高支模是指建筑工程中层高超过4.5m的混凝土结构的模板及其支撑系统,其支撑架一般由钢管立杆或门式脚手架与水平杆、剪刀撑通过扣件连接,形成整体性模板支撑系统。近年在现浇混凝土施工中,这类模板支架失稳倒塌事故时有发生,究其原因有:施工现场管理不到位;模板支架搭设不规范;模板支撑系统计算错误或考虑不周;支架主要受力材料质量差,无法满足受力要求;安全技术规范不完善等。在地铁工程施工中,大体积现浇砼构件的施工经常见到,其特点是浇筑块体积大、底部空间较高,对模板体系的安全稳定要求高,在建设管理中要求有专项设计方案。高支模大体积砼施工一旦发生坍塌事故,必将造成重特大安全伤亡事故,应当引起施工人员的高度重视。为防止重大安全事故的发生,除了认真做好安全生产管理的日常工作以外,制定最优的专项安全技术施工方案尤其关键。结合广州地铁二、八号线昌岗站土建工程的施工,探讨大体积现浇砼高支模设计思路,以积累此类工程施工经验。
昌岗站是二、八号线的换乘车站,二号线车站有效站台中心里程为YDK13+716.00,总长度为168.206m,标准段宽21.50m,基坑深约29m;八号线车站有效站台中心里程为YDK10+016.30,总长 189.188m,标准段宽21.3m,基坑深约 17.5m～ 21.1m。车站八号线为两层明挖现浇框架结构,二号线为三层明挖现浇框架结构 ,车站中板厚度为400mm,八号线侧墙厚度为 700mm,顶板厚度为 900mm和1000mm,负一层层高为5850mm,负二层层高为 6500mm,二号线侧墙厚度为 700mm和 900mm,顶板厚度为1000mm和1100mm,负一层层高为5850mm,负二层层高为 6500mm,负三层层高为6500mm。
2 高支模设计计算
在地铁混凝土施工过程中,较多为高支模施工,为保证施工质量与安全,模板脚手架计算显得更为重要,需要受力验算的部位较多:顶板、中板、梁、柱、侧墙等,验算主要包括强度、刚度、稳定性三个方面,下面以顶板受力验算为例,计算脚手架的布置。
2.1 模板强度与次楞间距计算
荷载计算:
(1)模板自重 0.3kN/m2×1.2(分项系数 )=0.36kN/m2
(2)混凝土自重 25kN/m3×1.1×1.2(分项系数 )=33kN/m2
(3)人员及设备荷载 2.5kN/m2×1.4( 分 项 系 数 ) =3.5kN/m2
合计 F=36.86kN/m2
2.1.1 抗弯强度验算
模板采用18mm高强胶合板,新浇筑的混凝土均匀作用在胶合板上,单位宽度的面板可以视为梁,次龙骨作为梁支点按五跨连续考虑。
计算简图如1所示:
查施工手册:模板强度允许值:
fm=12.90N/ mm
M = 0 . 1 0 5 q L2= 0 . 1 0 5 × 3 6 . 8 6 ×L2= 3 . 8 7 L2N - m m
W=1/6bh2=1/6×1000×18×18=54000mm3
σ=M/W≤fm
3.87L2/54000≤12.90 L2≤54000×12.9/3.87 L≤ 424mm
2.1.2 刚 度 验 算
查施工手册:E模=5200
变形允许值[ω]=1/250L
模板的截面惯性矩:
I=1/12bh3=1/12× 1000× 183=486000mm4
荷载组合设计值:
F 1= ( 1 ) +( 2) = 0. 36 + 33 = 33 .3 6 kN /m2
ω=0.64qL4/100EI≤[ω] 0.64×33.36× L4/100×5200×486000≤1/250L
L3≤100×5200×486000/0.64×33.36×250
L≤ 361mm
取次楞骨间距300mm
2.2 次楞强度与主楞间距计算
根据模板要求,次龙骨间距设计300mm,次龙骨视为连续梁 ,主龙骨作为梁支点按两跨连续考虑。选用50×100松木木方。
2.2.1 荷 载 计 算 : 同 上
2.2.2 按抗弯强度计算
查施工手册:次楞强度允许值:
fm= 13 N / mm2
作用在次楞上线荷载 q=36.86N/m2×0.30m=11.058kN/m=11.058N/mm
M=0.125qL2=0.125×11.058×L2=1.16×LN2-mm
W = 1 / 6 b h2= 1 / 6 × 5 0 × 1 0 0 ×100=83333.33mm3
σ=M/W≤fm 1.16× L2/83333.33≤13 L2≤83333.33×13/1.16
L≤ 966mm
2.2.3刚 度 计 算
查施工手册:E模=9000N/mm2 变形允许值[ω]=1/250L
次楞截面惯性矩:
I=1/12bh3=1/12×50×1003=4166666.67mm4
作用在次楞上组合线荷载:q=33.36×0.30m=1 0.008KN/m=10. 008N/mm
ω=0.521qL4/100EI≤ 1/250L
0.521 × 10.008 × L4/ 1 0 0 × 9000 ×4166666.67≤ 1/250L
L3≤100×9000×4166666.67/0.521×10.008×250
L≤ 1422mm
根据抗弯强度 取主楞骨间距850mm
2.3 支架间距与主楞强度验算
根据次龙骨间距300mm,主楞骨按次楞骨模数三跨连续考虑,支架为支点。间距600mm,选用100×100松木木方。
2.3.1 荷 载 计 算 : 同 上
2.3.2 按抗弯强度计算
查施工手册:主楞强度允许值:
fm= 13 N / mm2
作用在主楞集中荷载:P=0.3×0.85×36.86 = 9.399kN=9399N
