吳發(fā)展

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司 三河 065201)

0 引言

滑模技術(shù)是由模板系統(tǒng)、液壓操作系統(tǒng)、提升系統(tǒng)等組成的系統(tǒng),帶動模板沿著混凝土表面向上滑動而成型的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法,當(dāng)混凝土澆筑完一層后,進(jìn)行下道程序提升模板高度,兼顧了混凝土的施工進(jìn)度和澆筑質(zhì)量?；＜夹g(shù)在水利水電工程應(yīng)用較多[1-3],具有效率高、節(jié)省物力等優(yōu)勢。趙民介[4]在高速公路施工中應(yīng)用滑模施工技術(shù)解決了機械化程度較低、效率較低等問題。王志[5]在地下廠房通風(fēng)豎井襯砌中采用滑模施工,縮短了工期,保證了工程質(zhì)量。焦金軍[6]在隧道通風(fēng)豎井襯砌中應(yīng)用滑模技術(shù),縮短了工期,保證了施工質(zhì)量。西南市政工程TX數(shù)據(jù)洞庫隧道矩形豎井的襯砌結(jié)構(gòu)施工空間有限,搭設(shè)操作平臺后,材料轉(zhuǎn)運操作難度高,為減少因混凝土分層施工造成施工縫增多及模板接縫間錯臺增加、接縫處理不規(guī)范產(chǎn)生的滲漏水風(fēng)險,保障混凝土結(jié)構(gòu)施工的實體質(zhì)量、觀感質(zhì)量、結(jié)構(gòu)防水要求及施工進(jìn)度需求,豎井襯砌采用滑模技術(shù)。

1 工程概況

西南市政工程TX數(shù)據(jù)洞庫位于山體內(nèi),布置了B1～B5五條平行主隧道[7],與A1聯(lián)絡(luò)隧道平面正交,主隧道開挖尺寸為19.5m(寬)×13.4m(高),斷面積262m2,為特大斷面[8],為保障隧道內(nèi)機房排風(fēng)排煙暢通,在山體內(nèi)共計設(shè)置 11 座矩形豎井(圖1)。隧道豎井初期支護(hù)結(jié)構(gòu)為I16 工字鋼支護(hù),位于初期支護(hù)結(jié)構(gòu)與二次襯砌結(jié)構(gòu)間設(shè)置雙層防水層,防水層結(jié)構(gòu)為蜂窩式防水板+HDPE自粘式防水卷材組合防水;豎井內(nèi)凈空尺寸寬度為4.4m,長度為7.6～20.8m,豎井井深22.5～49.2m。在豎井結(jié)構(gòu)中部設(shè) 1～3 道中部支撐隔墻。豎井井壁襯砌結(jié)構(gòu)厚 0.6m,中隔墻結(jié)構(gòu)厚 0.3m,結(jié)構(gòu)采用 C35 鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

圖1 豎井平面分布示意圖

2 豎井滑模襯砌方案

矩形豎井底部通道襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋模板安裝加固施工完成后,安裝豎井滑模體系及鋼筋防水層作業(yè)臺架,第一組豎井襯砌混凝土與底部通道同步澆筑,避免豎井與連接通道二次襯砌出現(xiàn)施工縫及錯臺。豎井防水層及襯砌豎向鋼筋按照 3m 節(jié)段超前混凝土澆筑進(jìn)行施工,襯砌混凝土滿足脫模強度后,按照 30cm 高度分層不間斷澆筑,緊扣各工序施工循環(huán)時間,是在保證安全、質(zhì)量的條件下實現(xiàn)滑模快速施工。矩形滑模系統(tǒng)由液壓操作系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和提升系統(tǒng)組成[9],豎井側(cè)墻為單側(cè)鋼模板,配合“F”型提升架(圖2),中部隔墻為雙側(cè)鋼模板,配合“π”型提升架(圖3)。

圖2 “F”型提升架剖面示意圖

圖3 “π”型提升架剖面示意圖

3 滑模提升架設(shè)置

提升架采用 48鋼管作為承力桿、QYD—60A型千斤頂,根據(jù)矩形豎井總周長,初步計算得出需提升架數(shù)量:周邊“F”型提升架18個,中間“π”型提升架3個;每個提升架布置1臺千斤頂,因此需千斤頂數(shù)量為21臺(圖4)。

