浇筑的砼方量较大,属于大体积混凝土浇注;层间净空均超过5m,而侧墙支模为单侧模等问题,重点围绕如何确保侧墙模板支撑体系的刚度、强度是始发井主体结构施工的难点问题,进行施工技术攻关、施工组织策划,攻克了我司高支模技术在地铁车站施工中的应用,使盾构始发井得以优质、优效的顺利完成,为今后类似工程施工提供了参考。关键词:始发井 单侧模 大体积砼 支撑体系

 
1前言
 
广州市轨道交通四号线车陂南站~万胜围站区间盾构始发井起止里程为YDK13+840.147~YDK13+890.147,南接万胜围站,北接车~万盾构区间,全长50.0米,长×宽(50×24.6m),呈南北向布置。始发井主体结构形式为两层和横向两跨闭合框架结构,采用明挖顺作法施工,结构最大埋深约18.7m,顶板上履土厚约4~4.5m。结构外皮净间距为50m,南侧宽约23.60m,北侧宽(盾构竖井段)24.6m,建筑总面积为2446.4m2。整个结构共分两层,地下负二层层高8.42m,其中盾构竖井段层高为9.17m,地下负一层层高6m;轨排井底板厚度为1800mm,而盾构吊装井底板厚度为2010mm,先后分两次浇筑,其中900mm厚随主体施作,待盾构隧道完成后再进行1110mm厚砼浇筑回填。底板顶面由南向北按0.3%的坡率下降,中板厚400mm,中板结构面由北向南按0.3%的坡率上升,顶板厚度700mm;底板、中板、顶板纵梁最大断面尺寸为1000×3050mm,底板、中板、顶板环框梁最大断面尺寸为1550×1200mm。盾构井段侧墙厚800mm,端墙厚800mm,中柱为600×1200mm,轨排井段地下负一层侧墙厚1200mm,地下负二层侧墙厚1800mm,端墙厚800mm,中柱为600×1200mm。结构顶板、底板及侧墙均采用标号为C30、S8防水砼,结构中板采用C30砼,结构中柱采用C40砼。
 
2支撑体系实施部署
 
根据本工程基坑围护结构形式、主体结构为大体积混凝土的特点及设计图纸的要求,主体结构施工组织设计将主体结构分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个施工段进行施工,分段长度分别为13m、11m、11m、15m,随着施工段的划分,每一施工段均采用满堂红脚手架支撑体系施作结构侧墙、板,单层间支撑体系自成一体。
 
2.1侧墙单侧支模主要材料
 
外侧墙模板采用22厚建筑胶合板、80×100mm及100×100mm的木方及钢管组合成模板体系。竖向用间距300mm的80×100(mm)木枋作内楞,木枋严格挑选木枋,以保证模板的平整,紧贴。用铁钉将木枋在夹板上定位。竖向木枋接头处要用小木枋连接,并在已浇底板上安装地脚铁件与侧模底排钢管拉结,以防止侧模上移。水平压檩为2条48号钢管,用8号铁丝内外拉结作为临时固定,待满堂脚手架搭设好后,节点处由脚手架承担荷载,竖向间距600mm。满堂红脚手架体系立杆间距为600mm,横杆水平步距为600mm。
 
外侧墙模板施工在墙体钢筋施工完毕,经监理等相关部门验收完毕后进行。外侧墙模板因不能采用穿墙螺栓,模板固定需要梁板满堂红脚手架支撑体系横杆支撑作对撑,并在底板混凝土中预埋钢筋地锚以加斜撑加固,在墙的内部设内撑控制侧墙断面尺寸。
 
2.2梁、板模板的安装与拆除
 
结构板采用180mm厚建筑胶合板,由于楼层高(净空最大4.96~8.05m),故此,为确保安全,板的模板安装以顶板为最不利因素进行考虑。
 
①梁、板施工工艺
 
②模板及支撑材料
 
a.梁板上、下两面预埋件的设置、预留洞位置,必须经监理检查验收无误后,方可浇注顶板及梁混凝土。
 
b.为保证下部建筑限界,沉降后净空仍能满足要求,板底标高应考滤支架、搭板沉降及施工误差。拆模时间应在顶板达到拆模强度后进行,不得过早拆模而发生下垂、开裂等现象。
 
c.浇筑混凝土必须做好标高控制桩,并严格按有关技术规范的要求进行。
 
③梁、板模板及支撑
 
a.本始发井主体楼板有多根1000×2300mm,而最大断面尺寸为1000×3050mm的钢筋混凝土纵向大梁。
 
b.材料
 
模板:厚度18mm聚酯胶合板及22mm厚的聚酯胶合板
 
木方:方木80×100mm。
 
钢管:顺直无缺陷。
 
扣件:保养良好,符合要求。
 
2.3模板支撑验算
 
2.3.1模板支架计算(取600×1000×6800mm最大梁ZZL梁为计算对象)
 
