第一章 绪论
1.1 课题研究背景
渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物,是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一,除用于输送渠水外还可排洪和导流等之用。世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。公元前29世纪前后,埃及在尼罗河上建考赛施干砌石坝,坝高15m,坝长450m,是文献记载最早的坝,并建渠道和渡槽,向孟菲斯城供水。印度戈麦蒂渡槽位于萨尔达—萨哈亚克调水工程总干163km处,是总干渠跨越戈麦蒂河的大型交叉工程,也是目前世界上已建成的最大渡槽之一。我国早在两千多年前就有渡槽的记载,但渡槽在近代才有了真正发展。我国从20世纪50年代开始建造渡槽,目前国内已建的各类渡槽有很多。其中单槽过流量最大的为 1999年新建的新疆乌伦古河渡槽,设计流量1203m/s,为预应力混凝土矩形槽。单跨跨度最大的为广西玉林县万龙渡槽,拱跨长126m。2002年完成的广东东江——深圳供水改造工程在旗岭、樟洋、金湖的3座渡槽上采用了现浇预应力混凝土U型薄壳槽身,为国内首创。但对于矩形断面渡槽混凝土浇筑一次成型施工,国内外均未见详细研究报道。
随着建筑业新结构、新设备、新材料不断涌现,施工人员施工技术和管理经验在实践中的不断总结提高,新的施工工艺也不断出现,先进的施工方法可以提高施工效率,降低工程造价,提高工程质量,值得探讨与研究。在我国己有的此类工程的施工建设中,渡槽槽身分两次浇筑成型是多年沿用的常规做法,它具有可对渡槽底板混凝土进行充分振捣,保证底板质量;控制时可视性好,并对支架承载能力要求相对较低等特点。但此法也存在着明显的弊端:例如混凝土需留置施工接缝,该处常常出现渗水现象,严重影响渡槽质量和使用寿命;施工需要分成两次安装模板和钢筋,两次浇筑混凝土,施工工艺落后,增加了施工组织的复杂性,交叉作业多,相互干扰大;需要大量使用劳动力,不利于提高施工机械水平;施工进度缓慢,施工成本较高。综上所述,矩形渡槽传统施工方法存在的问题多,质量不高、进度缓慢,必须加以改进。
1.2 矩形渡槽分两次浇筑与一次浇筑方案对比
渡槽是以钢筋与混凝土结合构建成的输水建筑物,槽身由一个或多个方、矩形或圆形断面组成。施工中按沉降缝分若干施工段进行流水施工,每一段槽身主体工程分为钢筋、模板、混凝土三个分项工程。矩形断面渡槽主体混凝土分两次浇筑成型是多年沿用的常规做法,两次浇筑混凝土在侧墙上留有一条水平施工缝,一般设置在底板腋角以上200mm处,为防止渗水缝内嵌止水带。矩形渡槽混凝土两次浇筑的主要施工过程按三个分项工程介绍如下:
(一)、两次加工、绑扎钢筋。钢筋按照设计图纸及两次绑扎搭接尺寸加工成型后运至施工现场,先绑扎渡槽底板、侧墙下部钢筋,待安装完底板、侧墙止水带中线以下模板,浇筑混凝土成型拆除模板后,再绑扎渡槽侧墙上部钢筋。此法将原本通长的侧墙主筋先截断后又进行连接,增加了钢筋接头处理,增加了工作量,延长了工期。提高了工程造价。
(二)、两次加工、安装模板。以采用木模板、钢板止水带为例,在木工棚将模板按照渡槽两次浇筑混凝土成型的几何尺寸加工成型后,运至施工现场,先安装渡槽底板、侧墙止水带中线以下模板和止水带,待渡槽底板、止水带中线以下侧墙混凝土浇筑成型,拆除模板绑扎完侧墙钢筋后,再安装渡槽侧墙上部模板。此法将原本整块的大模板切割成小模板,长木方锯成短木方,缩短了模板的使用寿命,浪费了材料,模板两次安装、拆除降低了模板的周转利用率,增加了止水带,延长了工期,提高了工程造价。
(三)、两次浇筑混凝土。第一次浇筑渡槽底板、侧墙止水带中线以下混凝土,待混凝土初凝后及时安排工人将两次浇筑的混凝土接合面(侧墙水平施工缝)凿毛,拆除模板绑扎完渡槽侧墙上部钢筋,安装完侧墙模板后,再浇筑渡槽侧墙混凝土。此法留有一条水平施工缝影响了渡槽的整体性,施工缝混凝土的结合面凿毛、清理,浇筑混凝土的人工、材料、机械设备的二次准备,增加了工作量,延长了工期。
此常规做法按施工先后顺序可分为:绑扎底板、侧墙钢筋至搭接位置→安装底板、止水带中线以下侧墙模板、止水带→浇筑底板、止水带中线以下侧墙混凝土→养护拆模→绑扎侧墙上部钢筋→安装侧墙模板→浇筑侧墙混凝土→养护拆模八个施工过程,工序繁琐、复杂。我们在海南省松涛灌区西干渠乐园至春江水库补水段续建配套工程渡槽施工中研究出了更经济、先进的新方案,即渡槽混凝土一次性浇筑成型的施工方法。与传统的两次浇筑施工方法相比,将原本繁琐的八个施工过程压缩为:绑扎钢筋→安装模板→浇筑混凝土→养护拆模四个施工过程,大大提高了施工效率、提高了工程质量、节约投资。现将此施工方案的过程详细介绍如下:
(一)、一次性加工、绑扎钢筋。根据施工图纸渡槽断面尺寸,以钢筋搬运绑扎方便为前提,对渡槽主体钢筋系统编号,进行整体下料长度计算编制钢筋配料单。按配料单形状尺寸加工成型。绑扎前先在垫层(底模)上弹出侧墙(中)线,按照渡槽钢筋外包尺寸宽度确定两排立杆位置,搭设双排多立杆式钢管扣件式脚手架,以形成钢筋绑扎时主筋的临时支撑和工人操作平台。然后在垫层(底模)和已固定好的脚手架钢管上画出主筋、架立筋位置线,按位置线摆放主筋、架立筋、箍筋后进行八字扣绑扎、焊接或机械连接。完成后加设保护层,拆除脚手架。由于渡槽钢筋进行一次性加工、绑扎高度高、自重大,在安装模板、浇筑混凝土时又要承受许多施工荷载,在拆除脚手架前必须在渡槽钢筋骨架四个肋角位置按适当距离加设焊点或斜向固定钢筋。以增强钢筋骨架的整体刚度,避免变形、倾倒。
(二)、一次性加工、安装模板。模板和支架应具有足够的承载能力、刚度和稳定性,必要时应进行验算以确保施工质量和安全。模板体系选用钢木组合形式,槽身外侧使用整体定制钢模板,单块长度3m,高度由槽身底至顶整体成型;竖墙内侧使用竹胶木模板进行拼装;底板内外两侧有八字倒角部位,采用定制异形钢模板现场拼装,其余大平面部位使用竹胶木模板进行拼装;支撑体系采用满樘碗扣支架。侧墙模板采用钢管为水平横档,两根一排墙体内外两侧水平对应用对拉螺栓固定。排拒与螺栓水平间距一般从下到上为500~700,越往墙根部越密。模板的对拉螺栓采用Φ16光圆钢筋,中部利用80×80×2.5mm铁板与Φ16光圆钢筋满焊,作为止水板。墙体对拉螺栓的长度为墙体厚度减30mm,两侧各套30mm长丝扣。
(三)、一次性浇筑混凝土。混凝土可现场制备或采用商品混凝土,由实际情况而定,过程不再详述。混凝土严格控制塌落度。混凝土现场浇注采用混凝土泵车进行布料机动性好,移动方便可将混凝土直接准确的送至浇筑位置。采用电动软轴插入式振捣器。混凝土的浇筑应自下而上,先浇筑底板后浇筑侧墙再浇筑顶板。底板浇筑应按渡槽宽度由地处向高处分层浇筑振捣,视底板厚度一般分两层匀速、连续进行,不得留施工缝。侧墙是混凝土浇筑的重点,侧墙浇筑应分层同步进行。分层厚度视振动器的作用长度而定,一般为500mm。振捣应定人定位按层有序进行,避免漏振。浇筑速度均匀不宜过快,上一层混凝土应在下一层混凝土振捣完成稍微沉淀后进行浇筑,视塌落度大小和墙高必要时中间进行停顿,但不宜过久。为保证结构整体性,上一层混凝土的浇筑应在下一层混凝土初凝前进行。侧墙混凝土浇筑完成后紧接着浇筑顶板。浇筑方法与地板类同。混凝土浇筑、振捣、收面完成后进行覆盖养护。待达到拆模强度后拆出模板和支架。在将地板上的钢管支撑孔用同强度的防水混凝土填补,防止渗水。
此方案与常规做法(两次浇筑)对比:从施工过程来看,一次性浇筑将钢筋、模板、混凝土三个分项工程从八个施工过程压缩为四个施工过程,中间又减少了一个技术间歇时间(两次浇筑中底板砼养护和拆模时间),便于施工组织、管理,又节约了工期。一次性浇筑钢筋的加工、绑扎,减少了钢筋接头处理,减少了工作量,节约了钢材。模板按照整块墙体尺寸加工成大板,便于安装和拆除,提高了周转利用率。模板安装中又减少了水平施工缝的处理,减少了工程量,节约了止水带和人工费,提高了施工效率。从工程质量上看,一次性浇筑墙体采用大模板不留施工缝,提高了渡槽混凝土结构的观感质量,防透、渗水能力,加强了结构的整体性。因此,一次性浇筑方案提高了工程质量、节约了投资、缩短了工期,值得推广。
1.3 课题研究目的与意义
根据目前我国渡槽的发展状况,在横断面上,以U型和矩形槽应用较为广泛。针对矩形渡槽,绝大多数都是采用传统施工工艺分次浇筑,这样就难免会产生施工缝,进而存在渗水隐患,同时有施工周期较长、投入较大、质量缺陷多等众多弊端。因此,采用整段槽身混凝土一次性浇筑成型的方法是相对较好的选择,此法可以提高工程质量、减少交叉作业和干扰、简化施工工艺、降低施工成本。从施工过程来看,一次性浇筑法钢筋的加工、绑扎,减少了钢筋接头处理,减少了工作量,节约了钢材;模板按照整块墙体尺寸加工成大板,便于安装和拆除,提高了周转利用率;模板安装中又减少了水平施工缝的处理,减少了工程量,节约了止水带和人工费,提高了施工效率。从工程质量上看,一次性浇筑墙体采用大模板不留施工缝,提高了渡槽混凝土结构的观感质量,防透、渗水能力,加强了结构的整体性。在海南省松涛灌区西干渠乐园至春江水库补水段续建配套工程中,采用渡槽槽身混凝土整体一次性浇筑成型,可以降低工程造价、缩短工期、提高工程外观质量,达到优质效果。
本课题所研究的矩形断面渡槽混凝土浇筑一次成型,是在渡槽槽身施工中槽底板和槽壁侧墙同时立模和浇筑的施工新工艺,在类似水工项目中属于首创,通过本课题研究,将取得可贵的施工经验和技术参数,对以后承建此类渡槽工程的施工具有较大的借鉴意义。
第二章 课题综述
2.1课题的主要研究内容
