謝儉紅
中鐵二十五局集團(tuán)第六工程有限公司
混凝土現(xiàn)澆工藝與模板支撐體系的探討
謝儉紅
中鐵二十五局集團(tuán)第六工程有限公司
結(jié)合某鐵路車站現(xiàn)澆超重、超高混凝土結(jié)構(gòu)施工實(shí)例,通過對(duì)施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)比選,介紹了一種混凝土結(jié)構(gòu)分段分層施工、模板及支撐系統(tǒng)分段搭設(shè)的施工方法,既確保了結(jié)構(gòu)安全,又節(jié)約了模板支撐系統(tǒng)材料用量、降低了成本,總結(jié)了一些施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
混凝土現(xiàn)澆;梁板;分層澆筑;節(jié)約;模板支撐系統(tǒng)
不同的混凝土現(xiàn)澆工藝,對(duì)建筑模板支撐體系的施工方案要求不同。在現(xiàn)澆超重、超高混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí),經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn),可采用先澆筑主梁混凝土至次梁底,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再澆筑主、次梁混凝土至樓板底,最后澆筑樓板混凝土的施工方案。由于每次澆筑混凝土終凝后已形成相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系,梁自重主要傳遞到兩端立柱上,對(duì)模板及支撐系統(tǒng)的壓力都大大減小,每次現(xiàn)澆混凝土支撐體系的設(shè)計(jì)荷載減少1/2以上,大量節(jié)約建筑模板支撐系統(tǒng)的材料用量;與傳統(tǒng)的梁、板混凝土一次性整體現(xiàn)澆方法比,操作簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)安全、費(fèi)用低,是現(xiàn)澆超重、超高梁板施工的優(yōu)選方案之一。
某擴(kuò)建站房中心里程DK166+230,車站規(guī)模為3站臺(tái)面6線,新建站房建筑面積2764m2,最高聚集人數(shù)1700人(含既有站房最高聚集人數(shù)),建筑造型呈矩形對(duì)稱,大屋頂設(shè)計(jì)用來表現(xiàn)當(dāng)?shù)亟ㄖ男蜗髿赓|(zhì)及文化特點(diǎn)。站房結(jié)構(gòu)形式采用具有良好整體性和變形能力的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),屋面采用鋼筋混凝土主次梁樓蓋體系,中央候車大廳屋蓋體系平面尺寸40×50m2,層高22m。井字形超高主梁截面600mm×1800mm(b×h),跨度L=40m、L=50m;次梁截面300mm×1000mm(b×h),跨度L=9.9m;屋面板采用120mm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋面板;大廳下部為4.5m高地下室(市政停車場(chǎng)),柱距9m×12m,大廳地面為120mm厚鋼筋混凝土樓面板。
3.1.1 方案
傳統(tǒng)的一次性現(xiàn)澆屋蓋梁、板混凝土,經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)高大模板專項(xiàng)方案,采用Φ48×3.0(mm)滿堂鋼管腳手架支撐體系,考慮模數(shù)施工,立桿縱、橫向間距0.5m,步距1.0m,主次梁及板支撐架體的強(qiáng)度、撓度值、扣件抗滑移、立桿穩(wěn)定性等安全指標(biāo)才能得到完全保證。立桿承重連接方式為可調(diào)托座,剪刀撐設(shè)置間距5步4跨,其中主梁模板支撐剖面如圖示1。
3.1.2 大廳模板支撐體系材料用量
支撐體系每100m2材料需求統(tǒng)計(jì):立桿8752m,水平桿8400m,剪刀撐鋼管942m,直角扣件16800個(gè),對(duì)接扣件1200個(gè),旋轉(zhuǎn)扣件160個(gè),頂托400個(gè),托梁鋼管200m。大廳總面積40×50m2=2000m2,支撐體系材料總用量1603.8t,分項(xiàng)計(jì)算如下:
⑴鋼管:(8752+8400+942+200)m×3.3kg/m×2000/100=1195.5t;
⑵鋼管扣件(直角扣、旋轉(zhuǎn)扣、對(duì)接扣、頂托均按1.1kg/個(gè)計(jì)算):(16800+1200+160+400)個(gè)×1.1kg/個(gè)×2000/100=408.3t。
3.1.3 荷載參數(shù)
⑴鋼管支撐體系1603.8×9.8/2000=7.86kN/m2,模板與木方自重0.5kN/m2,屋蓋梁板砼自重7.09kN/m2,人、機(jī)具等施工活荷載1.0kN/m2,荷載作用效應(yīng)最大值7.86+0.5+7.09+1=16.45kN/m2;
⑵候車大廳鋼筋混凝土地面板設(shè)計(jì)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2;
⑶地面板荷載作用效應(yīng)最大值16.45kN/m2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2。4.5m層高地下室頂板模板支撐體系本可以按正常荷載條件設(shè)置,現(xiàn)須與大廳相同,大廳地面板荷載傳遞至地下室地面,才能保證地面板結(jié)構(gòu)安全,不被壓破壞。
3.1.4 地下室滿堂架支撐體系材料用量