圖4 豎井滑模提升系統(tǒng)布置平面圖

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《液壓滑動模板施工技術(shù)規(guī)范》GB 113—87的設(shè)計規(guī)定,所需千斤頂?shù)淖钚?shù)量n由下式確定:n=N/P,式中N為總垂直荷載(包括模板系統(tǒng)及操作平臺系統(tǒng)的自重、操作平臺上的施工荷載和模板提升時與混凝土之間的摩阻力),P為千斤頂允許承載力。

3.1 滑升總荷載計算

3.1.1 模板摩擦阻力F

模板提升時,混凝土與模板之間的摩阻力系數(shù)為1.5～3.0kN/m2,取2.0kN/m2。

模板與結(jié)構(gòu)接觸面積:S1=36×1.2= 43.2m2。

摩擦阻力:F=2.0kN/m2×S1=2.0kN/m2×43.2m2=86.4 kN,取87kN。

3.1.2 滑升裝置自重G1

“F”型提升架:18個× 40kg=720kg。

“π”型提升架:3個× 80kg=240kg。

圍圈:260m× 8.05kg/m=2093kg。

吊架:21付×16.00kg/付=336kg。

千斤頂油管:28kg×21臺=588kg。

平臺上防水作業(yè)平臺立柱(I16):20.513kg×(3m×6根)=369.3kg。

平臺上防水作業(yè)平臺連接桿(I16):20.513 kg×(3m+3m+9m+9m)=493kg。

平臺上防水作業(yè)平臺伸縮桿:總重350kg。

720kg+240kg+2093kg +336kg +588kg +369.3kg+493kg+350kg=5189.3kg。

共計5189.3kg×9.8N/kg=50.9kN。

2層平臺木板:2×7.6×4.4× 0.04× 700kg/m3=1873kg,1873kg×9.8N/kg=19kN。

模板:43.2m2× 37kg/ m2=1598kg,1598kg×9.8N/kg=15.7kN。

操作平臺上施工荷載:

①人員:20人×70kg/人=1400kg。

②液壓設(shè)備、油桶、工具等:700kg+100kg+400kg+250kg= 1450kg。

③材料:預(yù)估5200kg。

操作平臺共計:(1400+1450+5200)kg×9.8N/kg=78.9kN。

靜荷載系數(shù)取1.2,全部總重:

50.9kN+19kN+15.7kN+78.9kN=164.5 kN,164.5kN×1.2 =197kN。

3.1.3 施工荷載G2

電焊機動荷載:2臺×1.0kN/臺×1.1=2.2kN。

混凝土振搗器動荷載:

4臺×0.15kN/臺×1.3=0.78kN。

混凝土振搗棒動荷載:

4根×0.15kN/根× 1.3=0.78kN。

混凝土入模時,對模板沖擊力荷載:

取2.0kN。

考慮荷載的動靜系數(shù):

活荷載取1.4。

施工荷載:

G2= (2.2kN+0.78kN+0.78kN+2.0kN) ×1.4=8kN。

人在平臺推混凝土活荷載:

(4×75+1000) ×9.8×1.4=18kN。

其他荷載:4kN。

共計:8kN +18kN+4kN =30kN。

3.1.4 滑升總荷載N

N=F+G1+G2=87kN+197kN+ 30kN=314kN。

3.2 千斤頂和支撐桿數(shù)量計算

千斤頂數(shù)量n=N/P,式中P取單臺千斤頂或支承桿的允許承載力,千斤頂?shù)脑试S承載力為千斤頂額定提升能力的1/2, 支承桿的允許承載力按公式P=(a/K)×(99.6-0.22L)計算,兩者取其較小值。

現(xiàn)千斤頂設(shè)計為QYD—60A型滾珠式液壓式千斤頂,其單個千斤頂?shù)挠嬎愠休d力P1為30kN。

選用 48×3.5鋼管作為爬升支撐桿,使得提升力與整體剛度均得到提高,該支撐桿的允許承載力為:P= (a/K) × (99.6-0.22L)。

其中:P支撐桿的允許承載力;

a為工作條件系數(shù),取0.2～1.0,視施工操作桿、滑模平臺結(jié)構(gòu)情況確定,本設(shè)計取0.7;