课题针对海南省松涛灌区西干渠乐园至春江水库补水段续建配套工程开展。渡槽上部为15m/跨简支钢筋混凝土矩形槽结构,下部结构为薄壁墩或排架柱,基础除局部基岩埋藏较浅处为扩大基础外,其余基础均为钻孔灌注桩。单跨渡槽横断面尺寸:内轮廓 4.5m×2.5m(净宽×净高),外轮廓5.5m×3.55m,底板厚0.4m,边墙厚度为0.3m,单跨混凝土工程量约80m3,混凝土强度等级为C35W6。渡槽的结构外观质量,将直接关系工程的运行安全、经济、美观等综合质量要求,因此有必要针对矩形断面渡槽混凝土浇筑一次成型的应用进行研究,以指导设计、施工。
矩形断面渡槽混凝土浇筑一次成型,是在渡槽槽身施工中槽底板和槽壁侧墙同时立模和浇筑的施工方法,对此工法的研究应当包括模板安装和混凝土浇筑技术。根据本次课题研究的目的,本次课题研究的主要内容包含如下几点:
1、调研,资料收集
通过文献及调研,收集国内关于矩形渡槽、箱梁等结构底板与侧墙整体一次浇筑的最新技术成果
2、针对海南省松涛灌区西干渠乐园至春江水库补水段续建配套工程渡槽的的具体特点,制定研究方案
(1)通过方案对比分析,确定渡槽槽身模架体系
针对矩形渡槽槽身底板与墙体一次性浇筑需求,对多重模板选型安装方案进行对比分析,最终确定安全、稳定、经济、合理的模架体系。
(2)制定详细的施工工艺方案
通过理论分析及计算,针对渡槽槽身的结构特点及底板与墙体整体支模浇筑成型的要求,制定详细的施工工艺流程,施工方案。
(3)施工过程中动态调整及数据收集
对模架体系搭设及混凝土浇筑施工过程中,进行实时监测及数据采集分析。
(4)数据分析
分析试验数据结果,找到底板混凝土初凝前,同时又能承受侧墙混凝土浇筑压力不外翻的最佳时间和布料量。针对混凝土易产生外观质量缺陷问题进行试验研究,得出最佳解决方案。
2.2工程概况
松涛灌区西干渠乐园至春江水库补水段续建配套工程是琼西北供水工程的重要组成部分,是实现西干渠向水鸣江补水、向西干渠(水鸣江以下段)供水极其关键的一段。工程设计灌溉面积9.35万亩,其中新增灌溉面积4.75万亩,改善灌溉面积4.60万亩。项目通过扩建及新建西干渠大成节制闸至水鸣江分水闸段,将松涛水引入水鸣江,主要用于城乡供水及农业灌溉,向春江中下游的白马井滨海新区和王五镇及春江水库灌区和西华灌区供水,解决45万人的城乡用水以及9.35万亩的农业灌溉用水。项目建成后,对稳步推动儋州市经济发展、高效农业及社会主义新农村建设具有重大意义。
春江水库是下游春江灌区及海花岛、白马井滨海新区、王五镇、排浦镇的供水水源,随着,海花岛、白马井滨海新区的快速发展,供水不足问题日益突出。为解决上述供水,儋州市已开工建设从春江水库取水的新地水厂。但由于春江水库承担的灌溉任务和城乡供水任务较重,春江来水极不稳定,陡涨陡落,加上春江河水年际变化大,丰枯比近 10 倍,遇到枯水年,已无法满足供水要求。
本工程利用已建的松涛西干渠,可充分利用松涛水库调节性能好(水库为多年调节水库),水质好,供水保证率高的优势,通过扩建 3.6km 的大成分水闸以下干渠,新建 2.3km 的渠道及渡槽,延长西干渠至水鸣江,通过水鸣江进入春江水库。
工程主体为大成分干分水闸~水鸣江分水闸西干渠,主要包括2部分,其中大成分干分水闸~乐园为现有西干渠改扩建段,乐园~水鸣江分水闸为新建渠段。该渠段设计流量18.50m3/s,加大流量22.2m3/s;根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017),渠道及渠系灌排建筑物级别为3级,次要建筑物级别为4级,临时建筑物级别为5级。渠线全长5.9km,其中大成分干分水闸~乐园为现有西干渠改扩建段长3.6 km,新建西干渠乐园至水鸣江分水闸段全长2.3km,其中含渡槽4座,总长1.38km。
第三章 春江补水工程中方案的决策
3.1项目实施的综合背景
海南省松涛灌区西干渠乐园至春江水库补水段续建配套工程由松涛灌区西干渠大成节制闸至乐园泄水闸3.684km长渠道改扩建段、乐园至水鸣江泄水闸2.318km长新建渠道及渡槽组成,工程总投资1.95亿元,我公司承担新建渠道及渡槽段相关工程内容的施工建设。本工程是琼西北供水工程的重要组成部分,是实现西干渠向水鸣江补水、向西干渠(水鸣江以下段)供水极其关键的一段,项目建成后,对稳步推动推动儋州市经济发展,有效改善区域城乡供水和农业灌溉条件,完善海南省水网建设布局、保障热带现代农业发展,推动海南国际旅游岛建设和扶贫攻坚具有重要作用。
本项目自开工建设以来,一直备受海南省水务厅、海南省儋州市政府、海南省松涛灌区管理局、海南省水利电力集团等各方的关注。本工程合同工期为以监理签发的开工通知日期起240日历天。项目实际开工建设之后,应海南省水务厅要求,我部经过优化施工方案,加大资源投入,合理压缩工期,将渡槽槽身结构工程施工压缩至100天完成。
3.2渡槽模板拆除时间研究
根据春江补水EPC项目施工进度计划要求,为加快工程进度,结合海南省儋州市地区(工程现场)的气候特点,通过对工程用混凝土标准抗压试块强度增长与龄期及不同外界环境温湿度关系的一系列试验研究,力求掌握不同养护条件下当地混凝土强度变化规律,从而确定出安全合理的渡槽施工期模板拆除时机,为现场加快施工进度提供科学合理的理论依据及研究成果。
3.2.1规范关于拆模的具体规定
目前主要有四个关于混凝土的施工规范,分别是《水工混凝土施工规范》、《公路桥涵施工技术规范》、《混凝土结构工程施工质量验收规范》及《水电水利工程模板施工规范》,这四本规范中关于混凝土的拆模要求分别是:
1) 按照《水工混凝土施工规范》(SL677-2014)中关于模板拆除时间的规定:
2)按照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011) 中关于模板拆除时间的规定:
5.5.4 钢筋混凝土结构承重模板、支架,应在混凝土强度能承受其 自重荷载及其他可能的叠加荷载时,方可拆除。
3)按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》(JTG/T F50-2011) 中关于模板拆除时间的规定:
4.5.2 底模及支架应在混凝土强度达到设计要求后再拆除;当设计无 具体要求时,同条件养护的混凝土立方体试件抗压强度应符合表4.5.2的规定。
4)按照《水电水利工程模板施工规范》(DL/T 5110-2013)中关于模板拆除时间的规定:
3.2.2相关基础资料
1)气象资料
本工程位于海南省西北部内陆,地处热带北缘,全年高温,降雨充沛,台风频繁,夏长无冬,干湿季差别明显。儋州多年平均气温23.5℃,最冷月(1月)平均气温17.6℃,最热月(6月)平均气温27.9℃。见儋州气象站气象要素特征表。
2)实验资料
工地提供的同步养护条件的实验数据。见下表。
混凝土试块抗压强度结果
3.2.3计算成果
一、渡槽概况
渡槽的设计流量18.50m3/s,加大流量22.2m3/s;建筑物级别为3级。渡槽纵坡为i=1/1500,渡槽内最大水深为2.4m。渡槽上部采用15m跨简支钢筋混凝土矩形槽结构,横向过水净面积为4.5m×2.8m,渡槽底板厚度0.4m,侧墙厚度为0.3m,在边墙与边墙顶之间设有钢筋混凝土横向拉杆,拉杆断面为0.3m×0.3m,间隔1.46m/1.49m一道。渡槽两侧边墙顶均设有检修人行道。渡槽墙身采用C35混凝土,抗渗等级为W6。
二、渡槽计算
1、设计荷载
由于拆模的时候,渡槽还未通水。因此,此时的受力情况与渡槽正常运行的时候不同,渡槽仅承受自重、风荷载及部分温度荷载。以此作为设计工况,来计算渡槽的受力情况,并分析可以满足槽身承重模板拆除条件的混凝土强度与时间。
2、正常使用状态
考虑到裂缝开展的不可逆性,拆模时,纵向结构及横向结构混凝土截面均按抗裂控制。渡槽纵向的挠度按l0/600控制,即挠度不超过23.7mm。
3、计算成果
(1)槽身结构计算
渡槽槽身按纵向和横向分别进行计算。
1)渡槽纵向结构计算
渡槽纵向按受弯简支梁计算。仅考虑自重情况。
计算简图:
计算结果M=4556.3kN.m,MK=3796.9 kN.m。
混凝土强度取C20,配筋取施工图24Φ25,此时计算出抗弯承载力Mu=7625 kN.m,M<Mu抗弯承载力满足要求。计算出抗裂弯矩Mkcr=5923.2 kN.m,M<Mkcr抗裂正常使用极限状态满足要求。计算出挠度: ƒ=1.61mm <23.7mm。
2)横向结构计算
①强度计算:
利用SAP84对渡槽横向结构进行分析计算,计算结果如下图
设计荷载下底板跨中正弯矩最大
弯矩图 单位:kN·m
此工况对应的轴力
轴力图 单位:kN
设计荷载下底板端部及侧墙底部负弯矩最大
弯矩图 单位:kN·m
此工况对应的轴力
轴力图 单位:kN
渡槽底板混凝土强度取C25,经计算底板需配置钢筋960mm2,实配钢筋3142 mm2,满足强度要求。渡槽侧墙混凝土强度取C20,经计算侧墙需配置钢筋780mm2,实配钢筋3142 mm2,满足强度要求。
②裂缝计算:
标准荷载下底板跨中正弯矩最大
弯矩图 单位:kN·m
此工况对应的轴力
轴力图 单位:kN
标准荷载下底板端部及侧墙底部负弯矩最大
弯矩图 单位:kN·m
此工况对应的轴力
轴力图 单位:kN
渡槽底板混凝土强度取C25,经计算底板外侧混凝土抗拉强度为1.399N/mm2≤0.85rƒtk(2.34N/mm2),满足抗裂要求。渡槽侧墙混凝土强度取C20,经计算侧墙内侧混凝土抗拉强度为1.224N/mm2≤0.85rƒtk(2.03N/mm2),满足抗裂要求。
3.2.4结论
渡槽底板混凝土强度达到C25,渡槽侧墙混凝土强度达到C20标准时,在不通水仅有渡槽自重的情况下满足强度及抗裂要求。特别需要注意,必须同时满足底板混凝土强度达到C25、侧墙混凝土强度达到C20时,方可以拆除渡槽的承重模板。
3.2.5初步判定拆模时间
在标准养护的情况下,认为28d龄期混凝土的强度能达到100%。利用经验公式lg(N)/lg(28)来计算,在标准养护7天的时候,混凝土的强度能达到58.4%(大约相当于混凝土标号C20),在标准养护14天的时候,混凝土的强度可以达到79.2%(大约相当于混凝土标号C27)。因此初步推断在渡槽底板浇筑完14天且渡槽侧墙浇筑完成7天之后,可进行渡槽承重模板的拆除。
