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        大型船閘多空箱混凝土結(jié)構(gòu)預制鋼筋混凝土模板施工技術(shù)

        2021-10-26 02:14:44陳秋聲
        工程技術(shù)研究 2021年13期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        陳秋聲

        廣東省水利水電第三工程局有限公司,廣東 東莞 523710

        1 工程概況

        白石窯樞紐船閘工程位于廣東省英德市白石窯樞紐左岸,其中新建二線船閘規(guī)格為220m×23m×4.5m,為減少大體積混凝土水化熱,該工程船閘主體自上游進水口至下閘首各個結(jié)構(gòu)段均設計有空箱結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)段空箱型號設計不同,下閘首邊墩空箱就有方形、梯形、L型等不同形狀。

        受前期征地拆遷滯后、超標洪水等影響,二線船閘施工工期嚴重滯后,傳統(tǒng)空箱施工工藝已不能滿足工期要求。因此,項目部從模板和支撐系著手,對船閘空箱結(jié)構(gòu)模板及支撐進行優(yōu)化,采用預制鋼筋混凝土模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼模板,采用“方管+工字鋼”支撐裝置代替鋼管支架作為支撐體系。通過方案優(yōu)化,有效地解決了密閉空箱空間內(nèi)安裝和拆除模板及支撐體系工作量大、效率低等難題,降低了施工成本,縮短了工期。

        2 預制鋼筋混凝土模板及支撐結(jié)構(gòu)設計

        2.1 預制鋼筋混凝土模板設計

        (1)預制模板尺寸。在查閱相關(guān)資料及綜合船閘空箱尺寸和吊裝能力后,最終選擇規(guī)格為3m×1.7m的側(cè)模和規(guī)格為3.1m×1m的頂模作為標準模板,其中側(cè)模厚80mm,頂模厚150mm。

        (2)預制模板細部構(gòu)造。參考國家建筑標準圖集《混凝土結(jié)構(gòu)施工鋼筋排布規(guī)則與構(gòu)造詳圖(現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、梁、板)》(18G901-1),預制混凝土側(cè)模采用C30混凝土,鋼筋采用直徑為6mm的圓鋼,雙向200mm布置,連接鋼板采用3mm厚的鋼板,每塊預制板布置8塊,規(guī)格為80mm×100mm。預制混凝土頂模采用C25混凝土,鋼筋Ⅲ級鋼筋,主筋采用16mm厚的鋼筋(長方向),間距150mm;分布筋采用6mm厚的鋼筋,間距150mm布置,其中主筋安裝在頂板下部,鋼筋保護層厚度為25mm,吊鉤在上部。預制鋼筋混凝土頂模、側(cè)模分別均勻預埋4個、6個U型拉鉤(20mm圓鋼)作為模板安裝加固點。

        (3)預制模板拼裝。空箱預制模板兩塊模板之間通過鋼板連接點焊接,倒角局部用木模板補縫。

        2.2 模板支持體系設計

        空箱支撐采用立柱+橫梁組合,立柱采用規(guī)格為250mm×250mm×6mm的方管,間隔3m布設,橫梁采用規(guī)格為165mm×200mm的工字鋼,立柱頂部及底部鋪設規(guī)格為300mm×300mm×8mm的鋼板作為墊片,增加支撐面接觸面積。方管下端布置規(guī)格為630mm×8mm的鋼圓筒,鋼圓筒內(nèi)灌滿密實細沙,主要用于調(diào)節(jié)立柱的高度和后期支撐體系的拆除??障淞⒅g用角鋼連接,確保空箱立柱的整體性及穩(wěn)定性。

        3 預制鋼筋混凝土模板及支撐體系強度驗算

        3.1 預制鋼筋混凝土側(cè)板強度驗算

        預制側(cè)板標準規(guī)格為3000mm×1700mm×80mm(長×寬×厚),采用C30混凝土,設單層鋼筋網(wǎng)。C30混凝土軸心抗壓強度設計值fc=14.3MPa,鋼筋等級為HRB400,抗拉強度設計值fy=360MPa。

        (1)新澆混凝土側(cè)壓力計算。新澆混凝土側(cè)壓力取下式中的最小值。

        式中:γc為混凝土重力密度,取24kN/m3;t0為混凝土初凝時間,取5.7h;β1為外加劑修整系數(shù),取1.0;β2為混凝土坍落度修整系數(shù),取1.15;V為混凝土澆筑速度,取0.5m/h;H為混凝土澆筑高度,取3m。

        經(jīng)計算:F1=77.39kN/m2,F(xiàn)2=72kN/m2,取較小值,因此新澆混凝土側(cè)壓力F=72kN/m2,澆筑混凝土時,對側(cè)面模板產(chǎn)生的水平荷載標準值Pv=4kN/m2,振搗混凝土時,對側(cè)模板產(chǎn)生的水平荷載標準值Pc=4kN/m2,荷載總值P=97.6kN/m2,面板的最大彎矩M1=8.808×106N·mm。

        (2)配筋計算。混凝土底部鋼筋保護層厚c=25mm,采用Φ16mm鋼筋,則截面有效高度h0=52mm,側(cè)板計算寬度b=1700mm,主筋直徑為6mm,單根截面積為28.27mm2,共18根,間距為100mm,鋼筋總面積As=508.86mm2。分布鋼筋按構(gòu)造要求確定,選用Φ6@200mm鋼筋。