K為安全系數(shù),取值應(yīng)>2.0;本設(shè)計取2.0;

L為支撐桿脫空長度,系從混凝土表面至千斤頂下卡頭距離(cm),本設(shè)計取82cm,故

P2= (0.7/2) ×(99.6-0.22 ×82) =28.546 (kN)

P取P1與P2的小值,P=28kN;

千斤頂數(shù)量n=N/P=314kN/28≈12臺。

考慮中間隔墻及轉(zhuǎn)角段模板滑升平穩(wěn),本次施工共計布置千斤頂21臺,大于按荷載計算的12臺,故滿足要求。

4 操作要點

4.1 矩形滑模系統(tǒng)組裝

豎井中部根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)置 1～2 道中隔墻,側(cè)墻襯砌結(jié)構(gòu)厚 0.6m,隔墻襯砌結(jié)構(gòu)厚 0.3m。混凝土澆筑采取整體連續(xù)分層澆筑(分層厚 30cm)。根據(jù)豎井結(jié)構(gòu)形式,保障襯砌混凝土外觀質(zhì)量減少模板接縫,模板根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面尺寸現(xiàn)場加工直面大鋼模、配套轉(zhuǎn)角整體模板及中部隔墻模板,模板高1.2m?；２捎萌簤合到y(tǒng)提升作業(yè),用直徑 48×3.5mm 的無縫鋼管作為滑模爬升立桿,液壓千斤頂采用 QYD—60A 滾珠式楔塊千斤頂,通過液壓系統(tǒng)供油和停油來完成一次提升循環(huán),從而帶動模板上升。

組裝過程中需注意:

(1)嚴(yán)格控制進(jìn)場材料的驗收,避免滑模模板、提升架及爬桿運輸及裝卸途中受損影響施工質(zhì)量;

(2)滑模系統(tǒng)(模板、提升架、爬桿)組裝完成后嚴(yán)格按照液壓滑動模板施工安全技術(shù)規(guī)程進(jìn)行驗收,確保施工質(zhì)量。

(3)滑模施工常因千斤頂滑升不同步、荷載不均勻以及外部等原因造成豎井體傾斜與扭轉(zhuǎn),施工過程應(yīng)時刻按照規(guī)范及方案做好防抗扭糾偏等相關(guān)措施。

(4)防水層鋼筋操作平臺各部位支架應(yīng)連接牢固,立柱與滑模操作平臺應(yīng)焊接牢固,不得漏焊。

4.2 矩形滑模提升系統(tǒng)的配置

(1)根據(jù)滑模體系提升系統(tǒng)的受力檢算,得出提升液壓系統(tǒng)(千斤頂)配置數(shù)量的同時,根據(jù)豎井結(jié)構(gòu)周長平均分配提升系統(tǒng)設(shè)置位置,但考慮矩形豎井周邊及中部隔墻存在轉(zhuǎn)角,防止提升過程轉(zhuǎn)角模板偏壓,提升架位置嚴(yán)格按照各尺寸豎井滑模提升架受力檢算進(jìn)行布設(shè),并根據(jù)實際情況在轉(zhuǎn)角處增設(shè)提升架。

(2)為滿足豎井襯砌超前施作防水層及襯砌鋼筋,采取在豎井滑模平臺上增設(shè)鋼筋、防水層作業(yè)臺架,臺架為鋼結(jié)構(gòu),與底橫梁及“F”型提升架連接,長、寬、高結(jié)構(gòu)尺寸以滿足施工需求。