3.2.6科研分析成果
依据工地施工单位提供的试验数据(两批均值)拟合出混凝土强度增长率与龄期关系曲线、混凝土强度与龄期关系曲线分别见图1、图2所示:
8月末至9月同养——日均气温30℃
图1、图2中拟合出的曲线方程式分别为(8月末至9月同养——日均气温30℃):
y=0.253ln(t)+0.146-----------------------------------------(1)
fcc =8.870ln(t)+5.130-----------------------------------------(2)
式(1)、(2)相关系数:R=0.991
式(1)中: t---龄期 (天)
y---达到设计强度值百分比 (%)
式(2)中: t---龄期 (天)
fcc---混凝土抗压强度值 (MPa)
依据拟合出的方程式(1)、(2)推导出混凝土7天龄期抗压强度可达设计强度值的63.8%(大约相当于混凝土标号C22),混凝土14天龄期抗压强度可达设计强度值的81.4%(大约相当于混凝土标号C28)。
3.2.7拆模时间最终判定
根据计算结果以及科研根据实验数据提供的拟合方程式,考虑到现场气候条件的变化以及施工阶段可能出现的不确定性,最终的承重模板拆模时间定为,在渡槽底板浇筑完21天且渡槽侧墙浇筑完成14天之后,可进行渡槽承重模板的拆除。
3.2.8养护、施工缝与拆模注意事项
一、混凝土养护
1、混凝土浇筑完毕初凝前,应避免仓面积水,阳光暴晒。
2、混凝土初凝后可采用洒水或流水等方式养护。
3、混凝土养护应连续进行,养护期间混凝土表面及所有侧面始终保持湿润。
4、混凝土养护时间不宜少于28天。
5、利用养护剂养护应遵守下列规定:
1)养护剂性能应符合JC901的有关规定。
2)养护剂在混凝土表面湿润且无水迹时开始喷涂,夏季使用应避免阳光直射。
二、施工缝
施工缝的位置应在混凝土浇筑前按施工技术方案确定。施工缝的处理应按施工技术方案执行。
检查数量:全数检查
检验方法:观察,检查施工记录。
三、拆模
拆模时,应根据锚固情况,分批拆除锚固连接件,防止大片模板坠落。拆模应使用专门工具,以减少混凝土及模板的损伤。
拆模的顺序及方法应按照先支的后拆,后支的先拆,先拆非承重模板、后拆承重模板的顺序,并应从上而下进行拆除。
拆下的模板和支架应及时清理、维修,并分类堆存,妥善保管。钢模应设置仓库存放,并防锈。大型模板堆放时,应垫放平稳,以防变形,必要时应加固。
3.3.施工强度及资源配置分析
本工程共计4座渡槽,槽身结构为矩型,每跨长15m,共计80跨。每跨渡槽为一个施工单元,跳仓施工。渡槽结构作业时间100天,考虑雨季影响20天,有效施工期约80天。
根据设计要求本工程共计4座渡槽,结构为矩形型槽,每跨长15m,1#渡槽48跨,2#渡槽15跨,3#渡槽11跨,4#渡槽6跨,共计80跨;
计划以每一跨渡槽为一个施工单元,混凝土浇筑时,渡槽槽身每一跨为1个仓号,跳仓施工。
为满足总进度计划要求,渡槽有效施工期80天, 渡槽槽身底板模板周转周期28天/次,可周转2次。1#渡槽槽身底板需配备20套模板;同理2~4#渡槽槽身底板需配备14套模板;槽身底板共计配备34套模板。1#渡槽槽身模板周转周期7天/次,可周转10次。因此1#渡槽槽身需配备12套模板;同理2~4#渡槽槽身需配备8套模板;槽身共计配备20套模板。每班组15人,需投入班组20个,配备人员约300人。
3.4.模板选型
3.4.1模板型式
一、木胶合模板
近些年来,我国木胶合板作为模板面板材料,以低质、易耗、廉价打入建筑模板市场,直接销往工地。其发展速度和规模令人吃惊,它已占领了我国模板市场的半壁江山还多。据有关文献称,在我国用于木胶合模板的产量已占木胶合板总产量的80%以上。
木模板,它由面板和支撑系统组成,面板是使混凝土成形的部分;支撑系统是稳固面板位置和承受上部荷载的结构部分。模板的质量关系到混凝土工程的质量,关键在于尺寸准确,组装牢固,拼缝严密,装拆方便。应根据结构的形式和特点选用恰当形式的模板,才能取得良好的技术经济效果。大型的和特种工程的模板及支撑系统要进行计算,验算其刚度、强度、稳定性和承受侧压力的能力。
木模板主要优点有:板面平整光滑,可锯、可钻、耐低温,有利于冬期施工,浇筑物件表面光滑美观,不污染混凝土表面,可省去墙面二次抹灰工艺;拆装方便,操作简单,工程进展速度快;可做成变曲平面模板。适用于高层建筑的顶模、墙模、梁柱模、阳台模板、无席纹超亮面清水砼土模板等。
存在的不足有:周转次数超过4次易发生翘曲;使用不当,周转不会超过10次数;需要搁栅、背楞设施料多且容易脱胶、起鼓、起壳、开裂,重新拼装时,板缝难于处理;厚度公差不易掌握,导致建筑结构界面尺寸偏差。切割质量差,要使用合金小齿锯片切割。使用后要刷脱模剂,且需要处理板面。
木模板经受不起水浸,特别怕水浸泡后暴晒,木模板容易变形,从而导致砼面高低不平。木模板用于墙体时,其表面对拉孔距不能大于400×400,这样砼表面会出现大量孔眼痕迹,对后期装修堵眼处理增加麻烦。
随着主体结构工程的发展,竹胶板、木胶板、建筑夹板、高档覆膜建筑模板等各类模板应运而生,并且都有长足的发展。建筑木模板在施工中的应用,对建筑结构工程质量整体水平的提高起到了很大的积极作用。与钢模板相比,木模板重量轻、面积大,装、拆方便灵活,施工性能好,方便了各类建筑的施工,减少了拼缝,特别是清水木模板的广泛应用,可减少或取消抹灰作业,缩短装修工期,提高了工程质量和工程进度。建筑木模板还可根据工程需要随意切割成所需的特殊规格,特别是在异型结构方面的应用,凸显出木模板的优越性。
二、组合钢模板
组合钢模板主要是由钢模板以及配件两部分组成,这种模板的形式是工具式模板的一种,因而其工艺特性非常好。组合钢模板主要由组合钢模板和配件组成,配件又细分为支承件和连接件。
建筑组合钢模板施工技术包含了施工项目的科学管理和技术进步,包含了最大限度地节约森林木材资源和减少对环境负面影响,包含了四节一环保(节能、节地、节水、节材和环境保护)的主要内容,其中先进模板材料工艺、快拆支撑和早拆模板的支撑技术、减少施工人员、减轻劳动强度、加快施工进度、提高施工质量、实施文明施工管理,这些都是《建筑业10项新技术(2010 )》的主要内容。
通过建筑组合钢模板与传统木模板和组合钢模板的材料性能制造和应用成本、应用效果的分析对比,可以得出结论:建筑组合钢模板是一种可周转使用300次以上、有较高价值、可再生使用的低耗环保经济实用的绿色建材,在绿色建筑施工中有极其重要的地位。
组合钢模板的特点是用途非常广泛,组装灵活,能够适应多种加工模式,可以用于组合梁、板、柱、墙、基础等多种结构构件和构筑物的模板。
组合钢模板的优点
(1) 适合各种复杂结构形状的墙柱、楼板梁、楼梯门窗洞口和阳台飘板等各种混凝土结构,组合成完整混凝土结构的模板体系,承载能力可达50KN/m²。
(2)装卸便捷,省时省力,安装效率高。
(3)浇筑成型的混凝土构件尺寸准确、表面光滑、棱角整齐,制作精度高、承载能力高,施工质量高,容易达到清水混凝土施工质量标准。
(4)使用寿命长,周转次数多,节能省材。
组合钢模板的缺点
(1)单次投资大,周期长,成本走回要有一定的时间。因而必须加强维护保养,增加使用次数以提高经济效益。
(2)表面过于光滑,粘着性差,不利于表面装修,有时需进行凿毛处理。
(3)浇筑时常采用麻面组合钢模板,将组合钢模板表面做粗糙处理,其表面有众多细小缝隙,混凝土浇筑后水分由这些缝隙渗出,拆模后混凝土表面比较粗糙,利于做装饰面层。
三、全铝合金模板
在工程施工中,铝模板逐步得到了广泛应用。目前建筑模板工程中木模板所在比例仍然较大。但为了节约木材和响应节能环保的要求,人们开始尝试使用各种金属模板,比如全钢的或者全铝的。实践证明,使用全钢的模板很大程度上降低了木材损耗,同时大大缩短了工期,但是另外也给施工带来了挑战。与木模板相比,它自重大,因而特别依赖垂直运输,操作也不方便。铝合金模板的使用很好地解决了这个难题,它比全钢模板轻很多,所以被引进后,迅速得到了推广并逐步完善,目前已经形成了一套完整的全铝合金模板施工技术。
1、 技术上
(1)优点:首先,铝是一种密度较小的金属,自重比较轻,但是承载力确相当的好,特别适合机械化操作;同一类型的构件,可以混用标准板,因而拼装受限小,速度快,模板定型化、模数化,模板左右、上下、纵横之间均可组合拼装,模板的通用性好、互换性好,可供各种建筑平面形状的大模板工程使用;几个不同的模板直接借助销钉连接,安装很方便,在拆卸的时候也不用费很大的力气;水平构件模板如果借助了“早拆”的设计,只在短短36h后,就可以进行拆卸;混凝土强度达到设计强度之后,可以全部拆除铝合金模板,这个时候,可以看出混凝土表面质量是非常好的;为了保证施工安全,在安装铝合金模板的过程中,都会设有可以移动的多级操作平台,这样可以降低安全风险。总体而言,铝合金模板自重轻、施工方便,质量可靠。
(2)缺点:相对于其他模板来说,铝合金模板对施工水平的要求较高。铝合金模板安装质量要求主要有四点:①模板轴线定位、外形尺寸、水平标高要准确无误。②板面应平整洁净,拼缝严密,不漏浆。③安装应牢固稳定,保证在施工过程中不移位、不胀模。④模板安装偏差应控制在规范容许范围内。使用模板的过程中又需要注意五点:①墙、柱大模板及梁侧、梁底模板等预先制作的模板,应进行编号管理,模板宜分类堆放,以便于使用。②模板安装及拆除时,应轻起轻放,不准碰撞,不得使劲敲砸模板,以免模板变形。③拆下的模板应及时清理,如发现翘曲、变形、应及时修理,损坏的板面应及时进行修补。④将要组拼起来的模板要有比较平整且夯实的存放场地,如果将它平放,最好用木方垫架。如果是立放,最好搭设一些分类模板架,当其触底时垫上木方,可以最大限度保证模不发生形变。不能够乱堆乱放这些预拼的模板,也不能在它们上面放其它散置材料。⑤已经安装好了的地方,在施工过程中不允许其它模板碰撞,也不可以把它作为一个临时倚靠,以防止模板变形或产生垂直偏差。工作面已安装完毕的平面模板,不可做临时堆料和作业平台,以保证支架的稳定,防止平面模板标高和平整产生偏差。另外拆除的时候也有诸多要求,一旦技术不到位,就会出现混凝土表面麻面、蜂窝、缺棱掉角等质量通病。
