彭　超,　李志成

(1.中鐵航空港建設(shè)集團(tuán) 北京機(jī)場(chǎng)分公司,北京　100195；2.重慶機(jī)場(chǎng)集團(tuán) 江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建指揮部,重慶　401120)

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機(jī)場(chǎng)APM大跨度地下通道單側(cè)模板條件下一體化施工技術(shù)

彭超1,李志成2

(1.中鐵航空港建設(shè)集團(tuán) 北京機(jī)場(chǎng)分公司,北京100195；2.重慶機(jī)場(chǎng)集團(tuán) 江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建指揮部,重慶401120)

摘要：文章根據(jù)重慶機(jī)場(chǎng)四期擴(kuò)建APM地下通道施工的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，在單側(cè)模板工況下，對(duì)大跨度、大荷載通道側(cè)墻、頂板一體化施工進(jìn)行研究，提出利用碗扣式滿堂支架及斜向支撐、對(duì)頂支撐復(fù)合支架體系進(jìn)行APM通道側(cè)墻、頂板同時(shí)澆筑、一次成型的施工技術(shù)。結(jié)果證明，機(jī)場(chǎng)APM通道側(cè)墻與頂板一體化施工的成功保證了工程質(zhì)量，提高了施工進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)；APM；大跨度；一體化；滿堂支架；斜向支撐

0引言

隨著我國(guó)民航事業(yè)的發(fā)展，各地政府積極打造以機(jī)場(chǎng)為中心的大型航空城交通樞紐。秉著快速交通換乘的理念，多航站樓機(jī)場(chǎng)一般采用APM(Automated People Mover systems：旅客自動(dòng)捷運(yùn)系統(tǒng))作為旅客疏散通道，由于APM地下通道上方設(shè)置停機(jī)坪或橫穿跑道，需要承受設(shè)計(jì)最大機(jī)型(A380-800)荷載，結(jié)構(gòu)體的安全顯得尤其重要。同時(shí)在地質(zhì)情況較好的地區(qū)，為減少基坑開(kāi)挖量，在不破壞墻體外防水(基槽開(kāi)挖面上鋪設(shè)防水層)情況下,利用原地質(zhì)墻體作為內(nèi)模的單側(cè)模板工況下的APM通道已成為節(jié)約工程造價(jià)的控制手段。因此，單側(cè)模板工況下，側(cè)墻、模板一體化施工技術(shù)是否成熟直接影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。

重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)東航站區(qū)APM通道屬于地下雙線明挖區(qū)間隧道，敷設(shè)于機(jī)場(chǎng)T3航站樓南北向的中軸線上,全長(zhǎng)為2 018 m，共設(shè)置車(chē)站2座，站間距為1.83 km，線路北端設(shè)有運(yùn)營(yíng)維修中心，通道中間為APM旅客軌道，兩側(cè)為地下貨運(yùn)車(chē)行道，承擔(dān)連接T3A航站(主)樓至擬建T3B航站(衛(wèi)星)樓之間的客、貨運(yùn)輸功能。主體結(jié)構(gòu)形式為單層(局部雙層)多跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，側(cè)墻、頂板設(shè)計(jì)厚度為1～1.5 m，混凝土含鋼量約為0.185 t/m3，結(jié)構(gòu)最大高度為10.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段跨度為12.25 m，最大跨度為34.5 m，是目前我國(guó)民用機(jī)場(chǎng)APM地下通道中跨度最大的結(jié)構(gòu)工程。其中通道南段多為中風(fēng)化泥巖和砂巖分布的挖方區(qū)，場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定性良好，無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象[1]。

1滿堂支架復(fù)合體系設(shè)計(jì)

以側(cè)墻、頂板均為1 m厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，跨度為12.25 m，施工縫為16 m一段為例，分析結(jié)構(gòu)荷載，設(shè)計(jì)復(fù)合支撐體系。模板支架立面如圖1所示。

圖1　頂板支撐架荷載計(jì)算單元

1.1頂板支撐體系設(shè)計(jì)

1.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)

(1) 模板支架參數(shù)。滿堂支架采用Φ48 mm×3.5 mm碗扣支架搭設(shè)，該支架系統(tǒng)頂板模板和側(cè)墻弧形模板采用1 5 cm厚竹膠合板。離地30 cm設(shè)置掃地桿，立桿步距h(上、下水平桿軸線間的距離)取1.2 m，立桿縱距l(xiāng)a取0.6 m，橫距l(xiāng)b取0.9 m。立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點(diǎn)自由長(zhǎng)度a取0.35 m。模板底部水平分配梁采用10 cm×10 cm方木，豎向內(nèi)楞采用15 cm×12 cm方木，間距為300 mm。

