混凝土現澆工藝與模板支撐體系的探討

謝儉紅

中鐵二十五局集團第六工程有限公司

混凝土現澆工藝與模板支撐體系的探討

謝儉紅

中鐵二十五局集團第六工程有限公司

結合某鐵路車站現澆超重、超高混凝土結構施工實例，通過對施工方案進行設計比選，介紹了一種混凝土結構分段分層施工、模板及支撐系統分段搭設的施工方法，既確保了結構安全，又節約了模板支撐系統材料用量、降低了成本，總結了一些施工技術經驗。

混凝土現澆；梁板；分層澆筑；節約；模板支撐系統

1 引言

不同的混凝土現澆工藝，對建筑模板支撐體系的施工方案要求不同。在現澆超重、超高混凝土結構施工時，經設計單位確認，可采用先澆筑主梁混凝土至次梁底，達到設計強度后再澆筑主、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穩定結構體系，梁自重主要傳遞到兩端立柱上，對模板及支撐系統的壓力都大大減小，每次現澆混凝土支撐體系的設計荷載減少1/2以上，大量節約建筑模板支撐系統的材料用量；與傳統的梁、板混凝土一次性整體現澆方法比，操作簡單，結構安全、費用低，是現澆超重、超高梁板施工的優選方案之一。

2 工程概況

某擴建站房中心里程DK166+230，車站規模為3站臺面6線，新建站房建筑面積2764m2，最高聚集人數1700人(含既有站房最高聚集人數)，建筑造型呈矩形對稱，大屋頂設計用來表現當地建筑的形象氣質及文化特點。站房結構形式采用具有良好整體性和變形能力的現澆鋼筋混凝土框架結構，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厚的鋼筋混凝土結構屋面板；大廳下部為4.5m高地下室（市政停車場），柱距9m×12m，大廳地面為120mm厚鋼筋混凝土樓面板。

3 候車大廳樓蓋混凝土現澆施工方案

3.1 傳統的一次性現澆樓蓋混凝土施工方案

3.1.1 方案

傳統的一次性現澆屋蓋梁、板混凝土，經計算設計高大模板專項方案，采用Φ48×3.0（mm）滿堂鋼管腳手架支撐體系，考慮模數施工，立桿縱、橫向間距0.5m，步距1.0m，主次梁及板支撐架體的強度、撓度值、扣件抗滑移、立桿穩定性等安全指標才能得到完全保證。立桿承重連接方式為可調托座，剪刀撐設置間距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材料需求統計：立桿8752m，水平桿8400m，剪刀撐鋼管942m，直角扣件16800個，對接扣件1200個，旋轉扣件160個，頂托400個，托梁鋼管200m。大廳總面積40×50m2=2000m2，支撐體系材料總用量1603.8t，分項計算如下：

⑴鋼管：（8752+8400+942+200）m×3.3kg/m×2000/100=1195.5t；

⑵鋼管扣件（直角扣、旋轉扣、對接扣、頂托均按1.1kg/個計算）：（16800+1200+160+400）個×1.1kg/個×2000/100=408.3t。

3.1.3 荷載參數

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、機具等施工活荷載1.0kN/m2，荷載作用效應最大值7.86+0.5+7.09+1＝16.45kN/m2；

⑵候車大廳鋼筋混凝土地面板設計活荷載標準值6.0kN/m2；

⑶地面板荷載作用效應最大值16.45kN/m2遠遠大于設計荷載標準值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置，現須與大廳相同,大廳地面板荷載傳遞至地下室地面，才能保證地面板結構安全，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 成本費用

工期3個月；鋼管租金130元/t/月，入庫堆碼費40元/t，裝卸運輸費50元/t；鋼管扣件租金275元/t/月，入庫堆碼費60元/t，裝卸運輸費費50元/t；滿堂架安裝及拆除人工費10元/m3。地下室支撐體系材料不能及時周轉需全額計算租賃費，地下室支撐體系鋼管含量相比正常條件增加，增加人工費2元/m3，傳統滿堂架鋼管支撐體系總成本費用1609067元，分項計算如下：

⑴ 鋼管租金：（1195.5+244.53）t×3個月×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個月×275元/t/月+（408.3+83.52）t×（60+50）元/t＝459852元；

