高支模技術(shù)在現(xiàn)場施工中的應(yīng)用

侯良民

（中鐵十八局集團隧道工程有限公司，天津300222）

1 工程概況

成都紅星路南延線下穿隧道由框架段、船槽段和擋墻段構(gòu)成。框架部分采用三種結(jié)構(gòu)斷面形式，其中隧道南側(cè)和北側(cè)采用單箱雙室矩形框架結(jié)構(gòu)，核心區(qū)段采用多層框架結(jié)構(gòu)，核心區(qū)以南段采用單箱三室矩形框架結(jié)構(gòu)。

在本文中以多層框架結(jié)構(gòu)為例介紹高支模施工技術(shù)。

多層框架結(jié)構(gòu)F-1 層頂板厚度1.2m，底板厚度1.5m，中墻厚度0.6m，側(cè)墻厚度0.9-1.1m(0.9m、1.1m) ，多層框架結(jié)構(gòu)段支架搭設(shè)高度6.5m；F-2 層主線管廊中隔板厚度0.5m，底板厚度1.8m，側(cè)墻1.5m。如圖1-1 多層框架結(jié)構(gòu)段橫斷面示意圖

2 主體結(jié)構(gòu)施工順序

主體結(jié)構(gòu)施工順序為墊層施工→底板及底板以上70cm 側(cè)墻施工→側(cè)墻及頂板施工。詳見圖2-1。

圖1-1 多層框架結(jié)構(gòu)段橫斷面示意圖

圖2-1 主體多層框架結(jié)構(gòu)施工順序示意圖

3 側(cè)墻模板支撐體系設(shè)計

側(cè)墻模板采用(1830×915×18mm)膠合板，接縫采用硬拼接縫。

豎向次楞采用100×100mm 方木，間距300mm；橫向主楞采用ф48×3.5mm 鋼管，間距600mm。

穿墻高強螺桿（直徑14mm）采用全絲扣、止水加強型 （PN-300 型止水環(huán)外徑 40mm，厚度10mm），對拉螺栓采用雙螺帽進行緊固；墻體上部拉桿間距 60（豎向）×60cm（縱向）、中部加密為 50×60 cm、下部加密為 45×60 cm。具體詳見圖 3-1、圖3-2、圖 3-3。

圖3-1 外墻模板支設(shè)示意圖

固定模板用的螺桿緊靠模板處預(yù)埋塑料方塊或2cm 厚擠塑板。拆除模板后，鑿出塑料方塊或擠塑板，用手持切割機在拉筋的根部切除拉筋，后采用防銹漆涂刷拉筋頭，留下的凹槽采用高標(biāo)號抗?jié)B微膨脹砂漿封堵密實，確保拉筋頭的保護層厚度不小于1cm，并在墻體迎水面（拉筋凹槽處理面）均勻涂刷一層聚氨酯防水涂料。

中墻的穿墻螺桿外套1.8cmPVC 管，拆除模板及拉桿后，采用水泥砂漿將孔洞填充密實。

圖3-2 中墻模板支設(shè)示意圖

圖3-3 墻模板立面、剖面圖

4 支撐架的搭設(shè)

4.1 工藝流程

碗扣式鋼管支架搭設(shè)的工藝流程為：結(jié)構(gòu)底板準(zhǔn)備→安放墊板→安放底座→豎立管、安裝橫桿組成方框→縱向裝橫桿加立管至需要長度→安裝斜撐→鋪腳手板→設(shè)置安全防護設(shè)施→預(yù)檢。

4.2 施工要點

（1）以主體結(jié)構(gòu)混凝土底板為基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)底板上通長鋪設(shè)墊木（寬 200mm×厚50mm）。

