定型鋼模施工的內襯疊合墻成墻質量探究

方衛

（上海滬申高速公路建設發展有限公司，上海市 200063）

0 引言

本文以上海某大型越江隧道工程岸邊段基坑工程為例，該項目由工作井、設備段、暗埋段和敞開段組成，共分23個節段。車道層內襯墻及中隔墻采用定型鋼模板施工；工作井、設備段、暗埋段圍護結構采用地下連續墻；敞開段采用SMW工法樁；地下連續墻區域整體結構形式采用圍護墻與內襯墻疊合形式組成永久結構。本文主要通過對定型鋼模的可靠性分析、內襯墻體的質量分析及其疊合墻變形、受力情況分析，評價定型鋼模使用的有效性及成墻的質量可靠性，為后續類似工程的實施提供借鑒經驗。

1 定型鋼模的可靠性分析

根據案例工程的施工特點，定型鋼模板面板由單塊模板組合而成，每塊模板采用寬2.5 m、高1.04 m的長方形鋼結構。面板厚度為6 mm，背部用6號槽鋼加強。四邊設計小模板之間連接的卡爪結構，四個角上設計與模板支架連接的板。整套模板構件包括三角支撐架、抱箍及面板扣件等。模板的穩定性支護系統如圖1～圖4所示。

圖1 上約束系統

圖2 中約束系統

圖3 下約束系統

在最不利工況下，模擬模板組7 m高混凝土側墻澆筑工況，以兩組共14塊單元模板體來模擬分析，驗證兩組模板組之間連接的應力應變模型分析時采用對稱約束，對支撐桿底部進行鉸鏈固定約束。在面板表面施加壓力載荷，其受力簡圖如圖5所示。

圖4 三角架支撐系統

圖5 模板受力簡圖

采用模型前處理軟件Hyperworks及計算軟件Nastran對定型鋼模進行有限元分析計算。7 m高側墻設計為兩道支撐，每組每道四片，模板組右側的變形為12.4 mm，左側變形為5.6 mm。這是由于模板組第一組的端面沒有任何約束，第二組和第一組連接，右側的變形大于左側，左側的位移會受到右側的影響，所以選取第二組和第三組的連接段模擬分析，其結果能反映真實狀態。在施工過程中，在邊緣一組模板上增加兩片支撐，以滿足抗變形要求。圖6是第二組和第三組模板連接的應變計算結果，可以看出模板的最大位移量為2.386 mm，滿足施工要求。模擬分析如圖6所示。

通過對定型模板的模擬計算，在做出局部改進措施后，各項變形指標均能滿足模板變形控制要求，定型鋼模可有效使用。

圖6 第二組模板面應變圖

2 成墻質量分析

內襯墻結構采用C35抗滲等級P8、P10混凝土，混凝土的配合比在室內試驗經試配后各項指標滿足施工要求。為確保疊合墻質量，必須對圍護接觸面進行清理、鑿毛，使內襯墻與圍護墻緊密結合。內襯墻結構分節段分段澆筑，混凝土的澆筑滿足施工方案要求。拆模后的內襯墻體采用掛布灑水養護，施工過程中照片如圖7、圖8所示。

圖7 鋼模拼裝完成

圖8 掛布養護

成墻質量的檢驗主要通過肉眼觀察及輔以相關測量設備。經現場實測實量，各節段墻面尺寸符合設計要求，平整度最大為3 mm/2 m，垂直度最大為5 mm/5.20 m，保護層厚度為40 mm，均符合規范、設計要求。內襯墻的整體成墻質量雖滿足設計要求，但仍可見局部病害情況，主要表現為局部細微裂縫、表面局部氣孔。表觀質量檢測及典型的病害照片分別如圖9、圖10所示。

圖9 垂直度、平整度檢測

圖10 典型病害照片（氣孔及細微裂縫）

通過對部分墻體典型質量病害的觀察，內襯墻上裂縫多表現為豎向裂縫，裂縫寬度多小于0.2 mm，未見滲漏跡象，以表觀性裂縫居多；裂縫產生的時間段主要出現在拆模后7 d以內。從裂縫分布的空間位置來看，主要處在單次澆筑墻面的中下部區域，該區域也是局部氣泡明顯區域。為有效分析內襯墻體局部病害產生的原因，對內襯墻體澆筑過程中混凝土溫度進行了跟蹤監測。選取兩處代表性澆筑節段分不同深度測量混凝土在澆筑完成后的溫度變化情況，根據測量結果繪制溫度變化時程曲線（見圖11）。

圖11 混凝土溫度變化圖

從內襯墻體內混凝土溫度變化曲線來看，在澆筑面的中下部溫度相對較高，上部區域溫度相對較低；混凝土在終凝時間附近內部溫度達到最大值，隨后溫度開始逐步下降，澆筑完成10 d左右墻體內部溫度趨于穩定。從該案例項目內襯墻體觀察及測量結果綜合來看，對墻體的局部病害原因大致可得出以下幾點結論：