(2) 荷載參數(shù)。模板與木板自重為0.3 kN/m2；混凝土與鋼筋自重為25 kN/m3；人群及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4 kN/m2；振搗產(chǎn)生的荷載為2 kN/m2；傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載為4 kN/m2。

1.1.2體系論證

根據(jù)文獻(xiàn)[3]論證設(shè)計(jì)參數(shù)，模板面板為受彎構(gòu)件，按三跨連續(xù)梁對(duì)面板進(jìn)行抗彎強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算[2-4]。

(1) 模板面板設(shè)計(jì)驗(yàn)證。模板面板的截面慣性矩I=60×1.53/12=16.875 cm4，截面抵抗矩W=60×1.52/6=22.5 cm3，模板面板按照三跨連續(xù)梁計(jì)算。

對(duì)于荷載計(jì)算，靜荷載為鋼筋混凝土樓板和模板面板自重q1=25+0.3=25.3 kN/m；活荷載為振搗產(chǎn)生的荷載為2 kPa，施工人員及設(shè)備荷載為4 kPa，傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載為4 kPa，q2=2+4+4=10 kN/m。

對(duì)于強(qiáng)度計(jì)算，M=0.1ql2，面板最大應(yīng)力計(jì)算值為12.71 N/mm2，小于面板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值13 N/mm2。

對(duì)于撓度計(jì)算，v=0.677ql4/(100EI)≤[v]=l/400，面板的最大撓度計(jì)算值為0.52 mm，小于面板的最大允許撓度0.75 mm。

(2) 次龍骨設(shè)計(jì)驗(yàn)證。方木按照三跨連續(xù)梁計(jì)算，截面慣性矩I=bh3/12=10×10×10×10/12=833.33 cm4，截面抵抗矩W=bh2/6=10×10×10/6=166.67 cm3。

對(duì)于強(qiáng)度驗(yàn)算，方木最大應(yīng)力計(jì)算值為2.88 N/mm2，小于方木抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值13 N/mm2。

對(duì)于抗剪驗(yàn)算，截面抗剪強(qiáng)度必須滿足τ=3V/2bhn<[τ]，即方木的受剪應(yīng)力計(jì)算值為0.719 N/mm2，小于方木的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.4 N/mm2。

對(duì)于撓度驗(yàn)算，ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/400，即方木的最大撓度計(jì)算值為0.089 mm，小于方木的最大允許撓度2.25 mm。

(3) 托梁設(shè)計(jì)驗(yàn)證。托梁按照集中荷載作用下的三跨連續(xù)梁計(jì)算，W=360 cm3，I=2 160 cm4；托梁的最大應(yīng)力計(jì)算值為5.325 N/mm2，小于托梁的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值13 N/mm2；托梁的最大撓度為0.573 mm，小于2.25 mm。

(4) 立桿設(shè)計(jì)驗(yàn)證。對(duì)于立桿穩(wěn)定性計(jì)算，σ=N/(φA)≤[f]，立桿計(jì)算長(zhǎng)度L0=1.9，L0/i=1 900/15.9=120；由長(zhǎng)細(xì)比L0/i的結(jié)果，查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ為0.452；鋼管立桿受壓應(yīng)力σ=26 181.12/(0.452×424)=136.6 N/mm2，小于鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=205 N/mm2。

1.2側(cè)墻模板體系設(shè)計(jì)

(1) 設(shè)計(jì)參數(shù)。側(cè)墻模板次楞采用雙鋼管(直徑為48 mm、壁厚為3.5 mm)用山型件連接，間距為300 mm；主楞采用雙方木(150 mm×12 mm)山型件連接，間距為450 mm；兩側(cè)模板之間采用Φ48 mm×3.5 mm焊接鋼管對(duì)頂，焊接鋼管采用扣件固定在加密的鋼管腳手架上，鋼管兩側(cè)端部采用U托頂在側(cè)模主楞上，同時(shí)加以斜撐進(jìn)行輔助支撐，如圖2所示。

圖2　墻模板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

(2) 體系論證。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，側(cè)墻面板及背楞驗(yàn)算符合要求，此處僅考慮新澆混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，按下式計(jì)算，并取其中的較小值，即

(1)

(2)

其中，γ為混凝土的重力密度，取25.0 kN/m3；t為新澆混凝土的初凝時(shí)間，取8.0 h；T為混凝土的入模溫度，取25.0 ℃；V為混凝土的澆筑速度，取0.50 m/h；H為模板計(jì)算高度，取5.75 m；β1為外加劑影響修正系數(shù)，取1.20；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，取1.15。

由(1)、(2)式，分別計(jì)算得43.14 kN/m2、125 kN/m2，取較小值43.14 kN/m2作為計(jì)算荷載。計(jì)算中采用新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值F1為43.14 kN/m2，傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值F2為4 kN/m2。