（2）拉線，安放底座。同一側(cè)底座應(yīng)在一條直線上，應(yīng)保持底座在同一水平線上，少量高差用可調(diào)支座調(diào)整。

（3）距地面高度300mm 設(shè)置掃地桿（每根立桿都布設(shè)）。立好橫向內(nèi)外側(cè)兩根立管，裝兩根橫向水平桿，其步距1.2m，形成一個方框。搭設(shè)好掃地桿后，緊跟搭設(shè)底部水平剪刀撐。

（4）底部立管應(yīng)選用長度規(guī)格不同的立管間隔搭設(shè)，使接頭錯開。

（5）模板支撐架在外側(cè)周圈從底到頂連續(xù)設(shè)置豎向連續(xù)式剪刀撐，中間在縱橫向每隔10m 左右設(shè)由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，其寬度控制在4-6m 內(nèi)，并在豎向剪刀撐頂端、中部和掃地桿處各設(shè)置一道水平剪刀撐；水平剪刀撐寬度和縱橫向豎向剪刀撐對齊并連續(xù)。

剪刀撐的斜桿與地面頂緊，夾角在45°～60°之間；

剪刀撐的搭接長度不得小于100cm，并用兩個旋轉(zhuǎn)扣件分別在離桿端不小于10cm 處進行固定。

5 墻模板的安裝

5.1 技術(shù)參數(shù)

墻體模板采用膠合板 (1830×915×18mm) 做面板。

Φ48×3.5mm 鋼管主楞間距(cm):60；100*100mm方木次楞間距(cm )30。

M14 高強對拉螺栓間距(cm):墻體拉桿共分3種形式，上部 60（豎向）×60cm（縱向）、中部加密為50×60cm、下部加密為 45×60cm，。外墻拉桿安裝PN-300 型止水環(huán)（外徑 40mm，厚度 10mm）。

5.2 工藝流程

側(cè)墻模板吊運到位→安裝墻模臨時撐桿→穿墻螺栓 （外墻螺桿加止水環(huán)）→安裝另一側(cè)墻模→安裝雙排鋼管背楞→擰緊對拉螺栓→支設(shè)斜撐→校正垂直度→墻頂拉通線校正平直度→檢查模板根部位置、縫隙并加以調(diào)整→模板預(yù)檢。

5.3 施工方法

（1）模板支設(shè)前，應(yīng)將墻底部施工縫處砼鑿毛，剔除表面浮漿直到見到石子為止，檢查墻模板安裝位置的定位基準(zhǔn)面墻線及墻模板編號。

（2）將一側(cè)預(yù)拼裝墻模板按位置線吊裝就位，固定斜撐，使其穩(wěn)定坐落于基準(zhǔn)面上。安裝墻體高強對拉螺栓，對拉螺栓采用雙螺帽進行緊固，且外墻安裝 PN-300 型止水環(huán) （外徑 40mm，厚度10mm），安裝完畢后清掃模內(nèi)雜物。

（3）以同樣方法就位另一側(cè)墻模板，使穿墻螺栓穿過模板并在螺栓桿端套上螺母，然后調(diào)整兩塊模板的位置和垂直，與此同時調(diào)整斜撐角度，合格后固定斜撐，緊固全部穿墻螺栓的螺母。模板安裝接縫部位必須嚴(yán)密，接縫處采用膠布封口，并用5×10cm 木方貼緊釘住，防止漏漿。

（4）模板安裝完畢后，全面檢查螺栓、斜撐是否緊固、穩(wěn)定，模板拼縫及下口是否嚴(yán)密。

（5）在支設(shè)墻模板時，在墻兩側(cè)彈出模板位置控制線，定位準(zhǔn)確，保證模板支設(shè)好后剛好與兩側(cè)線齊，并且澆筑砼，拆除模板后，墻上下施工縫處水平成一條線。

6 模板及支撐體系設(shè)計驗算計算書

主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻模板體系采用次楞方木+主楞鋼管+高強對拉螺桿支撐+斜撐。

