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        梯田式回填混凝土的模板支撐設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

        2018-09-06 09:40:30錢海波王梁琪中國(guó)建筑第八工程局有限公司上海200122
        建筑科技 2018年1期
        關(guān)鍵詞:坑底鋼架臺(tái)階

        錢海波,張 虎,羅 靖,王梁琪(中國(guó)建筑第八工程局有限公司,上海 200122)

        1 坑底回填混凝土概況

        根據(jù)坑底基礎(chǔ)混凝土回填工程設(shè)計(jì)要求,坑底基礎(chǔ)持力層需達(dá)到中風(fēng)化層,且?guī)r石面碎石需清理至潔凈的裸露巖面[1]??拥谆A(chǔ)混凝土回填工程可根據(jù)左右兩側(cè)自然分區(qū),同時(shí)施工,根據(jù)臺(tái)階高度和地形由低向高鋪展?jié)仓???拥谆A(chǔ)采取大體積混凝土進(jìn)行找平后,施工兩層箱型基礎(chǔ)?;靥罨炷翗?biāo)號(hào)為 C 25,總方量約為 13000m3。

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件,土建與崖壁支護(hù)單位穿插施工,坑底基礎(chǔ)回填左側(cè)和右側(cè)同時(shí)施工??拥谆A(chǔ)大體積,回填混凝土呈臺(tái)階式,最高臺(tái)階高度為 6.83m,最低臺(tái)階高度約 0.10m?;炷翝仓捎醚丨h(huán)向斜坡斜面分層澆筑的方法澆筑,由低向高澆筑。整體連續(xù)澆筑時(shí)宜為 300~500 mm,每層混凝土厚度應(yīng)不超過振搗棒有效長(zhǎng)度(35~38.5 mm)的 1.25 倍[1],層與層之間的混凝土接合時(shí)間控制在混凝土初凝前完成,同時(shí)采用2次振搗工藝。

        每次澆筑時(shí),若臨近臺(tái)階高差不大,可直接將臨近臺(tái)階一起澆筑。2m 以下臺(tái)階一次澆筑成型,2~4m 臺(tái)階分2 次澆筑,4.00~6.83m 臺(tái)階分3次澆筑。整個(gè)回填混凝土工程分12次澆筑完成,通過 BIM 模擬回填完成后最終效果圖如圖1所示。

        圖1 梯田式回填混凝土 BIM 模擬效果圖

        2 模板支撐設(shè)計(jì)

        2.1 模板支撐簡(jiǎn)化模型

        現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的模板及其支架拆除時(shí)的混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。模板工程是混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量好壞的重要保證,也是在地下結(jié)構(gòu)施工中投入較大的一部分[2]。模板支撐系統(tǒng)的選擇正確與否直接影響施工進(jìn)度及工程質(zhì)量。模板方案的選擇和考慮的出發(fā)點(diǎn)是工程的質(zhì)量及進(jìn)度,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合性經(jīng)濟(jì)成本分析,以達(dá)到既滿足工程需要,又減少周轉(zhuǎn)材料投入、降低工程成本的目的。

        針對(duì)工程的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和特殊結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑模板工程,設(shè)計(jì)了一種可拆卸可循環(huán)的模板支撐鋼架體系。整個(gè)鋼架體系高2a+10 b,寬 L(L=L 1+L 2+L 3+L 4),主要由 22 根12號(hào)工字鋼和14根14號(hào)工字鋼拼接而成,最大特點(diǎn)是可根據(jù)實(shí)際施工要求進(jìn)行多高度、多寬度和多階段循環(huán)使用。還包括一個(gè)組合木方,其特征在于:組合木方總高為2a+10 b,由2塊高 a+2 b 木方(底部和頂部)和2塊高3b 的木方(中間部分)組成;HW 100×100×6/8型鋼。帶螺栓的槽鋼不但起到固定體系的作用,更重要的是能隨時(shí)拆分和組裝,如圖2所示。

        圖2 模板支撐鋼架體系整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

        2.2 模板支撐使用原理

        三角形不變體系中元素的支架運(yùn)用表現(xiàn)為設(shè)置剪刀撐,適當(dāng)設(shè)置剪刀撐組成幾何不變體系[3]。受三角形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理的啟發(fā),設(shè)計(jì)了這種可拆卸式的通用性強(qiáng)的模板支撐鋼架體系,利用型鋼構(gòu)件組成一個(gè)由4小部分拼接的大整體鋼架,根據(jù)模板施工高度和寬度不同,如圖3設(shè)置4個(gè)高度梯度(第1梯度是 0~a+2 b;第2梯度是 a+2 b~a+5 b;第3梯度是 a+5 b~a+8 b;第4梯度是 a+8 b~2 a+10 b)和 4個(gè)寬度梯度(如圖3第一梯度是 0~L 1;第2梯度是 L 1~L 2;第3梯度是 L 2~L 3;第4梯度是 L 3~L 4。),從而根據(jù)施工組織,進(jìn)行合理拆分和組裝使用,提高了施工的靈活性,同時(shí)通過設(shè)置帶螺紋的槽鋼,可連接型鋼構(gòu)件,以適應(yīng)不同高度或?qū)挾饶0逡?,提供多用途,增?qiáng)通用性。該模板支撐模型不僅可以有效克服現(xiàn)有模板支撐體系結(jié)構(gòu)繁雜的弊端,而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用,減少成本,加快進(jìn)度。以鋼代替木,可回收再利用,節(jié)約大量木材[4]。