按大廳支撐體系材料用量折算地下室含量:大廳總用量1603.8t×4.5/22=328.05t,其中:
⑴ 鋼管:1195.5t×4.5/22=244.53t;
⑵ 鋼管扣件:408.3t×4.5/22=83.52t。
3.1.5 成本費(fèi)用
工期3個(gè)月;鋼管租金130元/t/月,入庫(kù)堆碼費(fèi)40元/t,裝卸運(yùn)輸費(fèi)50元/t;鋼管扣件租金275元/t/月,入庫(kù)堆碼費(fèi)60元/t,裝卸運(yùn)輸費(fèi)費(fèi)50元/t;滿堂架安裝及拆除人工費(fèi)10元/m3。地下室支撐體系材料不能及時(shí)周轉(zhuǎn)需全額計(jì)算租賃費(fèi),地下室支撐體系鋼管含量相比正常條件增加,增加人工費(fèi)2元/m3,傳統(tǒng)滿堂架鋼管支撐體系總成本費(fèi)用1609067元,分項(xiàng)計(jì)算如下:
⑴ 鋼管租金:(1195.5+244.53)t×3個(gè)月×130元/t/月+(1195.5+244.53)t×(40+50)元/t=691215元;
⑵ 鋼管扣件租金:(408.3+83.52)t×3個(gè)月×275元/t/月+(408.3+83.52)t×(60+50)元/t=459852元;
⑶ 人工費(fèi):44000m3×10元/m3+9000m3×2元/m3=458000元。
3.2.1 分層施工工藝
⑴分3層次現(xiàn)澆中央大廳屋面梁板混凝土,通過主、次梁混凝土終凝,形成自架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系,提前承擔(dān)屋面梁板荷載,傳遞到兩端立柱上,減少對(duì)模板支撐系統(tǒng)的壓力。
⑵分層施工工藝:主梁底支撐系統(tǒng)及模板安裝→主梁鋼筋綁扎→主梁側(cè)模安裝→第1層次:主梁混凝土澆筑0.8m高(主梁總高1.8m)→混凝土養(yǎng)護(hù)→次梁底支撐系統(tǒng)及模板安裝→次梁鋼筋綁扎→主、次梁側(cè)模安裝→第2層次:主、次梁混凝土澆筑0.88m高至板底→混凝土養(yǎng)護(hù)14d,主、次梁混凝土試塊試壓報(bào)告達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%→主、次梁底支撐系統(tǒng)按先后澆筑順序逐步錯(cuò)開拆除梁底支撐1/2的鋼管及扣件移到屋面板底安裝→板底模板安裝→樓板鋼筋綁扎→第3層次:屋面板混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)14d樓板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%→整體滿堂架模板支撐體系拆除。分層澆筑剖面如圖示2。
⑶分層澆筑混凝土留設(shè)水平施工縫的處理,按制定的施工技術(shù)方案執(zhí)行,經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn),滿足設(shè)計(jì)要求。
3.2.2 分層現(xiàn)澆模板支撐體系施工設(shè)計(jì)方案
(1)主梁模板支撐系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)方案
a.方案:采用Φ48×3.0(mm)鋼管;立桿梁跨度方向間距0.6m,梁兩側(cè)立桿間距1.2m,梁底增加承重立桿1根,立桿步距1.5m;立桿承重連接及水平桿與立桿連接方式均采用雙扣件;M12穿梁對(duì)拉螺栓,穿梁螺栓水平間距700mm;剪刀撐5步4跨;如圖示3。
b.每1m梁長(zhǎng)支架材料需求統(tǒng)計(jì):立桿110m,水平桿件65m,剪刀撐鋼管19m,直角扣件10個(gè),對(duì)接扣件10個(gè),旋轉(zhuǎn)扣件3個(gè)。
c.荷載參數(shù)計(jì)算:
①按分層施工工藝主梁混凝土第2次澆筑,梁截面寬度0.6m,梁截面高度0.88m計(jì)算,梁自重線荷載標(biāo)準(zhǔn)值:0.6m×0.88m×25.5kN/m3=13.46kN/m;50%的線荷載6.73kN/m,通過梁底立桿成集中荷載傳遞至地下室主梁上,可忽略對(duì)地面板產(chǎn)生破壞;50%的線荷載6.73kN/m通過外側(cè)2根立桿成集中荷載P1傳遞到地面板上,P1=6.73kN/m×0.6m/2=2.02kN;
② 每1m梁長(zhǎng)支架自重:(110+65+19)m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)個(gè)×1.1kg/個(gè)×9.8N/kg=6.52kN,50%的自重荷載3.26kN/m,通過梁底立桿直接至地下室主梁上,可忽略對(duì)地面板產(chǎn)生破壞;另50%的荷載通過其它2根立桿成集中荷載P2至地面板上,P2=3.26kN/m×0.6m/2=0.98kN;
③木方模板自重為0.5kN/m2,施工荷載為1kN/m2。
地面板荷載作用效應(yīng)最大值2.02+0.98+0.5+1.0=4.5kN/m2<設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2,在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結(jié)構(gòu)安全。
(2)次梁模板支撐系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)方案
a.方案:采用Φ48×3.0(mm)鋼管;立桿梁跨度方向間距0.6m,梁兩側(cè)立桿間距1.2m,立桿步距1.5m;單扣件連接方式;二道M12穿梁對(duì)拉螺栓,穿梁螺栓水平間距700mm;剪刀撐5步4跨;如圖示4。