2、 经济上
(1)优点:首先,铝合金模板与木模板相比较而言,不容易变形,因而可以周转使用的次数多。以本工程为例,剪力墙模板采用的组合全铝合金模板可周转使用次数达200~250次以上,模板每次的摊销费用小,经济效益明显。实践证明,全铝合金模板可以周转使用的次数比钢模板都要高,在高层建筑中这种优势就更明显了。据核算,铝合金模板只要达50次以上,就与木模板摊销费用差不多持平。其次,使用铝合金模板能够促使工程速度加快,缩短工期,同时在施工过程中还可以减少不必要的大型设备租金,比较方便快捷。再次,合格优质的铝合金模板施工,可以使结构面呈现出清水混泥土的效果,这样就节省了装修时所需要的抹灰以及平整所需要的材料费和人工费。所以,从整个施工过程来看,使用铝合金模板可以降低工程成本,一方面节约了水泥、砂还有其它原材料消耗,另一方面,节省了抹灰所需要的人工费。
(2)缺点:铝合金模板的添置造价比较高。虽然它的摊销费用比较低,但这也是因其周转使用次数多而摊薄的。相对于木模板来说,建筑用的铝合金模板前期投入资金会非常多。本工程经过综合比较、分析,还是决定采用铝合金模板,既降低了模板的综合摊销费用,还提高了混凝土表面质量,减少了抹灰费用,对节约木材、节能环保也非常有利。
铝合金模板在国外经历过五十多年的应用实践,到如今已经形成了一套规范成熟的施工技术。本工程采用铝合金模板施工除了严格执行规范要求外,还制定了一系列铝合金模板施工管理办法,包括安全、质量、成品保护措施等。依照我国已有的施工实践,结合本工程的实际情况做了一些创新与改进,力求更好的推广应用铝合金模板新技术。
四、钢木组合模板
国内建筑行业所使用的模板体系, 自20世纪70年代实行以钢代木并引进组合钢模板以来, 基本形成了以扣件式 48×3.5钢管作为支撑, 钢模板作为面板,型钢作为主次龙骨的组合钢模板体系, 这种模板体系由于施工工艺简单、产品标准化、节约木材资源等优点得以大力推广并迅猛发展, 一度成为我国现浇混凝土结构模板工程中的主导模板。 但随着建筑业的发展和时间的推移, 组合钢模板体系已逐步沦落到被淘汰的边缘, 取而代之的是以扣件式 48×3.5钢管作为支撑,胶合板作为面板,50 mm×100 mm方木作为次龙骨, 扣件式 48×3.5钢管作为主龙骨的钢木混合模板体系,这种模板体系目前正成为我国现浇混凝土结构模板工程中的主导模板。
1、钢木混合模板体系的主要优点
钢木混合模板体系替代组合钢模板体系完全是市场经济条件下企业的自主行为,没有得到政府、协会等机构的推广就迅速发展,究其原因,主要有下列优点。
(1)价格上有优势
目前,国内建筑市场竞争越来越激烈,建设单位不仅要求施工工期短,施工质量高,而且基本上是低价中标。因此,在混凝土工程中,模板作为施工材料的关键,它的选用既要考虑混凝土成型质量, 还要考虑到施工成本。
据估算,胶合板模板系统市场单价约为19.5元/m2,
而组合钢模板系统市场单价约为21.5元/m2, 胶合板模板系统在市场价格上比较具有优势。
同时,因胶合板模板幅面大,浇筑成型后的混凝土表面较组合钢模板平整、光滑、接缝少,在后期粉刷时需要投入的材料和人工少。
(2)质量能够得到保证
组合钢模板体系中的组合钢模板由于单块模板最大尺寸仅为300 mm×1 500 mm,面积仅为0.45 m2,势必造成模板在两个方向的接缝数量多;同时,由于单块钢模板的最小尺寸为100 mm×600 mm, 也使小于100 mm的混凝土结构需采用木板镶补, 而镶补的木板与钢模板之间又无可靠的连接件连接, 容易影响混凝土外观质量。因此,接缝数量多和木板与钢模板之间不能可靠连接是影响混凝土外观质量的关键。
钢木混合模板体系的胶合板单块模板最大尺寸为1220 mm×2440 mm, 面积达到2.9768 m2,且容易锯裁,相对于组合钢模板而言,接头数量少、连接可靠,混凝土外观质量更容易得到保证。
(3)工艺简单,连接件少
以混凝土柱为例,组合钢模板体系的施工工艺为:钢模板之间用U形卡和L形插销连接,钢模板与扣件式48×3.5钢管次龙骨用钩头螺栓连接,钢模板与扣件式48×3.5钢管主龙骨用钩头螺栓连接, 小于100 mm的模板镶补,对拉螺栓加固。 其使用的连接件有U形卡、L形插销、短钩头螺栓、长钩头螺栓、3形扣件、对拉螺栓。
仍以混凝土柱为例, 钢木混合模板体系的施工工艺为:胶合板锯裁,胶合板用钉子与50 mm×100 mm方木次龙骨连接,方木与扣件式 48×3.5钢管主龙骨与对拉螺栓连接。其使用的连接件仅为铁钉、3形扣件、对拉螺栓。
从以上的施工工艺和连接件数量的对比可看出,
钢木混合模板体系的施工工艺较组合钢模板体系的施工工艺简单,其连接件数量也少,同时也避免了小连接件的丢失。
2、钢木混合模板体系的主要缺点
(1)不符合国家产业政策
钢木混合模板体系大量采用了以木材为主原材料的胶合板、方木,且周转次数少,再利用率低。而木材的砍伐对节约资源、保护环境影响大,不符合国家提倡的资源节约型、环境友好型社会的建设。
(2)模板体系不系统
目前使用的钢木混合模板体系施工工艺不规范,各个施工单位的安装方法均不相同,现场施工的随意性很大,没有形成系统、规范的模板支撑、安装和加固体系。
(3)钢管浪费严重
采用扣件式钢管作为梁板支撑体系时,由于钢管长度受到层高的限制,而钢管长度一般又是一定的,施工时,为保证梁板下模板的可靠支撑,常采用锯割钢管的方式来调节,造成钢管浪费严重。
(4)劳动力需求大,不利于机械设备安装
由于模板工程在混凝土结构施工费用和劳动量中占有较大的比重,在一般的梁板、框架和板墙结构中,费用占30%左右,劳动量占28%~45%。 在现有的模板支撑体系施工中, 全部采用大量的劳动力搭设钢管架支撑、安装模板背楞、模板加固及拆模,不能采用机械化作业。
(5)胶合板抗弯强度低
厚18 mm的胶合板抗弯设计值一般为20 N/mm2,以墙柱模板为例,按3跨连续梁计算可得出,采用胶合板作为混凝土面板时,由于抗弯强度低,次龙骨方木的间距基本在350mm 左右, 实在太小。 施工现场次龙骨方木的实际间距一 般在200~300mm,因此, 钢木混合模板体系对次龙骨的抗弯要求不高, 次龙骨只是从工艺上要求较多。但是,次龙骨对主龙骨的间距和对拉螺栓的间距将产生重要影响。
(6)方木次龙骨的抗弯强度低
现场较多采用方木次龙骨尺寸为50 mm×100 mm,部分甚至为40 mm×90 mm,方木的抗弯强度设计值一般为13 N/mm2。以墙柱模板为例,按3跨连续梁计算可得出,用50mm×100mm方木作次龙骨,当方木间距为350mm的情况下,主龙骨的间距基本在650mm左右,从而确定了对拉螺栓的纵向间距也基本在650 mm左右,显然较小,这是由于方木的抗弯强度低所造成的。
(7)扣件式钢管的抗弯强度低
当主龙骨采用两根外径为48×3.5的扣件式钢管时,钢管和对拉螺栓的纵向间距为650mm,截面面积为2×4.891cm2,截面抵抗矩为6.095cm4,由于两根钢管的组合是在宽度方向,与槽钢等型钢相比,截面抵抗矩过小,抗弯强度低,使对拉螺栓在横向的数量增大。
(8)钢管与次龙骨无法连接
现在常用的钢木混合模板体系一般采用50 mm× 100 mm的方木做次龙骨,扣件式钢管做主龙骨,造成方木与钢管之间无法连接, 只能依靠对拉螺栓和在模板内设置顶棍解决,给模板的安装带来了很大的困难。
综合分析以上钢木混合模板体系的优缺点, 可看到,虽然钢木混合模板体系与组合钢模板体系相比,存在不少优点, 并在目前情况下, 的确有其存在的合理性。 但是,钢木混合模板体系的缺点也是比较明显的,尤其当国家产业政策从保护环境的角度出发, 对木制品进行限制时,如何形成强度高、工艺简单、成本低、利于机械化施工的新的模板体系是施工单位广大科技人员所面临的问题。
3.4.2模板类型对比分析
与传统竹木胶合板模板相比:组合钢模板强度大、刚性好、重复利用次数高;施工技术简单,便于安装;不产生建筑垃圾,报废后回收价值可达70%。竹木模板的强度和刚度都不如组合钢模板,周转次数很低;而且施工现场凌乱,无回收价值,产生大量的建筑垃圾。组合钢模板耐酸耐碱耐湿,耐寒耐热,不变形,适用于各种施工温度环境下安全作业,不受天气影响。
表1 建筑组合钢模板与传统木模板综合比较
模板体系类别 |
建筑组合钢模板 |
建筑铝模板 |
传统木模板 |
模板规格 |
系列化、模数化、快装易拆 |
系列化、模数化、快装易拆 |
模板规格变化多、无序 |
荷载性能 |
50NK/㎡,受力均匀 |
50NK/㎡,受力均匀 |
30NK/㎡,受力不均匀 |
施工效率 |
20-30㎡/天/人 |
20-30㎡/天/人 |
10-15㎡/天/人 |
节能环保 |
通常100-300次(最多达300次) |
通常200-400次(最多达400次) |
通常5-10次,消耗大 |
劳务资源 |
劳务资源充足,仅需装配熟练工 |
劳务资源充足,仅需装配熟练工 |
,
劳务资源困难,需要有专业技能木工 |
工程质量 |
垂直平整好,质量有保证 |
垂直平整好,质量有保证 |
易涨模爆模 |
材料消耗 |
几乎没有 |
几乎没有 |
大量废弃模板木方 |
施工垃圾 |
没有材料本身垃圾 |
没有材料本身垃圾 |
大量自身垃圾 |
劳务费 |
24-26元/㎡ |
24-26元/㎡ |
25-30元/㎡ |
租赁综合单价 |
19-20元/㎡(包含支撑体系) |