6.1 參數(shù)信息

次楞 100×100mm 方木間距 (mm):300，主楞Φ48×3.5mm 鋼管間距(mm):600；

穿墻螺栓間距(mm): 墻體上部間距600（豎向）×600 （縱向），中部加密為 500×600, 下部加密為450×600；

高強對拉螺栓:直徑(mm) M14，外墻拉桿安裝PN-300 型止水環(huán)（外徑 40mm，厚度 10mm）；

側(cè)墻模板采用膠合板（1830×915×18mm）做面板。(模板厚度計算取值考慮實際情況有下差，取值15mm)。

圖6-1 墻模板設(shè)計簡圖

6.2 墻模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算

按《建筑施工計算手冊》8.2 節(jié)，新澆混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，按下列二個公式計算，并取二式中的較小值:

其中γ——混凝土的重力密度，取24.000kN/m3；

t——新澆混凝土的初凝時間，取2.000/h；

V——混凝土的澆筑速度，取2.500m/h；

H——模板計算高度，取6.060m；

β1——外加劑影響修正系數(shù)，取1.200；

β2——混凝土坍落度影響修正系數(shù)，取0.850。

分別計算得 17.031 kN/m2、145.44 kN/m2，取較小值17.031 kN/m2作為本工程計算荷載。

計算中采用新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值F1=17.031kN/m2；

傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值F2=3kN/m2。

6.3 墻模板面板的計算

面板為受彎結(jié)構(gòu), 需要驗算其抗彎強度和剛度。根據(jù)《建筑施工計算手冊》，強度驗算考慮新澆混凝土側(cè)壓力和傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載；撓度驗算只考慮新澆混凝土側(cè)壓力。計算的原則是按照楞木的間距和模板面的大小,按支撐在次楞上的三跨連續(xù)梁計算。

圖6-2 面板計算簡圖

1.抗彎強度驗算

彎矩計算公式:M=0.1q1l2+0.117q2l2

其中，M——面板計算最大彎矩(N·mm)；

l——計算跨度(次楞間距): l =300.0mm；

新澆混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q1: 1.2×17.031×0.9×0.9=16.544kN/m；

傾倒混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q2: 1.4×3.00×0.9×0.9=3.402kN/m；

面 板的最大彎矩 ：M =0.1×16.544×300.02+0.117×3.402×300.02= 1.84×105N·mm；

面板抗彎強度驗算： σ = M/W＜f

其中，σ——面板承受的應(yīng)力(N/mm2)；

M——面板計算最大彎矩(N·mm)；

W——面板的截面抵抗矩:

W = bh2/6= 600×15.0×15.0/6=2.25×104 mm3；

f——面板截面的抗彎強度設(shè)計值(f=13.000N/mm2)；

面板截面的最大應(yīng)力計算值：σ = M/W =1.84×105 / 2.25×104 =8.19N/mm2；

面板截面的最大應(yīng)力計算值 σ =8.19N/mm2小于面板截面的抗彎強度設(shè)計值 [f]=13N/mm2，滿足要求。

2.抗剪強度驗算

計算公式:V=0.6q1l+0.617q2l

其中，V——面板計算最大剪力(N)；

l——計算跨度(次楞間距): l =300.0mm；

混凝土側(cè)壓力設(shè)計值 q1: 1.2×17.031×0.90×0.90=16.554kN/m；

傾倒混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q2: 1.4×3.00×0.90×0.90=3.402kN/m；