M=0.175PL = 0.175×9399×600=986895N-mm
W=1/6bh2=1/6×100×100×100=166666.67mm3
σ=M/W≤fm σ=986895/166666.67
σ=5.9N/mm2≤fm(13N/mm2) 满足要求
2.3.3 刚 度 验 算
查施工手册:E模=9000N/mm2变形允许值[ω]=1/250L=600/250=2.4mm
主楞截面惯性矩 I=1/12bh3=1/12×100×1003=8333333.33mm
作用在主楞上集中荷载 P=0.30×0.85 × 36.86kN /m2=9.399KN=9399N
ω=1.146PL3/100EI
ω=1.146×9399×6003/100× 9000×8333333.33
ω=0.31mm≤[ω](2.4mm) 满足要求
2.4 支撑稳定性计算
采用ф48×3.5碗扣架管,根据主楞与次楞跨距平面布置间距为600×850mm,上设U托,最下一层地杆距地150mm,中间水平支撑间距小于1200mm。
支撑杆有效面积A2=489mm N=0.6×0.85× 36.86=18.799kN=18799N
钢管回转半径 □=(d2+d12)1/2/4=(482+412)1/2/4 = 15.78mm
钢管长细比
λ =L/□ =1200/15.78=76.05
查施工手册φ=0.743 f=215N/mm2
σ =N/φA≤ f
18799/0.743× 489=51.741N/mm2≤f
( 215N / mm2) 满足要求
模板加工制作必须满足截面尺寸,两对角线误差小于1mm。次龙骨必须双刨光,主龙骨至少要单面刨光。翘曲、变形的方木不得作为龙骨使用。模板拼缝小于1mm,模板必须具备足够的刚度、强度、稳定性,重点检查面板厚度、龙骨断面几何尺寸。模板加工制作后的次楞与主楞间距。应符合模板施工方案要求。模板加工完毕后,必须经过技术人员、质检人员验收合格后方可使用。对于周转使用的多层板,如果有破损模板必须切掉破损部分,然后刷封边漆加以利用。
2.6 模板安装
模板安装顺序:定位放线→“满堂红”碗扣脚手架→主龙骨→次龙骨→高强胶合板拼装→模板调整验收。
在底板或中板上按小于或等于平面布置间距放线,立支撑杆,水平系杆在支撑杆上按方案确定间距后与支撑杆扣接,扣接时应拉线,做到横平竖直。支撑每跨设剪刀撑,间距为不大于4.0m。立杆顶端加可调顶托调整模板标高。主楞搭接在可调顶托处,次楞在主楞处相互错位搭接。楼板模板当采用单块就位时,宜以每个铺设单元从四周先用阴角模板与墙、梁模板连接,然后向中央铺设。按规范要求起拱(跨度大于4m时,起供2‰),起拱部位为中间起拱,四周不起拱。安装模板图如图2所示。
3 质量保证措施
(1)在底板或中板上按小于或等于平面布置间距放线,立支撑杆,水平系杆在支撑杆上按方案确定间距后与支撑杆扣接,扣接时应拉线,做到横平竖直。支撑每跨设剪刀撑,间距为不大于4.0m。
(2)每个部位每次测量放线完成后 ,必须坚持责任复核验线,根据规程由技术、质量、监理复验签认,确保放线的准确。
(3)确保材料质量合格 ,货源充足 ,分期分批进场并按规定地点存放,做好遮盖保护。材料质量检验报告及其钢管材质检验方法应符合现行国家标准《金属拉伸试验方法》(GB/T228)的有关规定,质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235-A级钢的规定。
(4)钢管表面应平直光滑,不应有裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道;钢管外径、壁厚、端面等的偏差应符合规范的规定;钢管必须涂有防不锈漆;新扣件应有生产许可证、法定检测单位的测试报告和产品质量合格证;旧扣件使用前应进行质量检查,有裂缝、变形的严禁使用,出现滑丝大螺栓必须更换;新、旧扣件均应进行防锈处理,并对多次使用的受力材料作必要的强度测试。
(5)模板必须保证结构各部分形状、尺寸和相互位置的准确,具有足够的承载能力、刚度和稳定度。接缝不得漏浆。
4 安全保证措施
(1)装拆施工时 ,上下有人接应 ,随拆随运转,并把活动部件固定牢靠,严禁堆放在脚手板上或抛掷。
(2)安装墙柱模板时 ,随时支撑固定 ,防止倾覆。
(3)预拼装模板的安装 ,边就位、边校正、边安设连接件,并加设临时支撑稳固。
(4)吊装模板时 ,必须在模板就位并连接牢固后,方可脱钩,并严格遵守吊装机械使用安全有关规定。
(5)拆除模板时由专人指挥和切实可靠的安全措施,并在下面标出作业区,严禁非操作进人作业区。
(6)拆模起吊前 ,复查拆墙螺栓是否拆净,再确定无遗漏且模板与墙全完全脱离方可吊起。
(7)模板拆除时严禁使用大杠或重锤敲击。拆除后的模板及时清理混凝土渣块。由专人负责校对模板几何尺寸,偏差过大及时修理。
5 施工效果检查
在车站主体结构施工中,项目部严格按照验算结果施工,顶板、中板没有出现涨模、跑模现象,侧墙有微小涨模,经测量侧墙偏差为2mm,均满足设计及规范要求。
6 结语
要确保在高大空间情况下现浇砼的施工安全,必须认真做好专项施工方案的安全核算工作。特别是高支模排架的结构计算,各种构件的强度和稳定性,满足安全要求是重中之重。广州地铁二、八号线昌岗站土建工程在砼浇注过程中能顺利安全无事故,很重要的一点就是在技术上充分地考虑到满足安全条件,重视技术手段去消除安全隐患,确保施工全过程的安全。
参考文献
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