28-30元/㎡(包含支撑体系) |
46-53元/㎡ |
表2 组合钢模板与其他模板技术经济指标对比表
项目 |
组合组合钢模板 |
铝模板 |
木模板 |
面料材料及厚度mm |
2-3mm厚 |
3-4mm厚 |
15mm厚 |
模板厚度mm |
2.3/3 |
5.4/6.5 |
15/18 |
模板重量kg |
18-30 |
18.5-25 |
10.5 |
承载力(kg/㎡) |
50 |
50 |
30 |
销售价各(元/㎡)
|
690元/㎡(含支撑和配件) |
1000/1200(不含支撑和配件 |
50 |
周转次数(次) |
300 |
400 |
8 |
摊销费(元/次/㎡) |
小于等于2/2.4 |
小于等于2/2.4 |
大于6.25 |
施工难度 |
易 |
易 |
易 |
维护费用 |
低 |
低 |
低 |
施工效率 |
高 |
高 |
低 |
施工范围 |
全部结构 |
全部结构 |
全部结构 |
混凝土表面质量 |
易达标 |
易达标 |
工艺要求高 |
回收价值 |
全回收 |
全回收 |
无,另付费清理 |
对吊装机械的依赖 |
部分依赖 |
不依赖 |
部分依赖 |
针对本工程渡槽施工槽身整体一次性支模成型特点,分别从实际、经济、工艺技术、质量、安全等各方面进行分析对比,渡槽槽身模板主要考虑以下4种方案:
方案一:全钢模板,整个槽身结构全部使用钢模板;竖墙等槽身上部使用定制5mm厚加大加宽钢模板;
方案二:全木模板,整个槽身结构全部使用木模板;
方案三:全铝模板,整个槽身结构全部使用定制铝模板;
方案四:钢木组合模板,渡槽底板大平面部位使用竹胶木模板进行拼装,内外两侧有八字倒角部位,采用定制异形钢模板现场拼装,槽身外侧使用整体定制钢模板(单块长度3m,高度由槽身底至顶整体成型);竖墙内侧使用竹胶木模板进行拼装;
费用计算依据:
经过模板厂调研以及结合以往施工经验:铝模购买价格约为1400元/m2;钢模购买价格约为350元/m2(3mm厚钢模约320元/m2,5mm钢模约380元/m2);木模板及木方购买价格约90元/m2;
钢模板制作费用5500元/t,运输费用500元/t。
根据初步设计渡槽槽身结构图纸计算,每跨渡槽需用模板量约为:底板170m2、竖墙及梁195m2。
根据本项目要求渡槽结构施工进度计划、模板拆除时间研究,确定本项目渡槽槽身底板模板周转周期28天/次,可周转2次。渡槽槽身底板共计配备34套模板。渡槽槽身模板周转周期7天/次,可周转10次。渡槽槽身共计配备20套模板。所以计算出模板用量为:34套*底板170m2+20套*竖墙及梁195m2=9680m2。
方案一:全钢模
费用=350元/m2*9680m2=338.8万元;
方案二:全木模
费用=90元/m2*9680m2=87.12万元;
方案三:全铝模
费用=1400元/m2*9680m2=1355.2万元;
方案四:钢木组合模板
需用钢模板(m2)=34套*底板倒角38.85m2+20套*竖墙外侧133.23m2=3985.5m2;
钢模费用=350元/m2*3985.5m2=139.5万元;
需用木模板(m2)=9680-3985.5=5694.5m2;
木模费用=90元/m2*5694.5m2=51.25万元;
合计费用=钢模费用139.5万元+木模费用51.25万元=190.75万元;
综合分析对比得分表
模板体系类别 |
全钢模板 |
全木模板 |
全铝模板 |
钢木组合模板 |
模板重量 |
1 |
4 |
3 |
2 |
强度及稳定性 |
4 |
1 |
2 |
3 |
荷载性能 |
4 |
1 |
2 |
3 |
施工难度及效率 |
1 |
3 |
2 |
4 |
劳务资源 |
4 |
2 |
1 |
3 |
节能环保 |
3 |
1 |
3 |
2 |
材料消耗 |
3 |
1 |
3 |
2 |
施工垃圾 |
3 |
1 |
3 |
2 |
混凝土表面质量 |
3 |
2 |
3 |
2 |
回收价值 |
3 |
1 |
3 |
2 |
对吊装机械的依赖 |
1 |
4 |
3 |
2 |
成本费用 |
2 |
4 |
1 |
3 |
安全隐患 |
1 |
4 |
2 |
3 |
质量控制 |
1 |
2 |
4 |
3 |
维护费用 |
2 |
4 |
1 |
3 |
总得分 |
36 |
35 |
36 |
39 |
综合考虑模板的刚度强度及稳定性、混凝土成型后的外观质量、模板周转次数及利用率、模板拼装施工难度、施工工期、经济成本等多方面因素,最终确定采用方案四:钢木组合模板。
第四章 方案的组织实施
4.1矩形渡槽一次浇筑模架体系
4.1.1槽身模板施工
槽身施工主要采用碗扣式脚手架支撑加定型钢模以及平台现浇的施工方法。
槽身所需钢筋于钢筋加工场加工,现场绑扎、焊接成型;所需混凝土由商混站供应,用搅拌运输车运至现场,汽车吊配吊罐或泵送入模,附着式振动器配合插入式振捣棒振捣密实。
现浇槽身下面支撑采用碗扣式脚手架支撑,在碗扣式脚手架支撑搭设完成并按要求进行预压且变形稳定、符合要求后,进行测量放样以定位模板位置。施工顺序为:先底模安装、加固,后槽身钢筋安装、绑扎,后内模安装、加固,最后是端模安装、加固。槽身模板采用定型钢模。
槽身模板由外模、内模和端模三部分组成,下部钢支架支撑。
渡槽槽身体型设计图
渡槽槽身定型模板组装示意图
一、槽身模板安装
如上图所示,竖墙外模使用整体定制钢模板,单块长度3m,高度由槽身底至顶整体成型,面板采用5mm钢板,横肋采用[80槽钢,骨架采用δ12+[10#+[16#槽钢,附件螺栓采用M20*50,拉杆采用φ20圆钢,垫片采用10mm*100*100。
竖墙内模和底板大平面底模采用木胶合板拼装组成,内外两侧有八字倒角和两侧承受竖墙荷载的底模部位,采用定制异形钢模板现场组合拼装。
为了满足槽身模板在施工时的变形要求,槽身底模施工时全长按二次抛物线设置预拱度。根据下部支撑预压结果和施工经验设置底模预拱度,底模安装完毕后进行复查。模板的表面平整度控制在2mm以内,高程误差控制在2mm以内,轴线偏位误差控制在3mm以内,板面缝隙误差控制在1mm以内。若板面缝隙在3mm以内,可用硬海绵条及橡皮垫嵌缝,确保模板间不漏浆。
外侧模立于底模上,固定在角钢制成的钢支架上,每块模板两端各设一个支架,上口采用钢管和钢管卡具拉结固定,形成一个自稳体系。为保证侧模的质量,除各项指标必须满足底模的所有要求外,还要求侧模的支架工作面标高的误差必须在3mm以内。
底模和侧模安装时需满满足以下要求:
1) 底模安装
①底模清理:清除底模面板上杂物;
②检查底接缝的橡胶密封条,对损坏的须更换或修补;
③检查底模的平整度等,尤其是支座处误差须在允许范围内;
④脱模剂涂刷均匀。
2)侧模安装
①把侧模与底模用扣件或螺栓连接好。
②在侧模外侧上、中、下部位分别设置撑杆以加固模板。
③连接侧模与底模的扣件或螺杆应紧密,使侧模与底模靠紧。
④侧模立完后,检查侧模的如下尺寸:长度、净宽度、净高度、垂直度等,其误差应在允许范围内。
⑤侧模调整完成后,对侧模与混凝土接触面清理后用滚刷涂脱模剂。
二、槽身端模
端模是为解决槽身两端支撑部位的特殊面而设置的,端部扩散段与堵头钢板螺栓连接固定。
端模安装时需满足以下要求:
①清理端模表面并打磨光洁;
②均匀涂刷脱模剂;
③端模到位后,将端模与侧模、底模、内模进行连接和固定。
三、槽身钢模、钢筋安装
施工时每跨一次支撑,外模每1.5m一组螺扣连接,组装成形,固定在钢支架撑上,钢支撑安装完成验收合格后,吊车分段吊装外模到位,外部支撑连接加固,组装成一个整体。
外模验收合格后,组织人员进行钢筋安装。首先,在模板上按图纸要求划好间距。然后先穿纵向主筋,最后穿架立筋,隔一定间距将主筋与断面筋绑住,然后全面绑架主筋。双排主筋必须采取措施保持间距。注意主筋焊接位置按规范相互错开,且避开受控区。钢筋安装必须符合设计和规范要求,保护层采用预制混凝土垫块绑在钢筋上固定,以保证保护层厚度。
其中,保护层垫块详细要求如下:保护层垫块采用混凝土垫块(高性能细石混凝土制作),垫块的尺寸和形状(工字型或锥形)必须满足保护层厚度和定位的允差(0~5mm)要求。模板安装和浇筑混凝土前,仔细检查保护层垫块的位置、数量及紧固程度,并指定专人作重复性检查以提高保护层厚度尺寸的质量保证率。垫块散布均匀,侧面和底面的垫块不少于4个/m2,绑扎垫块和钢筋的铁线头不得伸入保护层内。
钢筋工序验收合格后,立内模支架,安装固定成稳定整体,经验收合格后安装内模,边浇筑边往上搭接,逐步上升,一直到达槽口。
竖墙外侧定制大型钢模板
竖墙内侧木竹胶板与八字倒角异形钢模板
4.1.2槽身支撑
渡槽槽身下部支撑选用碗扣式脚手架支撑。
模板支架搭设高度为7.7m,
立杆的纵距 b=0.60m,立杆的横距 l=0.60m,脚手架步距 h=1.50m。
钢管规格:Φ48×3.0;
立杆钢管类型选择:LG-A-240(2400);
横向水平杆钢管类型选择:SPG-90(900);
纵向水平杆钢管类型选择:SPG-90(900);
在整个钢支撑承重体系做完后,需在支撑操作平台上设立安全防护网。防护栏杆采用48㎜×3.5㎜钢管,高度为1500㎜,设两道水平杆,采用48㎜×3.5㎜的钢管,立杆间距为2000㎜。栏杆内挂密目安全网。栏杆下设200㎜高的挡脚板。
钢支撑布置图以及计算过程详见下述
1、依据规范
《建筑施工脚手架安全技术统一标准》GB51210-2016
《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ166-2016
《建筑施工模板安全技术规范》JGJ 162-2008
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011
2、计算参数
基本参数 |
计算依据 |