面 板 的 最 大 剪 力 ：V = 0.6×16.554×300 +0.617×3.402×300 = 3609.4N；

截面抗剪強度必須滿足:τ= 3V/(2bhn)≤fv

其中，τ——面板截面的最大受剪應(yīng)力(N/mm2)；

V——面板計算最大剪力(N)：V=3609.4N；

b——構(gòu)件的截面寬度(mm)：b=915mm；

hn——面板厚度(mm)：hn=15.0mm；

fv——面板抗剪強度設(shè)計值(N/mm2)：fv=1.500 N/mm2；

面板截面的最大受剪應(yīng)力計算值:τ=3×3609.4/(2×915×15)=0.395N/mm2；

面板截面抗剪強度設(shè)計值: [fv]=1.500N/mm2；

面板截面的最大受剪應(yīng)力計算值τ=0.395/mm2

小于面板截面抗剪強度設(shè)計值 [τ]=1.5N/mm2，滿足要求。

3.撓度驗算

根據(jù)《建筑施工計算手冊》，撓度計算公式:ν=0.677qL4/(100EI) ≤[ν]=L/400

其中，q——作用在模板上的側(cè)壓力線荷載: q= 17.03×0.9 = 15.327N/mm；

l——計算跨度(次楞間距): l=300mm；

E——面板的彈性模量: E=9500N/mm2；

I——面板的截面慣性矩:I=90×1.5×1.5×1.5/12=25.313cm4；

面板的最大允許撓度值:[ν]= L/400= 300/400=0.75 mm；

面板的最大撓度計算值: ν= 0.677×15.327×3004/(100×9500×2.5313×105) = 0.35 mm；

面板的最大撓度計算值: ν=0.35mm 小于面板的最大允許撓度值 [ν]=0.75mm，滿足要求。

6.4 墻模板主次楞的計算

(一)次楞直接承受模板傳遞的荷載，按照均布荷載作用下的三跨連續(xù)梁計算。

本工程中，次楞采用木方，寬度100mm，高度100mm，截面慣性矩I 和截面抵抗矩W 分別為:

W =10×10×10/6= 166.6 cm3；

I = 10×10×10×10/12= 833.3cm4；

圖6-3 次楞計算簡圖

1.次楞的抗彎強度驗算

次楞最大彎矩公式計算：M=0.1q1l2+0.117q2l2

其中，M——次楞計算最大彎矩(N·mm)；

l——計算跨度(主楞間距): l =600.0mm；

新澆混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q1: 1.2×17.03×0.9×0.90=16.544kN/m；

傾倒混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q2: 1.4×3.00×0.9×0.90=3.402kN/m；

次楞的最大彎矩：M =0.1×16.544×600.02+0.117×3.402×600.02= 7.389×105N·mm；

次楞的抗彎強度應(yīng)滿足公式：σ = M/W＜f

其中，σ ——次楞承受的應(yīng)力(N/mm2)；

M——次楞計算最大彎矩(N·mm)；

W——次楞的截面抵抗矩，W=1.66×105mm3；

f——次楞的抗彎強度設(shè)計值； f=13.000N/mm2(松木)；

次楞的最大應(yīng)力計算值：σ =7.389×105/1.66×105 =4.438N/mm2；

次楞的抗彎強度設(shè)計值: [f]= 13N/mm2；

次楞的最大應(yīng)力計算值σ = 4.438N/mm2 小于次楞的抗彎強度設(shè)計值[f]=13N/mm2，滿足要求。

2.次楞的抗剪強度驗算

最大剪力按均布荷載作用下的三跨連續(xù)梁計算，公式如下:

V=0.6q1l+0.617q2l

其中，V——次楞承受的最大剪力；

l——計算跨度(主楞間距): l =600.0mm；

混凝土側(cè)壓力設(shè)計值 q1: 1.2×17.031×0.9×0.90=16.544kN/m；

傾倒混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q2: 1.4×3.00×0.9×0.90=3.402kN/m；

次楞的最大剪力：V = 0.6×16.544×600+ 0.617×3.402×600= 7215.26N；

截面抗剪強度必須滿足公式：τ=3V/(2bh0)

其中，τ——次楞的截面的最大受剪應(yīng)力(N/mm2)；

V——次楞計算最大剪力(N)：V = 7215.26N；

b——次楞的截面寬度(mm)：b = 1000.0mm ；

hn——次楞的截面高度(mm)：h0 =1000.0mm ；

fv——次楞的抗剪強度設(shè)計值 (N/mm2)：fv =1.500 N/mm2；

次楞截面的受剪應(yīng)力計算值:

τ =3×7215.26/(2×100.0×100.0×2)=0.54N/mm2；

次楞截面的受剪應(yīng)力計算值 τ =0.54N/mm2小于 次楞截面的抗剪強度設(shè)計值fv=1.5N/mm2，滿足要求。

3.次楞的撓度驗算

撓度驗算公式：ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/400

其中，ν——次楞的最大撓度(mm)；

q——作用在次楞上的線荷載 (kN/m)： q =17.03×0.30=5.11 kN/m；

l——計算跨度(主楞間距): l =600.0mm ；

E——次楞彈性模量 （N/mm2）：E = 9500.00 N/mm2；（松木）

I——次 楞 截 面 慣 性 矩 (mm4)，I=1.67×107mm4；

次楞的最大撓度計算值: ν= 0.677×5.11×6004/(100×9500×1.67×107) = 0.03 mm；

次楞的最大容許撓度值: [ν]=l/400=1.5mm；

次楞的最大撓度計算值 ν=0.03mm 小于次楞的最大容許撓度值 [ν]=1.5mm，滿足要求。

(二)主楞承受次楞傳遞的荷載，按照均布作用下的三跨連續(xù)梁計算。

主楞采用圓鋼管，直徑48mm，壁厚按3.0mm計算（考慮實際情況），截面慣性矩I 和截面抵抗矩W 分別為:

W =4.49cm3；

I =10.78cm4；

E = 206000N/mm2；

Q=(1.2×17.03＋1.4×3) ×0.6=14.78KN/m, 因為采用的是雙排鋼管，所以承重除以2，每根鋼管承重為7.39KN/m。

1.主楞的抗彎強度驗算

按三跨連續(xù)梁驗算，支座最大彎矩計算公式：M=0.1×ql2

M=0.1×7.39×0.6×0.6=0.27KN/m；

σ = M/W=0.27/4.49×10-6 =0.06×106 KN/m =60 N/mm2

主楞計算跨度 (按最不利的對拉螺栓間距取值): l = 600mm；

強度驗算公式：

主楞的最大應(yīng)力計算值 σ =60N/mm2小于 主楞的抗彎強度設(shè)計值f=205N/mm2,滿足要求。

2.主楞的抗剪強度驗算

最大剪力按均布荷載作用下的三跨連續(xù)梁計算，公式如下:

V=0.6q1l+0.617q2l

其中，V——主楞承受的最大剪力；

l——計算跨度(對拉螺栓間距): l =600.0mm；

混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q1: 1.2×17.031×0.600×0.900/2=5.518kN/m；