進(jìn)行橫桿穩(wěn)定性驗(yàn)算，σ=N/(φA)≤[f]=(1.2F1+4.89F2)/(0.598×4.89×102)=181.7 N/mm2；立桿的受壓強(qiáng)度計(jì)算值σ=195.36 N/mm2，小于立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f為205 N/mm2。

1.3剪刀撐設(shè)置

在架體的縱、橫向方向均設(shè)置剪刀撐，剪刀撐采用Φ48 mm×3.5 mm鋼管。外圍四周設(shè)置由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，中間在縱橫向每隔10 m左右設(shè)置由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，剪刀撐與地面夾角為45°～60°，寬度宜為4～6 m。剪刀撐的接長(zhǎng)采用搭接接長(zhǎng)，剪刀撐的斜桿應(yīng)用旋轉(zhuǎn)扣件固定在與之相交的橫向水平桿伸出端或立桿上，旋轉(zhuǎn)扣件的中心點(diǎn)至主節(jié)點(diǎn)的距離不宜大于150 mm。在剪刀撐桿件的頂部、掃地桿處設(shè)置水平剪刀撐，中間在每4.8 m加設(shè)一道水平剪刀撐。除此之外，在縱橫向相鄰的兩豎向連續(xù)式剪刀撐之間增加之字斜撐,加強(qiáng)支架的穩(wěn)定。縱向剪刀撐連續(xù)設(shè)置，剪刀撐在后搭設(shè)部分的支架處斷開(kāi)，在后續(xù)搭設(shè)時(shí)跟進(jìn)[5]。

建立復(fù)合支架體系，如圖3所示。

圖3　復(fù)合支架體系示意圖

2混凝土澆筑施工方法

(1) 澆筑前頂板先均勻滿幅布料30 cm，給整個(gè)復(fù)合支架體系一個(gè)預(yù)加的壓力，防止支架體系抵抗側(cè)墻的側(cè)壓力失穩(wěn)[6-7]。

(2) 側(cè)墻高度為5.75 m，而混凝土從超過(guò)2 m的高度下落時(shí)容易離析，因此，應(yīng)設(shè)置溜槽，混凝土科研溜槽劃入側(cè)墻內(nèi)。

(3) 兩邊側(cè)墻同時(shí)澆筑，澆筑速度為50 cm/h。兩邊側(cè)墻同時(shí)澆筑，可使對(duì)頂橫桿兩側(cè)側(cè)壓力對(duì)等、互相抵制，側(cè)墻模板不會(huì)跑模，保證側(cè)墻的順直性[8]。澆筑速度是混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生側(cè)壓力的重要因素，根據(jù)驗(yàn)證，澆筑速度必須控制在50 cm/h。

(4) 每層混凝土澆筑后應(yīng)在2小時(shí)內(nèi)完成振搗密實(shí)，上一層混凝土振搗應(yīng)在其下一層混凝土初凝前完成，振搗上層混凝土?xí)r應(yīng)將振搗棒插入其下一層混凝土5 cm，振搗時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)段確定。

(5) 澆筑側(cè)墻與頂板交接處，應(yīng)嚴(yán)格控制布料，因?yàn)閭?cè)墻混凝土在振搗過(guò)程中，粗集料及灰漿會(huì)慢慢上浮，集中在側(cè)墻與頂板交接處，在此處形成結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)[9-10]。因此，澆筑到側(cè)墻與頂板交接處時(shí)，應(yīng)人工將表層灰漿刮掉，然后再布設(shè)新料振搗，每隔50 cm清理一次灰漿，直至頂板混凝土澆筑完畢。

3結(jié)論

(1) 減少施工縫，排除了施工縫處滲水的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減少施工縫處止水帶的使用，節(jié)約成本。

(2) 搭設(shè)復(fù)合支架體系需要花費(fèi)較多時(shí)間，但是復(fù)合支架體系的搭設(shè)可以和側(cè)墻鋼筋安裝同時(shí)進(jìn)行，形成流水作業(yè)，可大大縮短工期。

(3) 由于側(cè)墻、頂板一次澆筑，復(fù)合支撐體系經(jīng)過(guò)嚴(yán)密論證，模板拆除后實(shí)際測(cè)量，墻體垂直度偏差為0～2 mm，錯(cuò)臺(tái)不超過(guò)2 mm，達(dá)到了清水混凝土的效果。

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收稿日期：2015-11-20；修改日期：2016-01-12

作者簡(jiǎn)介：彭超(1986-),男,江西景德鎮(zhèn)人,碩士,中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)北京機(jī)場(chǎng)分公司工程師；李志成(1964-),男,四川達(dá)州人,重慶機(jī)場(chǎng)集團(tuán)江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建指揮部教授級(jí)高工．

中圖分類號(hào)：TU215.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0103-03