《建筑施工脚手架安全技术统一标准》GB51210-2016 |
楼板厚度h(m) |
1 |
楼板边长L(m) |
13.4 |
楼板宽B(m) |
5.5 |
立杆材质 |
Q235 |
模板支架高度H(m) |
7.7 |
立杆纵向间距1a(m) |
0.6 |
立杆横向间距lb(m) |
0.6 |
水平拉杆步距h(m) |
1.2 |
主楞布置方向 |
平行于楼板长边 |
结构表面要求 |
表面外露 |
次楞间距a(m) |
0.2 |
次楞悬挑长度a1(m) |
0.3 |
主楞悬挑长度b1(m) |
0.3 |
立杆规格 |
LG-A-180 |
材料参数 |
面板类型 |
覆面木胶合板 |
面板规格 |
15mm厚 |
面板E(N/mm^2) |
11500 |
面板fm(N/mm^2) |
30 |
次楞类型 |
矩形木楞 |
次楞规格 |
50×100 |
次楞合并根数 |
/ |
主楞类型 |
圆钢管 |
主楞规格 |
Ф48×3.5 |
主楞合并根数 |
2 |
钢管类型 |
Ф48×3.5 |
|
|
荷载参数 |
可调托撑承载力容许值(kN) |
30 |
地基承载力特征值fak(kPa) |
/ |
立杆垫板面积A(m^2) |
0.1 |
模板(不含支架)自重标准值G1k(kN/m^2) |
0.2 |
新浇筑混凝土自重标准值G2k(kN/m^3) |
24 |
钢筋自重标准值G3k(kN/m^3) |
1.1 |
施工荷载标准值Qk(kN/m^2) |
2 |
脚手架上震动、冲击物体自重QDK(kN/m^2) |
0.5 |
计算震动、冲击荷载时的动力系数κ |
1.35 |
脚手架安全等级 |
2级 |
脚手架结构重要性系数γ0 |
1 |
是否考虑风荷载 |
是 |
省份、城市 |
海南省儋州市 |
地面粗糙程度 |
B类 丘陵 |
基本风压值Wo(kN/m^2) |
0.3 |
沿风荷载方向架体搭设的跨数n |
6 |
模板支撑架顶部竖向栏杆围挡的高度Hm(mm) |
1000 |
模板支撑架顶部模板高度Hb(mm) |
700 |
设计简图如下:
(图1) 模板设计平面图
(图2) 模板设计剖面图1
(图3) 模板设计剖面图2
3、面板验算
根据《建筑施工模板安全技术规范》5.2.1,按简支跨进行计算,取b=1m宽板带为计算单元。
Wm=bh2/6=1000×152/6=37500mm3
I=bh3/12=1000×153/12=281250mm4
由可变荷载控制的组合:
q1=1.2[G1k+(G2k+G3k)h]b+1.4(Qk+κQDK)b=1.2×(1.2×(0.2+(24+1.1)×1)×1+1.4×(2+1.35×0.5)×1)=40.926kN/m
由永久荷载控制的组合:
q2=1.35[G1k+(G2k+G3k)h]b+1.4×0.7(Qk+κQDK)b=1.35×(1.35×(0.2+(24+1.1)×1)×1+1.4×0.7×(2+1.35×0.5)×1)=49.648kN/m
取最不利组合得:
q=max[q1,q2]=max(40.926,49.648)=49.648kN/m
(图4) 面板计算简图1
1、强度验算
(图5) 面板弯矩图
Mmax=0.248kN·m;
σ=Υ0×Mmax/Wm=1×106×0.248/37500=6.62N/mm2≤[f]=30N/mm2
满足要求
2、挠度验算
q=(G1k+(G3k+G2k)×h)×b=(0.2+(1.1+24)×1)×1=25.3kN/m
(图6) 面板挠度图
(图7) 面板挠度图
ν=0.163mm≤[ν]=0.8mm
ΒϊΧγΗσ
4、次楞验算
次楞计算跨数的假定需要符合工程实际的情况,另外还需考虑次楞的两端悬挑情况。
由可变荷载控制的组合:
q1=1.2×(G1k+(G3k+G2k)×h)×a+1.4×(Qk+κQDK)×a=1.2×(0.2+(1.1+24)×1)×0.2+1.4×(2+1.35×0.5)×0.2=6.821kN/m
由永久荷载控制的组合:
q2=1.35×(G1k+(G3k+G2k)×h)×a+1.4×0.7×(Qk+κQDK)×a=1.35×(0.2+(1.1+24)×1)×0.2+1.4×0.7×(2+1.35×0.5)×0.2=7.355kN/m
取最不利组合得:
q=max[q1,q2]=max(6.821,7.355)=7.355kN/m
(图8) 次楞计算简图
1、强度验算
根据受力简图,得出最不利的次楞弯矩图如下
(图9) 次楞弯矩图
Mmax=0.331kN·m
σ=Υ0×Mmax/Wx=1×0.331×106/(83.333×103)=3.972N/mm2≤[f]=15N/mm2
满足要求
2、抗剪验算
根据受力简图,得到次楞剪力图如下:
(图10) 次楞剪力图
Qmax=2.207kN
τmax=Υ0×QmaxS/(Ib)=1×2.207×103×62.5×103/(416.667×104×5×10)=0.662N/mm2
≤[τ]=2N/mm2
ΒϊΧγΗσ
3、挠度验算
q=(G1k+(G3k+G2k)×h)×a=(0.2+(1.1+24)×1)×0.2=5.06kN/m
(图11) 次楞挠度图
(图12) 次楞挠度图
跨中νmax=0.287mm≤[ν]=2.4mm
ΒϊΧγΗσ
4、支座反力
根据力学求解计算可得:
Rmax=4.413kN
Rkmax=3.036kN
5、主楞验算
主楞计算跨数的假定需要符合工程实际的情况,另外还需考虑主楞的两端悬挑情况。
主楞所承受的荷载主要为次楞传递来的集中力,另外还需考虑主楞自重,主楞自重标准值为gk=75.3/1000=0.075kN/m
自重设计值为:g=1.2gk=1.2×75.3/1000=0.09kN/m
则主楞强度计算时的受力简图如下:
(图13) 主楞挠度计算时受力简图
则主楞挠度计算时的受力简图如下:
(图14) 主楞挠度计算时受力简图
1、抗弯验算
(图15) 主楞弯矩图(kN·m)
Mmax=1.769kN·m
σ=Υ0×Mmax/Wm=1×1.769×106/(10.16×103)=174.148N/mm2≤[f]=205N/mm2
满足要求
2、抗剪验算
(图16) 主楞剪力图(kN)
Vmax=Qmax=8.853kN
τmax=Υ0×VmaxS/(Ib)=1×8.853×1000×6.946×103/(24.38×104×1.4×10)=18.017N/mm2≤[τ]=120N/mm2
ΒϊΧγΗσ
3、挠度验算
(图17) 主楞变形图(mm)
υmax=1.943mm≤[ν]=2.4mm
ΒϊΧγΗσ
4、支座反力
立杆稳定验算要用到强度计算时的支座反力,故:
Vmax=15.5kN
6、立杆承载力验算
根据规范《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2016)中相关规定应如实计算立杆由架体结构及附件自重产生的轴力标准值。
架体自重由立杆、水平杆、水平剪刀撑、竖向剪刀撑及可调托座自重组成。
A.立杆自重:由于选择的立杆型号为LG-180,立杆长度为LL=1.8m,故立杆根数可简化计算为T1=H/LL=7.7/1.8=4.278
查规范附录A得单根立杆重量为mLG=10.19×9.8/1000=0.1kN
则立杆总重:GLG=T1×mLG=4.278×0.1=0.427kN
B.水平杆自重:立杆承担一个横杆和一个纵杆的重量,由于立杆纵横向间距为0.6m、0.6m,故水平杆规格分别为HG-60、HG-60
查规范表3.2.5得水平杆重量分别为
mHa=2.47×9.8/1000=0.024kN
mHb=2.47×9.8/1000=0.024Kn
架体水平杆的步数为:T2=H/h+1=7.7/1.2+1=7.417
则水平杆总重:GHG=T2×(mHa+mHb)=7.417×(0.024+0.024)=0.359kN
C.竖向剪刀撑自重:根据实际施工情况,绝大部分均采用扣件式钢管剪刀撑代替竖向写成杆,故我们按扣件式剪刀撑进行简化计算。根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中6.3.9条规定剪刀撑宽度宜为6-9m,剪刀撑间距可按4跨简化,对于大于4跨的这样计算偏于安全符合构造措施。
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130)中附录B的规定,扣件式剪刀撑钢管(48.3×3.6)的自重,每米取0.0397kN/m。
竖向剪刀撑自重:GVX={[(4la)2+(4h)2]0.5+[(4lb)2+(4h)2]0.5}×0.0397=(((4×0.6)2+(4×1.2)2)0.5+((4×0.6)2+(4×1.2)2)0.5)×0.0397=0.426kN
D.水平剪刀撑:按规范规定水平剪刀撑间距不大于8m,且应在架体顶层水平杆设置一道,故剪刀撑道数可按下式计算:
T3=H/8+1=7.7/8+1=1.962
水平剪刀撑的假定形式可按竖向剪刀撑的方式进行。
水平剪刀撑自重:GHX=T3×2×[(4la)2+(4lb)2]0.5×0.0397=1.962×2×((4×0.6)2+(4×0.6)2)0.5×0.0397=0.529kN
E.可调托撑:根据规范表3.2.5规定,根据施工实际情况,多数情况下选用KTC-60、KTC-75型号的可调托撑,我们取KTC-75型号可调托座的自重进行计算,这样偏于安全。
可调托撑自重为:GTC=0.0969kN
架体的底座或垫板自重予以忽略。
根据以上统计,架体自重作用于单根立杆的荷载为:
GZ=GLG+GHG+GVX+GHX+GTC=0.427+0.359+0.426+0.529+0.0969=1.838kN
1、不考虑风荷载