        圖3 模板支撐體系二維梯度示意圖

        使用時(shí),根據(jù)實(shí)際需要對(duì)不同部位和不同結(jié)構(gòu)的模板支撐體系簡(jiǎn)單可分為4類:第1類是寬度 0~L1與高度 0~a+2 b 組成的區(qū)域;第2類是寬度 0~L2與高度 0~a+5 b 組成的區(qū)域;第3類是寬度 0~L3與高度0~a+8 b 組成的區(qū)域;第2類是寬度 0~L4與高度 0~2 a+10 b 組成的區(qū)域。這4類可以視具體工況進(jìn)行交叉輪轉(zhuǎn)使用,達(dá)到就地拆裝、就地轉(zhuǎn)移、循環(huán)使用的目的。

        3 工程應(yīng)用

        坑底回填混凝土呈梯田式,錯(cuò)落復(fù)雜,模板支設(shè)困難,均需采取單面支撐方式進(jìn)行模板支撐。經(jīng)過統(tǒng)計(jì),回填混凝土基礎(chǔ)的臺(tái)階形式眾多,主要分為 A 型臺(tái)階形式和AB 型臺(tái)階形式,具體分類及尺寸如表1 所示。

        表1 回填混凝土基礎(chǔ)的臺(tái)階形式和尺寸分類

        本工程中選取具有代表性的臺(tái)階進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,選取高度最高臺(tái)階 6.83m(按 6.9m)進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù) GB 50204—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的方法對(duì) 4m×6.9m 的模板支撐鋼構(gòu)件進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算,結(jié)果見表2,均滿足要求。使用 Midas 對(duì)該三角支架應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析,整體穩(wěn)定,滿足受力要求。應(yīng)力應(yīng)變?nèi)鐖D4所示。其余可按此類具代表性臺(tái)階模板支撐進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。對(duì)其他 3種類型支撐鋼構(gòu)件整體穩(wěn)定性驗(yàn)算,結(jié)果也均滿足要求。

        圖4 4m×6.9m 型支架應(yīng)力應(yīng)變圖

        表2 支撐鋼構(gòu)件整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

        另外,對(duì)支撐系統(tǒng)支座設(shè)置鋼絲繩 6m×19m,直徑24.5 mm,抗拉強(qiáng)度 389.000 kN,滿足要求。預(yù)埋鋼筋HRB 400 φ 40,其抗拉強(qiáng)度 452.196 kN,滿足要求。參考GB 50017—2003《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,支座錨固鋼筋計(jì)算所需鋼筋面積 479.74 mm2;設(shè)置2根 HRB 400 φ 25鋼筋,截面積為 982 mm2,認(rèn)為滿足要求。

        4 經(jīng)濟(jì)效益分析

        (1) 與購(gòu)買木方子相比,這種新型鋼模板支撐架成本顯著降低。購(gòu)買木方需要成本約 55 萬元,而租賃鋼構(gòu)件支撐架約 21 萬元,節(jié)約 43.6%;相對(duì)于租賃來說,購(gòu)買鋼構(gòu)件組裝模板支撐架成本約 30 萬元,對(duì)于周轉(zhuǎn)次數(shù)少的工程顯然不利于節(jié)約成本。但是,針對(duì)深坑酒店工程的特殊性,坑底回填混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、回填方量較大的特點(diǎn),考慮到鋼構(gòu)件周轉(zhuǎn)次數(shù)多,可拆卸、可循環(huán)、可回收,購(gòu)買鋼構(gòu)件制作模板支撐也是可行的。

        (2) 對(duì)于合理的時(shí)間節(jié)點(diǎn),通過計(jì)算和市場(chǎng)行情的分析來看:5 個(gè)月是合理時(shí)間點(diǎn)。使用時(shí)間>5個(gè)月時(shí),購(gòu)買更經(jīng)濟(jì);反之,租賃比較好。

        (3) 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況及實(shí)際需要,使用這種鋼構(gòu)件組合支撐架體系比使用木方更為合理。另外,根據(jù)工期和業(yè)主要求的進(jìn)度,綜合分析,購(gòu)買是深坑酒店坑底回填混凝土工程的最佳選擇,降低成本 40% ~ 62%。

        5 結(jié) 語

        (1) 坑底回填混凝土呈梯田式,錯(cuò)落復(fù)雜,模板支設(shè)困難,均需采取單面支撐方式進(jìn)行模板支撐,受力和設(shè)計(jì)要求特殊。

        (2) 這種可拆卸式的模板支撐鋼架體系,利用型鋼構(gòu)件組成一個(gè)由四小部分拼接的大整體鋼架,根據(jù)模板施工高度和寬度不同,引入二維梯度施工設(shè)計(jì),通用性強(qiáng),能加快施工進(jìn)度。

        (3) 根據(jù)實(shí)際需要對(duì)不同部位和不同結(jié)構(gòu)的模板支撐體系可以視具體工況進(jìn)行交叉輪轉(zhuǎn)使用,達(dá)到就地拆裝、就地轉(zhuǎn)移、循環(huán)使用和節(jié)約成本的目的。

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