4.3 防水層施工

矩形豎井初期支護(hù)面按設(shè)計要求處理完成后,在初期支護(hù)和二次襯砌混凝土之間鋪設(shè)防水層。防水材料鋪設(shè)采用井口吊車將材料吊入井內(nèi),放置在安裝在滑模操作平臺上的鋼筋、防水層作業(yè)臺架上,配置 4 名工人進(jìn)行防水層鋪設(shè)固定。為滿足豎井防水層“零”漏水要求,在鋪設(shè)固定 EVA 防水板時對固定點采取填充黏結(jié)劑膠囊,土工布采用水泥射釘和鐵墊片通過膠囊墊片固定在初期支護(hù)面上,在膠囊墊片上設(shè)有填充黏結(jié)劑(丙烯酸聚合物30%～34%、水34%～38%、鈦白粉0 .1%～1%、二氧化硅0.5%～2%、硅微粉8%～10%、云母氧化鐵12%～16%和丁基氨基甲酸碘代丙炔酯4%～8%)的膠囊,用橡膠錘使膠囊破裂后放出黏結(jié)劑,按壓5秒鐘,以保證黏結(jié)劑形成黏結(jié)層,該方法的實施有效保證了防水體系完整性和結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量。

防水層質(zhì)量控制要點:

(1)進(jìn)場材料應(yīng)檢驗合格方可投入使用。防水材料應(yīng)存放陰涼處,避免暴曬老化。

(2)防水層鋪設(shè)前應(yīng)再次檢查初支表面是否有突起物,防止刺穿防水材料。

(3)防水材料鋪設(shè)應(yīng)平順,避免褶皺,做到松弛有度,避免混凝土擠壓破損。

(4)防水材料固定應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)交底間距及固定方式進(jìn)行固定作業(yè),并按設(shè)計要求處理,杜絕固定點滲漏水。

4.4 鋼筋制安

豎井分段防水層鋪設(shè)完畢并驗收合格后,進(jìn)行襯砌雙層鋼筋安裝施工,鋼筋連接處錯位長度滿足 35d 要求。考慮施工便捷及避免材料浪費,豎向筋一般按 3m下料,一次安裝高度為3m,在模板滑升至規(guī)定高度后(30cm)及時安裝內(nèi)層水平筋及拉結(jié)筋。

鋼筋制安質(zhì)量控制要點:

(1)進(jìn)場材料應(yīng)檢驗合格方可投入使用,材料做好墊上蓋,防止銹蝕。

(2)豎井各部位鋼筋應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計交底要求進(jìn)行加工安裝,嚴(yán)禁出現(xiàn)鋼筋混用代替現(xiàn)象。

(3)鋼筋定位應(yīng)準(zhǔn)確,按照設(shè)計要求設(shè)置保護(hù)層,避免露筋。

4.5 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

4.5.1 混凝土布料

矩形豎井襯砌混凝土由混凝土拌和站生產(chǎn)運輸至施工現(xiàn)場,混凝土澆筑時由豎井井口吊車將混凝土吊送至入模。四周及隔墻對稱均勻分層澆筑,為避免混凝土的自由傾落高度超過 2m,造成混凝土離析,同時為防止混凝土偏壓造成模板變形、偏位,在鋼筋、防水板操作臺架上設(shè)置接料斗及旋轉(zhuǎn)溜槽輸送混凝土入模,以達(dá)到快速均勻澆筑混凝土?；炷寥肽：蟛捎?0型插入式振搗器搗固密實。

滑模提升系統(tǒng)頂部的鋼筋綁扎安裝臺架,遮擋了泵車混凝土輸送管道下料位置,混凝土澆筑時易出現(xiàn)“冷縫”,以及一側(cè)混凝土澆筑時滑模模板受力不均勻?qū)е履０逑到y(tǒng)發(fā)生局部位移等現(xiàn)象。為有效保證混凝土澆筑質(zhì)量,研發(fā)用于矩形豎井襯砌混凝土澆筑布料的裝置及其安裝方法(圖5),鋼筋臺架上設(shè)置接料斗,接料斗的底部穿過鋼筋臺架有延長串桶,延長串桶底部旋轉(zhuǎn)連接有多個溜槽,溜槽設(shè)置有坡度且向遠(yuǎn)離與延長串桶連接的一端水平降低,每個溜槽的自由端一側(cè)與鋼筋臺架掛接[10]。通過接料斗、旋轉(zhuǎn)溜槽移動布料,有效解決布料不均勻、混凝土出現(xiàn)“冷縫”及模板移位等問題[11]。