(1)模板支架立杆轴向力N。
 
按建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJl30—2001
 
N=1.2∑NGK+0.85×1.4∑NQK
 
∑NGK——模板及支架自重、新浇砼自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和。
 
模板、木枋取:1000N/m2,总重量为1000×0.6×6.8=4080 N
 
新浇砼自重:0.6×1.0×6.8×2.5×104=1.02×105 (N)
 
钢筋自重按每立方米钢筋含量为150kg计算1500N/m3
 
即4.08m3×1500N/m3=6120 (N)
 
∑NGK=4080+1.02×105+6120=112200(N)
 
∑NQK——施工人员及施工设备荷载标准值,振捣砼时产生的荷载标准值产生的轴向力总和。
 
施工荷载标准值取1000N/m2
 
振捣砼产生的荷载取2000N/m2
 
输送管倾倒砼时产生的荷载取2000N/m2
 
∑NQK=(1000+2000+2000) ×0.6×6.8=20400 (N)整条梁模板支架立杆轴向N总
 
N总=1.2×112200+0.85×1.4×20400=158916 (N)
 
立杆布置为梁两侧各一排,杆距0.6m,每排12根,共24根
 
每根立杆承受轴向力N=N总/24=158916/24=6621.5 (N)
 
(2)模板支架立杆的计算长度
 
支架立杆排距和行距为0.6m,所以计算长度lo=0.6 m
 
(3)立杆采用48×3.5钢管,查表得:
 
Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205N/mm2:
 
截面积A=489mm2
 
截面模量W=5.08cm3
 
回转半径I=1.58cm
 
每米长质量:3.84kg=38.4N
 
(4)计算长细比,查表取轴心受压构件的稳定系数ψ
 
长细比λ= lo/I=60/1.58=38
 
ψ=0.906
 
由于支架设置在基坑内,基本不存在风荷载影响,所以不考虑风荷载所产生的附加弯矩MW,MW=0
 
2.3.2侧墙模板计算:(取负二层侧墙1800厚、墙高6.32m)
 
(1)荷载计算
 
1)恒载
 
根据现浇砼侧压力的有关计算公式,当采用内部振捣时,新浇砼作用于模板的最大侧压力标准值,按下列二式确定,并取其中较小值:
 
F=0.22γtoβ1β2ν1/2
 
F=γH
 
式中:F-新浇筑砼对模板的最大侧压力(kN/m2)
 
γ-砼重力密度(kN/m3)
 
ν-砼的浇筑速度(m/h)(在本工程中取每小时浇注0.5~1m砼计算)
 
to-砼的初凝时间(h)=200/(T+15),(T为混凝土的温度25)
 
β1-外加剂影响系数,本工程砼不掺外加剂取1.0
 
β2-砼坍落度影响修正系数。当坍落度小于30mm时,取0.85;坍落度为50~90mm时,取1.0;坍落度为110~150mm时,取1.15;
 
H-砼的侧压力计算位置处至新浇砼顶面的总高度(mm)。本工程保守考虑按最大值取。
 
计算结果:F=0.22γtoβ1β2ν1/2
 
=0.22×25×[200/(25+15)]×1×1.15×11/2=31.63kN/m2
 
F=γH=25×6.32=158 kN/m2
 
取小值31.63 kN/m2。
 
有效压头高度为:h=F/γ=31.63/25=1.27m
 
2)活载
 
根据施工人员及设备荷载,拟采用泵送砼浇注,活载为2kN/m2,不考虑风荷载。
 
3)荷载设计值
 
F恒=1.2×31.63=37.96 kN/m2
 
F活=1.4×2=2.8 kN/m2
 
荷载组合:F=37.96+2.8=40.76 kN/m2
 
(2)模板选用
 
采用聚酯胶合模板,规格为1220×2440×22计算,内木楞竖向间距为0.3m,外钢楞水平间距为0.6m。
 
模板参数如下:
 
抗弯强度设计值f模=15MPa=15N/mm2
 
弹性模量E模=6.0×103 MPa=6.0×103N/mm2
 
木楞参数如下:
 
抗弯强度设计值f木=17MPa=17N/mm2
 
在既定的时间内,科学、合理组织好主体侧墙防水、侧墙钢筋、围护结构钢支撑拆除等各交叉工序的流水作业及平行施工,是本工程施工组织的重点。而满堂红脚手架模板支撑体系工艺的应用,加快了工程的整体进度,保证了主体结构施工的质量、安全问题,创造了广州地铁车站建设史上之最。
 
3结语
 
满堂红脚手架模板支撑体系工艺在地铁车站施工中的应用,克服了厚墙体(厚度大于1000mm)、大体积砼、高支模等施工技术问题,加快了工程的整体施工进度,为企业创造了良好的经济效益和企业信誉,为今后类似工程施工提供了参考。
参考文献
 
[1]北京市城乡建设委员会主编.地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999.2003年版.中国计划出版社,2003,10.
 
[2]孙更生,朱照宏,孙钧,等.中国土木工程师手册,中册[M],上海:上海科学技术出版社,2001.
 
[3]中国建研院等.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范,JGJ130-2001,中国建筑工业出版社,2001,3.
 
[4]江正荣等编.建筑施工计算手册(精).中国建筑工业出版社,2001,7,1.

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