（1）內襯墻體混凝土強度達到設計要求后，裂縫未見發育，可見表觀性裂縫多為靜止裂縫。

（2）混凝土結構表面在模板拆除后，直接與空氣接觸，若養護不及時，容易造成混凝土表面快速失水，尤其夏天鋼模板在陽光直曬下溫度可超50℃，在拆除模板后表面溫度較高，很容易產生表觀收縮裂縫。

（3）混凝土在凝固過程中產生的水化熱較高，當表面溫度與內部溫度差異較大時，溫度差異引起溫度應力，容易造成結構裂縫。

（4）定型鋼模相對傳統木模板密封性更好，振搗過程中氣泡不易排除，容易造成混凝土表觀產生氣孔現象。

根據內襯墻成墻過程中容易產生病害的原因，采取了部分改進措施，進一步降低內襯墻病害的產生。采取的主要措施有：

（1）混凝土澆筑前根據地連墻的監測成果判斷其穩定性，以保證疊合墻施工完成后整體變形一致，以防止疊合間差異沉降引起的貫通裂縫。

（2）若在夏季溫度較高時拆除模板，需及時灑水養護；冬季溫度較低時可進行覆膜養護，減小混凝土內外溫差。

（3）在混凝土制作過程中，根據室內試驗參數，根據季節、天氣、溫度的變化，微調外加劑的摻合比，以延緩或加快混凝土的凝固時間。

（4）加強混凝土澆筑過程中的振搗作業，減少墻體混凝土氣孔現象。

通過一系列的改進措施，內襯墻的表觀質量整體明顯改善，表觀性病害出現的機率大幅降低。

3 疊合墻體變形和受力

3.1 深層水平位移

疊合墻的深層水平位移主要針對地下連續墻體的測量，通過預先埋入墻體內的測斜管，采用滑輪式測斜儀每隔50 cm距離測取一段數據，最終形成連續的墻體變形數據。以PD03段墻體深層水平位移變形數據為例，選取代表性測點統計關鍵工況下的累計水平位移變形曲線（見圖12）。

從圖中可以看出：地連墻的變形階段主要處于基坑開挖階段，最大變形數值處于底板以下2 m深度范圍；支撐拆除期間，墻體小幅向坑內位移；結構施工期間墻體整體處于相對穩定狀態。地連墻前期的變形主要靠自身強度抵制外部土壓力，隨著內襯墻結構施工的進行，內襯墻與地連墻逐步疊合，形成整體結構。從內襯墻施工工況來看，結構施工期間地連墻變形已趨穩定，從而保證了內襯墻施工期間的整體穩定性，為疊合墻的整體質量起到了較好的保護作用。

圖12 墻體深層水平位移累計曲線

3.2 墻體鋼筋應力、應變

疊合墻的應力、應變情況是評價墻體安全性的重要參考資料，有效的應力、應變監控數據將是技術人員判斷墻體穩定性的重要參考依據。在具有代表性的節段選取地連墻、內襯墻受力變形較大位置預埋相應監測傳感器，在左右兩側墻體對稱面上各平行布設四組測點。統計各監測點在不同工況下的受力數據見表1。

從統計數據及結合日常監測數據綜合看，地下連續墻鋼筋受力受坑內土方開挖影響較明顯，隨著開挖深度的增加，地墻最大受力部位逐漸下移，在加固區深度附近達到最大值。內襯墻結構施工期間根據施工進度埋設相應測點，從最終變形數值來看，內襯墻結構鋼筋應力變化數值相對較小，未呈現明顯的受力趨勢。總體來看，疊合墻的應力、應變呈現以下特征：

（1）圍護結構疊合墻的坑外土壓力主要受地下連續墻的克服，地下連續墻在開挖期間的整體變形抵御了坑外絕大多數的土壓力。

（2）疊合墻形成后，地墻與內襯墻整體處于相對穩定狀態，墻體應力未產生明顯改變。

（3）疊合墻的整體剛度較高，內襯墻與地連墻接合面上未出現應變異常，可間接推斷疊合墻體的整體結構性較好。

表1 疊合墻應力、應變統計表

4 結 語

從該案例工程的實用情況來看定型鋼模的使用，其成墻質量相對傳統人工現場鋪設模板的墻體質量明顯提高，同時為項目節省施工周期及投入成本（綜合利用成本）創造了有利條件。定型鋼模施工下的內襯墻表觀質量經過施工過程中的細微改進，可使清水混凝土墻面保持較好的外觀。通過對疊合墻應力、變形的有效監測，也體現出疊合墻的抗變形能力、整體穩定性較好，為后期結構長期運營提供了保障。綜合來看，采用定型模板施工的疊合墻實用性較好，在有條件的市政工程中運用將產生良好的社會及經濟效益。