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中5.3.9条规定,取立杆伸出顶层水平杆长度a=650mm,立杆计算长度系数μ=1,取立杆计算长度附加系数k=1.155
立杆计算长度为:
l0=kμ(h+2a)=1Χ1.155Χ(1.2+2Χ0.65)=2.888m
l=l0/i=2.888×1000/(1.58×10)=182.753£[l]=230
ΒϊΧγΗσ
根据l值查规范《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)附录C得到j=0.214
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中5.3.9条规定,应计算立杆自由端高度h0=0.25×1000=250mm的立杆承载力,其取值应根据a=650mm和a=200mm对应的立杆承载力线性插入取值。
P650=φAf/Υ0=0.214×4.93×100×205×0.001/1=21.678kN
P200=1.2×P650=1.2×21.678=26.013kN
根据线性插入法可得:
P250=25.532kN
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中5.3.3条规定应分别对由可变荷载控制的组合和由永久荷载控制的组合分别计算荷载,并取最不利荷载组合参与最终的立杆稳定的验算。
由可变控制的组合:
N1=1.2×[GZ+G1k+(G2k+G3k)×h]×la×lb+1.4(Qk+κQDK)×la×lb
=1.2×(1.838+0.2+(24+1.1)×1)×0.6×0.6+1.4×(2+1.35×0.5)×0.6×0.6=13.072kN
由永久荷载控制的组合:
N2=1.35×[GZ+G1k+(G2k+G3k)×h]×la×lb+1.4×0.7×(Qk+κQDK)×la×lb
=1.35×(1.838+0.2+(24+1.1)×1)×0.6×0.6+1.4×0.7×(2+1.35×0.5)×0.6×0.6=14.133kN
N=max(N1,N2)=max(13.072,14.133)=14.133kN≤P250=25.532kN
满足要求
2、考虑风荷载
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中4.2.6条、5.3.5条,风压高度变化系数可按以下规定取用:当计算模板支撑架竖向围挡(模板)的风荷载标准值ωmk和计算模板支撑架架体风荷载标准值ωfk时,μz均取架体顶部离地面高度的风压高度变化系数,小于5m时按5m高取值。
查询《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)附录B得:
架体顶部离地面高度的风压高度变化系数μz=1
风荷载在模板工程施工中有影响的三种工况:
工况1、钢筋未绑扎,只有支撑架体和底模;风荷载对架体主要是倾覆影响,对立杆附加轴力影响不是主导工况。
工况2、钢筋绑扎完毕,模板侧模安装完毕;风荷载对架体主要是倾覆影响,对立杆附加轴力影响不是主导工况。
工况3、混凝土浇筑完成时;风荷载主要对立杆附加轴力有影响,风荷载对架体的倾覆影响不是主导工况。
首先计算风荷载对立杆附加轴力的影响,根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中4.2.6条、5.3.5条,当计算模板支撑架竖向栏杆围挡(模板)的风荷载标准值ωmk时,封闭栏杆(含安全网)体型系数μs=1.0,模板体型系数取1.3。
封闭栏杆(含安全网)的风荷载标准值为
ωmk1=μsμzω0=1×1×0.3=0.3kN/m2
封闭栏杆(含安全网)的风荷载为
Fwk1=la×(Hm-Hb)×ωmk1=0.6×(1000-700)/1000×0.3=0.054kN
侧模的风荷载标准值为
ωmk2=μsμzω0=1.3×1×0.3=0.39kN/m2
侧模的风荷载标准值为
Fwk2=la×Hb×ωmk2=0.6×700/1000×0.39=0.164kN
则Fwk=Fwk1+Fwk2=0.054+0.164=0.218kN
当计算模板支撑架体风荷载标准值ωfk时,为了计算架体的体型系数须根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)表8.3.1中第33项规定n榀桁架相关计算,其中η的取值需根据架体挡风系数φ=1.2×(la+h+0.325×la×h)×48.3/(la×h)=1.2×(0.6+1.2+0.325×0.6×1.2)×0.0483/(0.6×1.2)=0.164以及lb/la=0.6/0.6=1查表得到η=0.904为。
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)表8.3.1中第37项b规定得到碗扣式钢管的体型系数可以取为μs1=1.2
μs=μstw
=μst×(1-ηn)/(1-η)
=μs1×φ×(1-ηn)/(1-η)
=1.2×0.164×(1-0.9046)/(1-0.904)=0.931
则ωfk=μsμzω0=0.931×1×0.3=0.279kN/m2
故qwk=la×ωfk=0.6×0.279=0.168kN/m
模板支撑架计算单元在风荷载作用下的倾覆力矩标准值:
MTk=0.5×H2×qwk+H×Fwk=0.5×7.72×0.168+7.7×0.218=6.643kN·m
则立杆最大附加轴力标准值为:
Nwk=6n×MTk/[(n+1)(n+2)B]=6n×MTk/[(n+1)(n+2)nlb]=6×6×6.643/((6+1)×(6+2)×6×0.6)=1.186kN
模板支撑架由风荷载产生的弯矩标准值为:
Mwk=la×μst×μz×ω0×h2/10=0.6×1.2×0.164×1×0.3×1.22/10=0.005kN·m
模板支撑架由风荷载产生的弯矩设计值为:
Mw=1.4×0.6×Mwk=1.4×0.6×0.005=0.004kN·m
考虑风荷载情况下:
Pw650=ΦA(f/Υ0 - Mw /W)=0.214×4.93×100×(205×0.001/1-0.004×1000/5150)=21.59kN
Pw200=1.2×P650=1.2×21.59=25.908kN
根据线性插入法可得:Pw250=25.428kN
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中5.3.3条规定应分别对由可变荷载控制的组合和由永久荷载控制的组合分别计算荷载,并取最不利荷载组合参与最终的立杆稳定的验算。
第一种情况:
由可变控制的组合:
N3=1.2×[GZ+G1k+(G2k+G3k)×h]×la×lb+1.4×[(Qk+κQk)×la×lb+0.6×Nwk]
=1.2×(1.838+0.2+(24+1.1)×1)×0.6×0.6+1.4×((2+1.35×0.5)×0.6×0.6+0.6×1.186)=14.068kN
由永久荷载控制的组合:
N4=1.35×[GZ+G1k+(G2k+G3k)×h]×la×lb+1.4×[0.7×(Qk+κQk)×la×lb+0.6×Nwk]
=1.35×(1.838+0.2+(24+1.1)×1)×0.6×0.6+1.4×(0.7×(2+1.35×0.5)×0.6×0.6+0.6×1.186)=15.129kN
N=max(N3,N4)=max(14.068,15.129)=15.129kN≤P250=25.532kN
满足要求
第二种情况:
由可变控制的组合:
N5=1.2×[GZ+G1k+(G2k+G3k)×h]×la×lb+1.4× (Qk+κQk)×la×lb
=1.2×(1.838+0.2+(24+1.1)×1)×0.6×0.6+1.4×(2+1.35×0.5)×0.6×0.6=13.072kN
由永久荷载控制的组合:
N6=1.35×[GZ+G1k+(G2k+G3k)×h]×la×lb+1.4×0.7×(Qk+κQk)×la×lb
=1.35×(1.838+0.2+(24+1.1)×1)×0.6×0.6+1.4×0.7×(2+1.35×0.5)×0.6×0.6=14.133kN
N=max(N5,N6)=max(13.072,14.133)=14.133kN≤Pw250=25.428kN
满足要求
7、可调托座验算
按上节计算可知,可调托座受力N=15.5kN≤[N]=30kN
满足要求
8、架体抗倾覆验算
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166)中5.3.11条规定,我们计算抗倾覆时按最不利工况考虑,即架体上无集中堆放物料,抗倾覆力矩仅考虑模板支架及附件自重和顶部模板等物料自重。
则抗倾覆判断公式如下:
因:GZ/(la×lb)+G1k=1.838/(0.6×0.6)+0.2=5.306kN/m2
3Υ0×MTk/[(n×lb)2×la]=3×1×6.643/((6×0.6)2×0.6)=2.563kN/m2
故:GZ/(la×lb)+G1k>3Υ0×MTk/[(n×lb)2×la]
ΒϊΧγΗσ
9、基础设计
为保证其地基承载力满足要求,计划在相应支架基础下面用现浇混凝土垫层处理。
4.1.3支架预压及监测监控
一、工程概况
本工程现浇渡槽4座,共80跨。渡槽底距地面最大高度为7.7m。全部采用碗扣式满堂支架。
支架搭设完成后,对支架进行相当于单跨渡槽重量的1.1倍进行预压。预压材料采用碎石袋,分三次进行预压。待消除支架非弹性变形量及压缩稳定后测出弹性变形量,即完成支架预压施工。卸除预压荷载后,调整支架施工预拱度,调整支架底模高程,开始渡槽施工。