⑶ 人工費：44000m3×10元/m3+9000m3×2元/m3＝458000元。

3.2 分層現澆樓蓋混凝土方案

3.2.1 分層施工工藝

⑴分3層次現澆中央大廳屋面梁板混凝土，通過主、次梁混凝土終凝，形成自架穩定結構體系，提前承擔屋面梁板荷載，傳遞到兩端立柱上，減少對模板支撐系統的壓力。

⑵分層施工工藝：主梁底支撐系統及模板安裝→主梁鋼筋綁扎→主梁側模安裝→第1層次：主梁混凝土澆筑0.8m高（主梁總高1.8m）→混凝土養護→次梁底支撐系統及模板安裝→次梁鋼筋綁扎→主、次梁側模安裝→第2層次：主、次梁混凝土澆筑0.88m高至板底→混凝土養護14d，主、次梁混凝土試塊試壓報告達到設計強度100%→主、次梁底支撐系統按先后澆筑順序逐步錯開拆除梁底支撐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→混凝土養護14d樓板混凝土達到設計強度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水平施工縫的處理，按制定的施工技術方案執行，經設計單位確認，滿足設計要求。

3.2.2 分層現澆模板支撐體系施工設計方案

（1）主梁模板支撐系統施工設計方案

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梁長支架材料需求統計：立桿110m，水平桿件65m，剪刀撐鋼管19m，直角扣件10個，對接扣件10個，旋轉扣件3個。

c.荷載參數計算：

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計算，梁自重線荷載標準值：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,可忽略對地面板產生破壞；50%的線荷載6.73kN/m通過外側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梁長支架自重：（110+65+19）m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)個×1.1kg/個×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,可忽略對地面板產生破壞；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最大值2.02+0.98+0.5+1.0＝4.5kN/m2＜設計荷載標準值6.0kN/m2，在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結構安全。

（2）次梁模板支撐系統施工設計方案

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梁長支架材料需求統計：立桿85m，水平桿件70m，剪刀撐鋼管19m，直角扣件10個，對接扣件10個，旋轉扣件3個。

c.荷載參數計算：

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計算，梁自重線荷載標準值：0.3m×0.88m×25.5kN/m3＝6.73kN/m；通過梁兩側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澆與一次性現澆支撐系統方案對比分析表

② 每1m梁長支架自重：（85+70+19）m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)個×1.1kg/個×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最大值2.02+1.76+0.5+1.0＝5.28kN/m2＜設計荷載標準值6.0kN/m2，在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結構安全。

（3）屋面板模板支撐系統施工設計方案

立桿縱距1.2m，立桿橫距1.2m，立桿步距1.6m，模板支架搭設高度為22m，經計算地面板荷載作用效應最大值遠小于設計活荷載標準值6.0kN/m2，在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結構安全。

（4）模板支撐體系注意事項：

a.水平桿、豎桿搭接接頭不宜全部設置在同步或同跨內，錯開搭接；

b.模板支架與已施工完成的框架柱結構進行剛性拉接；

c.對拉螺栓蝴蝶扣的水平方向鋼管龍骨為兩根，應平直，不得彎曲；

d.樓板模板起拱容易被忽視，須按施工規范要求起拱；

e.嚴格控制實際施工荷載不超過設計荷載，鋼筋等材料不能在支架上方堆放。

3.2.3 工期

分層現澆與一次性整體現澆混凝土方案對比，滿堂架支撐方案的鋼管、扣件數量及工費均降低，雖然養護等待時間稍長，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天內完成。

3.2.4 成本費用

分層現澆滿堂架鋼管支撐體系總成本費用894450元，工期3個月；實際使用鋼管760t；卡扣190t；滿堂架鋼管含量減少，人工費單價降低為8元/m3。分項計算如下：

⑴ 鋼管租金：760t×3個月×130元/t/月+760t×（40+50）元/t＝364800元；

⑵ 鋼管扣件租金：190t×3個月×275元/t/月+190t×（60+50）元/t＝177650元；

⑶ 人工費：44000m3×8元/m3＝352000元。

4 方案對比分析

通過兩方案對比分析，采用分層現澆混凝土(方案2)產生經濟效益：71.4617萬元。詳見《中央大廳屋蓋梁板混凝土分層現澆與一次性現澆支撐系統方案對比分析表》；同時解決了當時在當地偏遠地區無法一次性租到如此大量鋼管及扣件的問題。（如表1）

5 結論

本項目中央候車大廳屋蓋體系混凝土梁樓板施工時，在滿足設計要求的前提下，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，大量節約模板支撐體系的材料用量和人工工費，產生經濟效益，同樣保證了施工質量、安全；成功應用分層混凝土澆筑方法，是實現同類型超重、超高梁板現澆施工的優選方案之一。

[1]GB50009-2012.建筑結構荷載規范[S].中國建筑工業出版社.

[2]《建筑施工手冊》第五版.中國建筑工業出版社.

[3]JGJ130-2011.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S].

[4]JGJ162-2014.建筑施工模板安全技術規范[S].

[5]杜榮軍著.扣件式鋼管模板高支撐架設計和使用安全[M].