b.每1m梁長(zhǎng)支架材料需求統(tǒng)計(jì):立桿85m,水平桿件70m,剪刀撐鋼管19m,直角扣件10個(gè),對(duì)接扣件10個(gè),旋轉(zhuǎn)扣件3個(gè)。
c.荷載參數(shù)計(jì)算:
①按分層施工工藝次梁混凝土第2層次澆筑,梁截面寬度0.3m,梁截面高度0.88m計(jì)算,梁自重線荷載標(biāo)準(zhǔn)值:0.3m×0.88m×25.5kN/m3=6.73kN/m;通過梁兩側(cè)2根立桿成集中荷載P3傳遞到地面板上,P3=6.73kN/m×0.6m/2=2.02kN;
表1 中央大廳屋蓋梁板混凝土分層現(xiàn)澆與一次性現(xiàn)澆支撐系統(tǒng)方案對(duì)比分析表
② 每1m梁長(zhǎng)支架自重:(85+70+19)m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)個(gè)×1.1kg/個(gè)×9.8N/kg=5.88kN,荷載通過2根立桿成集中荷載P4至地面板上,P4=5.88kN/m×0.6m/2=1.76kN;
③木方模板自重為0.5kN/m2,施工荷載為1kN/m2。
地面板荷載作用效應(yīng)最大值2.02+1.76+0.5+1.0=5.28kN/m2<設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2,在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結(jié)構(gòu)安全。
(3)屋面板模板支撐系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)方案
立桿縱距1.2m,立桿橫距1.2m,立桿步距1.6m,模板支架搭設(shè)高度為22m,經(jīng)計(jì)算地面板荷載作用效應(yīng)最大值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2,在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結(jié)構(gòu)安全。
(4)模板支撐體系注意事項(xiàng):
a.水平桿、豎桿搭接接頭不宜全部設(shè)置在同步或同跨內(nèi),錯(cuò)開搭接;
b.模板支架與已施工完成的框架柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性拉接;
c.對(duì)拉螺栓蝴蝶扣的水平方向鋼管龍骨為兩根,應(yīng)平直,不得彎曲;
d.樓板模板起拱容易被忽視,須按施工規(guī)范要求起拱;
e.嚴(yán)格控制實(shí)際施工荷載不超過設(shè)計(jì)荷載,鋼筋等材料不能在支架上方堆放。
3.2.3 工期
分層現(xiàn)澆與一次性整體現(xiàn)澆混凝土方案對(duì)比,滿堂架支撐方案的鋼管、扣件數(shù)量及工費(fèi)均降低,雖然養(yǎng)護(hù)等待時(shí)間稍長(zhǎng),但合理安排各工種沒有窩工,工作量減少了1/3,工期也在90天內(nèi)完成。
3.2.4 成本費(fèi)用
分層現(xiàn)澆滿堂架鋼管支撐體系總成本費(fèi)用894450元,工期3個(gè)月;實(shí)際使用鋼管760t;卡扣190t;滿堂架鋼管含量減少,人工費(fèi)單價(jià)降低為8元/m3。分項(xiàng)計(jì)算如下:
⑴ 鋼管租金:760t×3個(gè)月×130元/t/月+760t×(40+50)元/t=364800元;
⑵ 鋼管扣件租金:190t×3個(gè)月×275元/t/月+190t×(60+50)元/t=177650元;
⑶ 人工費(fèi):44000m3×8元/m3=352000元。
通過兩方案對(duì)比分析,采用分層現(xiàn)澆混凝土(方案2)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益:71.4617萬元。詳見《中央大廳屋蓋梁板混凝土分層現(xiàn)澆與一次性現(xiàn)澆支撐系統(tǒng)方案對(duì)比分析表》;同時(shí)解決了當(dāng)時(shí)在當(dāng)?shù)仄h(yuǎn)地區(qū)無法一次性租到如此大量鋼管及扣件的問題。(如表1)
本項(xiàng)目中央候車大廳屋蓋體系混凝土梁樓板施工時(shí),在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,留置水平施工縫,采取先澆筑主梁混凝土至次梁底,再將主、次梁混凝土澆筑至屋面板底,最后整體澆筑樓板混凝土,大量節(jié)約模板支撐體系的材料用量和人工工費(fèi),產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,同樣保證了施工質(zhì)量、安全;成功應(yīng)用分層混凝土澆筑方法,是實(shí)現(xiàn)同類型超重、超高梁板現(xiàn)澆施工的優(yōu)選方案之一。
[1]GB50009-2012.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.
[2]《建筑施工手冊(cè)》第五版.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.
[3]JGJ130-2011.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].
[4]JGJ162-2014.建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].
[5]杜榮軍著.扣件式鋼管模板高支撐架設(shè)計(jì)和使用安全[M].