二、支架预压的目的
1、检查支架的安全性,确保施工安全。
2、消除地基、支架自身非弹性变形的影响,有利于渡槽砼面线形控制。
3、测量预压时支架产生的弹性变形,根据其测量结果对满堂架进行预拱度调整。
三、预压准备工作
1、支撑体系预压前,应对施工区域内的不良地质的分布情况初步了解,发现不合格地基,要及时处理。本工程地基处理采用原状地面和部分素土回填,18t振动碾碾压,边角处采用人工夯实。
2、支撑体系基础应设置排水措施,不得被雨水浸泡。本工程支撑体系基础采用整体现浇10cm厚C20素混凝土垫层。
3、支撑体系预压前,支撑体系必须具有足够的强度、刚度和稳定性,支撑体系应经过验收合格,方可进行预压。
四、预压方案
1、预压材料选用碎石袋,碎石袋的堆码按设计渡槽体的结构自重和分布形式堆放,加载时对称等载预压布置,防止支架偏压失稳。加载顺序按混凝土浇筑的顺序进行,加载时分三次进行。
当支架稳定后,即可卸掉碎石袋,卸载时要分层卸,全部卸完后,测量底模和地基的标高,计算出支架和地基的弹性变形量。画出弹性变形曲线,作为调整模板预拱度的依据。在预压结束、模板调整完成后,再次检查支架和模板是否牢固。
2、本方案预压方法依据渡槽钢筋砼重量分布情况,在搭好的支架上的堆放与单跨渡槽荷载等重的碎石袋 (单跨渡槽荷载统一考虑安全系数为1.1)。施工前,每袋碎石按标准重进行分包准备好,然后用汽车吊进行吊装就位,并按渡槽结构形式合理布置碎石袋数量。
3、卸压完成后,要再次复测各控制点标高,以便得出支架和地基的弹性变形量(等于卸压后标高减去持荷后所测标高),用总沉降量(即支架持荷后稳定沉降量)减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形(即塑性变形)量。预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。
4、在安装好底模后,可对支架进行预压。预压重量为设计荷载的110%,用碎石袋进行支架预压。碎石袋的堆积高度按渡槽体自重分布变化取值,从而使预压荷载的分布与渡槽体荷载的分布相吻合。加载时按照60%、80%、100%预压荷载分三级加载,加载时加载重量的大小和加荷速率与地基的强度增长相适应,待地基在前一级荷载作用下,达到一定条件后,再施加下一级荷载,特别是在加载后期,必须严格控制加载速率,防止因整体或局部加载量过大、过快而使地基发生剪切破坏。
支架预压重量根据渡槽实际断面计算平均分配到底模上,预压的最大荷载为渡槽重量的1.1倍。
5、测点布置情况:
支架的沉降监测点的布置应符合下列规定:
a.沿混凝土结构纵向每隔1/4跨径应布置一个监测断面;
b.每个监测断面上的监测点不宜少于5个,并应对称布置。
6、压重材料的选用:
压重荷载选用碎石袋,用等重量的编织袋装好碎石,便于压重时记录。
7、吊装设备的选用:
压重吊装设备采用1台25T吊车。
8、压重顺序:
压重顺序理论应按照混凝土的浇筑顺序进行,先浇筑混凝土的部位先压重,后浇筑混凝土的部位后压重,根据混凝土浇筑顺序,压重的顺序应为:
8.1、先压槽身中间底板处,再依次加载向槽墩柱的位置排列。第一层堆放完毕后在堆放下一层,直至达到设计底板钢筋混凝土重量。
8.2、预压首先采用纵向满铺底板达到底板混凝土重量,然后在边墙位置纵向堆放与边墙重量相同的重量。
五、预压荷载计算
1、荷载分布情况
渡槽现浇支架在浇注混凝土前必须进行预压,通过预压时测量出的有关沉降数据,计算出预拱度,在支架模板安装时预留标高,以实现浇注完成的渡槽底面标高符合设计要求。
现取以下几处进行计算:
1最不利位置:在边墙的位置,混凝土高度3.55米。
2一般不利位置:没有边墙的跨中断面。
3底板渐变段:按照最不利位置荷载渐变到一般不利位置荷载进行加载。
2、预压方法
1)支架预压按预压单元进行分三级加载,三级加载依次为单元内预压荷载值的60%、80%和100%。
2)当纵向加载时,宜从混凝土结构跨中开始向支点处进行对称布置;当横向加载时,应从混凝土结构中心线向两侧进行对称布载。
3)每级加载完成后,应先停止下一级加载,并应每间隔12h对支架沉降量进行一次监测。当支架顶部监测点12h的沉降量平均值小于2mm时,再进行下一级加载。
4)在全部加载完成后的支架预压检测过程中,当满足下列条件之一时,应判定支架预压合格:
①各监测点最初24h的沉降量平均值小于1mm;
②各监测点最初72h的沉降量平均值小于5mm。
5)支架预压可一次性卸载,预压荷载应对称、均衡、同步卸载。
3、预压荷载计算
1)最不利位置
最不利位置包括边墙的位置,混凝土高度3.55m。现取1平方米的面积作为预压单元进行荷载计算。
a、该单元内混凝土荷载
g1=1.555m2/0.7m*2.6t/m3=5.776 t
b、其他荷载
施工荷载:1.0 KN/㎡;振捣荷载:2.0 KN/㎡;其它荷载: 1.0 KN/㎡
g2=1m×1m×(1.0 KN/㎡+2.0 KN/㎡+1.0 KN/㎡)/(10N/kg)
=400kg=0.4 t
c、预压荷载总重
g=1.1x(5.776+0.4)=6.794t
d、荷载换算
采用等重的碎石袋进行预压,碎石的堆积干容重为1.5t/m3 ,预估含水量为5%(试压时由试验确定),湿容重为1.5 t/m3×(1+5%)=1.575 t/m3 ,换算成体积为:6.794t÷ 1.575 t/m3 =4.31m3。
按1m×1m的底面积换算堆码高度为:4.31m。由于碎石袋堆码时,碎石袋与碎石袋之间有一定空隙,空隙率按6%计算:4.31 m/(1-0.06)=4.585 m 高。
即:实体段位置堆载预压时按4.585m的高度进行碎石袋堆码控制。
2)一般位置
一般位置包括非边墙位置。混凝土厚度0.4m。现取1m×1m的面积作为预压单元进行荷载计算。
a、该单元内混凝土荷载
非边墙:g11=1m×1m×0.4m×2.6t/m3=1.04 t
b、其他荷载
施工荷载: 1.0 KN/㎡;振捣荷载:2.0 KN/㎡;其它荷载: 1.0 KN/㎡
非边墙:g12=1m×1m×(1.0 KN/㎡+2.0 KN/㎡+1.0 KN/㎡)/(10N/kg)
=400kg=0.4 t
翼缘板:g22=0.4 t
c、预压荷载总重
非边墙: g1=1.1x(1.04+0.4)=1.584 t
d、荷载换算
采用等重的碎石袋进行预压,碎石的堆积干容重为1.5t/m3 ,预估含水量为5%(试压时由试验确定),湿容重为1.5 t/m3×(1+5%)=1.575 t/m3 。
非边墙:
换算成体积为:1.584t÷ 1.575 t/m3 =1.006m3。
按1m×1m的底面积换算堆码高度为:1.006m。
空隙率按6%计算: 1.006 m/(1-0.06)=1.07 m 高。
即:非边墙位置荷载预压时按1.07m的高度进行碎石袋堆码控制。
3)底板渐变段
按照最不利位置荷载渐变到一般位置荷载进行加载,不再另行计算。
六、预压标高测量点布置
1、测点分层布置
预压测量点布置分两层,上层布置在渡槽底模板上,用以观测支架预压时所发生的总沉降量,及卸载后的弹性恢复量。
下层测量点布置在地面底垫木上,与上层测点对应,用以观测地基在支架预压时,地基的沉降和卸载后的弹性恢复量。
2、测点平面布置:
a、沿梁纵向每隔1/4跨径布置一个监测断面。
b、每个监测断面上的监测点设置6个,应对称布置。中心点2个,对称的边墙位置各2个。
c、加载至100%时所测数据与持荷24小时后的数据变化平均小于1mm时,表明支架和地基已基本沉陷到位,可以卸载。否则还要继续持荷预压,直至支架和地基沉陷到位方可卸载。
七.标高测量方法
根据以上的预压荷载计算和测点布置设计,上层测点用安装标杆的方法设置测量点,下层测点直接在第二层方木上订铁钉设点测量。
标高测量标杆用直径25mm的钢筋制作,长度大于堆码高度30cm,标杆底部加焊30cm×30cm×10mm钢板,以便沙袋压住,保证位置准确,高度稳定。标杆顶部用砂轮切割机切割平整,以便测量准确。
用水准仪定期观测:加载前作一次系统的观测,作为原始数据;加载60%测量1次;加载80%测量1次;加载100%测量1次。加载结束后每天测量一次,直到预压结束。预压结束后,进行卸载,卸载完成后再进行一次系统的观测。
八、测量结果及沉降量计算
A、支架总沉降量K1
沉降观测结果用数理统计的方法进行计算,排除不合理的特殊点,计算出上层可信观测点的平均沉降数k1及沉降代表值K1,K1作为底模板预设拱度的依据。
K1=k1+2S
式中:K1----支架沉降代表值(mm);
k1----舍掉全部数据平均值±2S以外的点后,计算的沉降平均值(mm);
S----均方差
B、地基沉降量K2
下层观测点数据,用上述方法计算出下层可信观测点的平均沉降数K2,即为地基沉降量。
K2=k2+2S
式中:K2----地基沉降代表值(mm);
k2----舍掉全部数据平均值±2S以外的点后,计算的沉降平均值(mm);
S----均方差
C、非弹性变形沉降K3
上层观测点卸载后的数据,用上述方法计算出上层可信观测点的平均沉降数K3,即为支架及地基非弹性变形沉降总量。
K3=k3+2S
式中:K3----地基沉降代表值(mm);
K3----舍掉全部数据平均值±2S以外的点后,计算的沉降平均值(mm);
S----均方差
D、弹性变形量K4
支架总沉降量K1 减去非弹性变形沉降K3 即为弹性变形量。
即: K4 =K1- K3
九、预压时间
预压期拟定为7天,即加载完毕后,保证持续预压7天,以满足在施工时混凝土浇筑后所产生一定的强度及预应力张拉的需要。
十、卸载
当预压时间按规定完成,预期的测量工作进行完,经监理工程师确认后,即可进行卸载工作,卸载时采取均匀分层拆除,保证支架在拆除过程中受力均匀。
渡槽模架体系预压监测