圖5數(shù)字序號含義:1—鋼筋臺架,2—接料斗,21—鋼架梁固定點,3—延長串桶,4—溜槽,41—吊裝孔,5—鋼絲繩,6—鋼絲繩固定連接孔,7—混凝土

4.5.2 混凝土澆筑質(zhì)量控制

混凝土標(biāo)號應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求拌制、運輸,澆筑質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范及交底要求。每循環(huán)(30cm)混凝土澆筑完成后,在強度達(dá)到 0.3MPa后即可對滑模進(jìn)行滑升。模板滑升速度依照氣溫、混凝土量等諸多因素而定,具體滑升時間根據(jù)第一組混凝土試驗確定。為避免底部混凝土初凝,造成卡?；蚰０逄嵘斐苫炷帘砻媛槊娴羝?每循環(huán)澆筑時間不宜超過 1 h。

混凝土澆筑滑升過程勤于檢查垂直度,每提升一循環(huán)(30cm)檢查一次,由專人進(jìn)行垂直度、平整度的檢查,以保證滑模平臺在同一水平面上。中心控制采用 10～25kg 線錘進(jìn)行吊中,每滑升 1m 采用水準(zhǔn)儀檢查各提升架標(biāo)高,確保提升系統(tǒng)頂部處于同一高程。滑?；骄囗敿s 1m 時,放慢滑升速度,進(jìn)行準(zhǔn)確的找平和糾正工作,保證頂部標(biāo)高及位置的正確。

在滑模平臺底部設(shè)置混凝土養(yǎng)護(hù)平臺,平臺一般采用φ32 圓鋼加工,平臺周邊采用安全防護(hù)網(wǎng)防護(hù),并在平臺上沿周邊布置一路養(yǎng)護(hù)噴霧水管,用于混凝土養(yǎng)護(hù)及處理混凝土表面局部缺陷。

5 施工效果

矩形豎井采用滑模施工,連續(xù)、快速,可充分發(fā)揮配套設(shè)備能力,提高施工效率,降低施工過程安全隱患及事故的發(fā)生概率,降低施工成本。施工進(jìn)度快,根據(jù)不同結(jié)構(gòu)斷面,日平均滑升進(jìn)度 2.5～3.0m 左右,其他襯砌模板施工工藝施工,日平均澆筑進(jìn)度在 1.0～1.5m,施工工期縮短 1～2 倍。

滑模正?；┕て陂g,節(jié)約分層施工縫設(shè)置及處理,提高混凝土整體澆筑質(zhì)量,結(jié)構(gòu)成型效果好。同時節(jié)約了設(shè)置施工縫所需用的止水鋼板及因施工縫處理不到位可能出現(xiàn)的滲漏水處理費用。

滑模系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)自動滑升,無須其他起重設(shè)備配合,降低了起重設(shè)備配置及豎井井口外施工場地占用量。

滑模為一次組裝成型,循環(huán)定位施工,減少節(jié)約循環(huán)拼裝轉(zhuǎn)運模板、安裝、拆卸模板周期時間,同時減少井內(nèi)搭設(shè)滿堂腳手架占用底部空間、影響井底工序施工。

6 結(jié)論

矩形滑模系統(tǒng)“F”型提升架和“π”型提升架的布置,根據(jù)矩形豎井總周長計算得出提升門架需要的千斤頂數(shù)量是21臺,根據(jù)滑升荷載計算出所需的千斤頂數(shù)量是12臺,考慮中間隔墻及轉(zhuǎn)角段模板滑升平穩(wěn),施工布置21臺千斤頂,滿足要求。滑模系統(tǒng)組裝過程嚴(yán)格按照液壓滑動模板施工安全技術(shù)規(guī)程進(jìn)行,并做好防抗扭糾偏等相關(guān)措施。

為滿足豎井防水層“零”漏水要求,在鋪設(shè)固定 EVA 防水板時對固定點采取填充黏結(jié)劑膠囊,有效保證了防水體系完整性和結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量。

混凝土澆筑滑升過程勤于檢查垂直度,模板滑升速度依照氣溫、混凝土量等諸多因素而定,研發(fā)用于矩形豎井襯砌混凝土澆筑布料的裝置及其安裝方法,通過接料斗、旋轉(zhuǎn)溜槽移動布料,有效解決布料不均勻、混凝土出現(xiàn)“冷縫”及模板移位等問題。