        3.2 預制鋼筋混凝土頂板強度驗算

        預制頂板(以下簡稱“頂板”)標準規(guī)格為3100mm×1000mm×150mm(長×寬×厚),采用C25混凝土,設單層鋼筋網(wǎng),蓋板兩端擱置在空箱兩側(cè)規(guī)格為165mm×200mm的工字鋼梁上。頂板上部承受混凝土重(含自重)及相應的施工荷載,凈跨度3.0m。C25混凝土軸心抗壓強度設計值fc=11.9MPa,鋼筋等級為HRB400,抗拉強度設計值fy=360MPa。

        (1)荷載計算。①永久荷載標準值。結(jié)構(gòu)混凝土均布永久荷載標準值(含蓋板自重)gk1=25kN/m,永久荷載分項系數(shù)γG=1.2。②可變荷載標準值。施工人員及設備均布荷載標準值qk1=2.5kN/m,可變荷載分項系數(shù)γQ=1.4。振搗混凝土均布荷載標準值qk2=2.0kN/m,荷載設計值S1=gk1×γG+(qk1+qk2)×γQ=36.3kN/m。

        (2)內(nèi)力計算。蓋板計算跨度l0=3.05m,跨中彎矩設計值M1=S1×l02÷8=42.4kN·m。(3)配筋計算?;炷恋撞夸摻畋Wo層厚c=25mm,采用Φ16mm鋼筋,則截面有效高度h0=117mm,側(cè)板計算寬度b=1000mm,主筋直徑為16mm,單根截面積為201.1mm2,共7根,間距150mm,鋼筋總面積As=1407mm2。分布鋼筋按構(gòu)造要求確定,選用Φ6@150mm鋼筋。

        3.3 支撐體系驗算

        (1)工字鋼按該工程最大跨度3m×3.4m計算。彎矩M的計算公式如下:

        式中:q為作用在工字鋼上的線荷載;l為計算跨度,取3m。

        經(jīng)過計算M=1÷8×25×1.7×3×3=47.82kN·m。

        工字鋼規(guī)格為165mm×200mm,若要求不發(fā)生整體失穩(wěn),則最大應力σ的計算公式如下:

        式中:MX為工字鋼所受最大彎矩;Wx為工字鋼截面抵抗矩,取237cm3;σcr為工字鋼容許最大應力值,取215N/mm2。

        經(jīng)過計算σ=47.82÷237×1000=201.74N/mm2≤ 215N/mm2,滿足要求。

        (2)方管立柱受力按下閘首最大空箱9.3m×10.8m×7.5m計算。空箱頂混凝土重力G=2511kN,空箱共設置12根方管,單根方管軸心受力N=156.94kN,方管規(guī)格為250mm×250mm×6mm,方管回轉(zhuǎn)半徑i=99.55mm,方管立柱凈截面面積A=25×25-(25-1.2)×(25-1.2)=58.56cm2,則長細比λ=75.34,查表得a類構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.807,則方管的整體穩(wěn)定計算公式如下:

        式中:N為方管立柱的軸心壓力設計值;φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù);A為方管立柱凈截面面積;[f]為鋼管立桿抗壓強度設計值。

        經(jīng)過計算σ=(156.94×1000)÷(0.807×58.56×100)=33.21N/mm2<235N/mm2,滿足要求。

        4 施工方法

        4.1 施工工藝流程

        施工工藝流程為放線定位→空箱側(cè)板安裝→混凝土澆筑→支撐體系安裝→空箱頂板安裝→混凝土澆筑→支撐體系拆除。

        4.2 主要施工方法

        (1)放線定位。測量人員根據(jù)施工圖紙放樣定位,放出空箱結(jié)構(gòu)邊線位置。

        (2)空箱側(cè)板安裝。在結(jié)構(gòu)邊線內(nèi)側(cè)鉆孔,植入定位鋼筋,采用吊車吊裝至安裝部位進行拉筋焊接,兩塊相鄰模板間通過模板邊緣設置的鋼板進行焊接。

        (3)支撐體系安裝?;炷翝仓娇障湓O計高程后,進行頂板支撐體系的安裝,體系結(jié)構(gòu)分塊在地面焊接完成后進行整體吊裝。

        (4)空箱頂板安裝。支撐體系安裝完成后,采用汽車吊將預制頂板吊裝至安裝部位。頂板上預留規(guī)格為2m×3m的孔洞不予鋪設頂板,并在四周安裝木模板形成通道,方便后期施工人員進出空箱拆除支撐體系,同時頂板往上預埋C25鋼筋彎鉤用于錨固,確保施工安全,并在模板縫間設置彎鉤伸入空箱內(nèi)部,用于后期支撐體系拆除時使用。

        (5)支撐體系拆除。待空箱頂混凝土強度達到設計要求后,施工人員由預留孔洞進入空箱將支撐體系拆除。拆除時,將手動小型葫蘆固定在預留彎鉤上,鋼絲繩通過手動葫蘆將工字鋼綁好固定,再將底部鋼圓筒里面細砂抽離,然后將方管和工字鋼分解吊出空箱。

        5 結(jié)束語

        白石窯樞紐船閘工程創(chuàng)新提出“方管+工字鋼”結(jié)合“預制鋼筋混凝土模板(頂模板及側(cè)模板)”空箱施工工藝替代傳統(tǒng)“鋼模板+滿堂支撐架”的施工方式,加快了現(xiàn)場施工速度,同時支撐結(jié)構(gòu)可就地取材,節(jié)約環(huán)保,可在類似工程施工中推廣應用。

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