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。