地铁车站单面墙模板设计与施工

      在钢筋混凝土结构中,模板的造价约占钢筋混凝土工程总造价的30%,因此采用合理、先进的模板技术,对于提高工程质量、加快施工速度、提高劳动生产率、降低工程成本具有十分重要的意义。 
      1 工程概况
      某地铁车站净长217.7m,宽21.26m,高12.26m,其中站厅层高4.6m,站台层高5.89m,为双层三跨现浇框架结构,如图1所示。采用明挖顺作法施工,人工挖孔咬合桩加钢管支撑围护,三元乙丙全包防水,侧墙厚600mm,从现场实际情况出发,侧墙与楼板一次立模浇筑困难很大,质量难以保证,侧墙外侧为防水层, 无法用对拉法立模,因此在侧墙与上下板接合处设施工缝,侧墙单独立模浇筑,采用单面墙模板。 
      2 模板设计
      1)设计主要原则
      模板应满足强度、刚度和稳定性要求,施工缝应设置在|考试大|弯矩最小处。本工程的侧墙最大高度为5.5m,混凝土浇筑时产生侧压力最大为48.5kN/m2,再根据分段施工,流水作业施工要求,一次浇筑混凝土的长度定为18.5m,整个车站共分11段施工,这样便于模板倒用,因此要求模板拆装简便,损耗率低,又由于站台层侧墙与站厅层侧墙高度不一致,模板还应具有适应性强,可灵活多变的特点。
      2)材料选择
      ①模板,单块模板设计为6m×6m(龙骨)大模板,其上模板采用900mm×1800mm×16mm竹胶板,横向7块,竖向3块,顶部竹胶板横放3块450mm×1800mm×16mm(见图3)。每块竹胶板有6颗Φ16沉头螺栓与横龙骨固定,横龙骨间距0.3m,横龙骨与16a号槽钢(竖龙骨间距1.5m)用螺杆连接。②斜支撑由Φ150钢管作成上中下三道斜撑,三道斜支撑与侧墙夹角分别为60°、60°、75°,两端设计成扁平头,分别撑在竖龙骨和地锚上,与竖龙骨相连的支撑点采用20mm厚钢板用3条Φ22螺栓固定在竖龙骨上(图4);与地锚相连的16a槽钢上,焊一块120mm×300mm×16mm钢板作为斜撑的支撑点(图4)。地锚采用2根10号槽钢预埋入板中,再用16a号槽钢连在地锚上,为保证其整体性,槽钢之间用Φ48钢管连接,构成稳定的支撑体系,斜撑产生的竖向分力会使模板上浮。为此,在竖向力较大的第一二道斜撑上连接一Φ22钢筋作拉杆,并分别通过一紧线器调节,拉杆另一端与地锚相连。模板的净空调节通过模板竖龙骨上下端的Φ48螺杆进行。 
      3)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,设计为两块225mm×1800mm×16mm竹胶板,用墙模板横龙骨提供支撑反力,即端头模通过三根100mm×150mm方木将混凝土侧压力传至横龙骨(图5),每块模板一侧按侧墙水平筋间距大小割槽,槽宽等于水平钢筋保护层厚度,两块模板通过2只Φ22螺杆调节,两块模板之间放一150mm×1800mm×16mm宽竹胶板,其上钉一与止水条槽(30mm)宽度相等的木条,拆模后即可行成一止水条槽。 
      3　受力分析与实际应用
      1) 混凝土侧压力标准值可按(1)、(2)式计算,最大侧压力与有效压头高度h有关,当h≤H(H为侧墙浇筑高度)时,按(2)式取值与实际相比偏大,当h≥H时按(2)式取值合理,(1)式值偏大。因此侧墙浇注高度H一定时,最大侧压力F应取(1)、(2)式中较小值是较为安全合理的。 
      F=0.22γct0β1β2V1/2=42.936(kN/m2)      (1) 
      F=γcH=24×5.5=132(kN/m2)                (2) 
      h=F/γc(m)
      式中F为新浇混凝土对模板的最大侧压力(kN/m2);γc为混凝土密度(kN/m2);t0为新浇筑混凝土的初凝时间(h)，(T为混凝土的温度,计算中为25°);V为混凝土浇筑速度(m/h);H为混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度(m);β1为外加剂影响修正系数,无外加剂为1;β2混凝土坍落度影响修正系数,坍落度<30mm,取0.85,30~50mm取0.9,50~100mm取1.0,100~150mm取1.15;h为有效压头高度(m);H为混凝土计算位置处至新浇混凝土顶面总高度(m)。
      2) 侧压力设计值F设=F×分项系数×折减系数=42.936×1.2×0.85=43.795kN/m2。倾倒混凝土时产生的水平荷载:输送泵浇筑水平荷载标准值取F′=4kN/m2,荷载设计值F0=F′×分项系数×折减系数=4×1.4×0.9=4.76kN/m2。荷载组合F总=F设+F0=43.795+4.76=48.5kN/m2。
      3) 在此基础上对整个模板系统各个部件尺寸进行力学检算,确定主要尺寸后再在实际应用中适当调整。每一施工段侧墙长为18.5m,使用3块大模(18.9m)板,保证与已浇段有足够的搭接长度。3块大模板之间搭接处用50mm×100mm方木或调节横竖龙骨加强。地锚槽钢下端横焊一Φ28钢筋,增加锚固力,与板面平齐处放一木块,便于割除后恢复板面。割下的地锚两根对焊后可用于下一段,以降低材料损耗。
      4) 地锚间距按1.5m预埋,竖龙骨可在横龙骨上调节,使竖龙骨与地锚对齐,横龙骨除部分与竹胶板用沉头螺栓连接外其余均可调节,以提高下部及搭接处等薄弱部位强度。由于其各部位均有可调性,使用中整体局部均可安装和拆卸,适应性强。 
      4 结语 
      整个车站侧墙施工共用地锚(10号槽钢)8t,竹胶板部分更换约10%,其余部件均倒用11次,一次投资为40万元,损耗3.1万元。侧墙混凝土共计2700m3。钢筋650t,其工程总造价约为500万元。模板工程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25%。节约了成本,提高了生产效率。本套模板除节约成本外,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。