傾倒混凝土側(cè)壓力設(shè)計值q2: 1.4×3.00×0.60×0.90/2=1.134kN/m

主楞的最大剪力：V = 0.6×5.518×600.0+0.617×1.134×600.0 = 2406.2N；

主楞截面抗剪強度必須滿足:τ=2V/A≤fv

其中，τ——主楞的截面的最大受剪應(yīng)力(N/mm2)；

V——主楞計算最大剪力(N)：V=2406.2N；

A——鋼管的截面面積(mm2)：A = 424mm2；

fv——主楞的抗剪強度設(shè)計值(N/mm2)：fv=120 N/mm2；

主楞截面的受剪應(yīng)力計算值:τ =2×2406.2/424=11.35N/mm2；

主楞截面的受剪應(yīng)力計算值τ=11.35N/mm2小于 主楞截面的抗剪強度設(shè)計值fv=120N/mm2，滿足要求。

3.主楞的撓度驗算

根據(jù) 《建筑施工計算手冊》，撓度驗算公式如下：

ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250

其中，ν——主楞的最大撓度(mm)；

q——作用在主楞上的線荷載 (kN/m)：q=17.03×0.6/2=5.11 kN/m；

l——計算跨度(對拉螺栓間距): l =600.0mm；

E——主楞彈性模量 （N/mm2）：E=206000N/mm2；

I—主楞截面慣性矩(mm4)，I=1.078×105mm4；

主楞的最大撓度計算值: ν= 0.677×5.11×6004/(100×206000×1.078×105) = 0.2mm；

主楞的最大容許撓度值: [ν]= l/250=2.4mm；

主楞的最大撓度計算值ν=0.2mm 小于主楞的最大容許撓度值 [ν]=2.4mm，滿足要求。

6.5 穿墻螺栓的計算

計算公式: N＜[N]=f×A

其中N——穿墻螺栓所受的拉力；

A——穿墻螺栓有效面積(mm2)；

f——穿墻螺栓的抗拉強度設(shè)計值，取170N/mm2；

查表得：

穿墻螺栓的型號: M14 ；

穿墻螺栓有效直徑: 11.55 mm；

穿墻螺栓有效面積: A = 105 mm2；

穿墻螺栓最大容許拉力值:[N]=1.70×105×1.05×10-4=17.85 kN；

穿墻螺栓所受的最大拉力為: N =17.031×0.6×0.6=6.14kN。

穿墻螺栓所受的最大拉力N=6.14kN 小于 穿墻螺栓最大容許拉力值[N]=17.85kN，滿足要求。

7 高支模施工要點

7.1 鋼管選擇以及建立桿

按照排架設(shè)計需要確定立桿的管經(jīng)和壁厚，參照排架的設(shè)計控制立桿與立桿彼此的距離，同時對于同步中的立桿，每間隔一個立桿的兩個相近的接頭，都需要，沿著上下方向錯開的500mm 以上的距離，另外，立桿上的每個接頭其中心位置到主節(jié)點的距離都不需要低于步距的1/3。

7.2 設(shè)置剪刀撐

高支撐模具構(gòu)造施工中，最關(guān)鍵的步驟之一是剪刀撐的設(shè)置，剪刀撐的施工質(zhì)量直接取決于施工技術(shù)的質(zhì)量。因此，在設(shè)置剪刀撐的過程中，施工人員應(yīng)該根據(jù)框架中緊固件型鋼管的技術(shù)規(guī)格，以及高支撐模式施工技術(shù)的實際情況，在水平方向或垂直方向適當(dāng)增加剪刀撐，以便能夠提高高性能模具體的剛度水平和穩(wěn)定性。

7.3 混凝土澆筑

按照施工方案的配合比進行混凝土的拌制，確保混凝土的質(zhì)量滿足施工要求后，方可進行混凝土的澆筑工作。在進行澆筑的過程中，應(yīng)根據(jù)模板的負(fù)載能力進行澆筑，配備專門人員對支架的承重情況進行實時觀察記錄，若出現(xiàn)模板松動的情況應(yīng)立刻停止施工，及時進行處理之后方可繼續(xù)澆筑。

7.4 檢查驗收

支模架每搭設(shè)完成一步（1.2 米）即進行一次驗收，最后在鋼筋、模板完成后進行整段驗收。首先是檢測立柱、桿件、剪刀撐等的位置和水平度否能夠滿足施工要求； 其次是檢測連接部位是否牢固；最后檢測支架的承重能力，將檢測結(jié)果進行記錄，以書面文件的形式進行存檔。檢測完成之后要進行場地的清理，保證表面無雜物、無積水，方便下一步施工作業(yè)。

結(jié)束語

總之，隨著工程施工的增多，高支模施工也越來越普遍，其施工質(zhì)量的好壞對工程功能的使用帶來了很大影響，為了確保我國建筑工程質(zhì)量和人們的生命財產(chǎn)安全，施工單位應(yīng)綜合考慮高支模施工要點以及施工措施和施工要求，采用規(guī)范合理的施工方法，從而促進建筑行業(yè)良好發(fā)展。