“321”型军用梁在地下车站防水侧墙中的应用

“321”型军用梁在地下车站防水侧墙中的应用

李洪江

（中国水利水电第五工程局有限公司 四川成都 610000）

【摘要】：雄安新区至北京大兴国际机场R1线第五组团站的侧墙防水混凝土结构施工，是利用321型军用梁设计的侧模支架体系，本文详细介绍了321型军用梁在防水侧墙模板支撑体系中的设计与应用。

【关键词】：321型军用梁 防水结构 模板支撑体系 设计施工

1、工程概况

第五组团站是雄安R1快线线路上第三座车站，车站为地下二层双岛四线车站，车站主体公共区为三柱四跨框架结构，设备区为五柱六跨框架结构。负二层为站台层，净高9米，侧墙厚度1000毫米；负一层层为站厅层，净高6.95米，侧墙厚度800毫米，车站主体长397.3米。车站底板埋深约21.55~22.88米。

车站位于雄安容城县拆迁腾退的规划地块中，周边无建构筑物，车站基坑采用放坡法明挖施工。站址位于第四纪全新世冲积成因的粉质黏土、粉土及砂土层，车站毗邻白洋淀补水的白沟引河，地下水丰富，基坑采用三轴搅拌桩止水帷幕作为基坑开挖阶段的止水措施。

2、模板支架体系设计说明

根据《地下铁道工程施工标准》（GBT51310-2018）要求，地下防水墙体采用双侧支模时，宜采用止水拉杆螺栓固定模板，拆模后使用膨胀水泥砂浆封堵拉杆孔；墙体采用单侧支模板时，宜选用三角形单侧模板支撑体系，模板支撑体系应预先埋设地脚螺栓用以加固模板。

第五组团站地处白洋淀水系，地下水位丰富，工程所在地的土层以粉土、沙土为主，透水性强，而车站设计使用寿命为100年，防水等级为一级， 不允许渗水，结构表面不允许有湿渍。综合考虑以上因素，若采用传统的止水拉杆加固模板，密集的止水拉杆孔极大的增加了侧墙渗水风险，因此项目部决定研发一种三角撑+背撑的模板支架体系，用于双侧支模的地下防水侧墙，降低车站回填以后侧墙渗漏水的风险。

三角形单侧模板及支撑体系是一种成熟的施工工艺，普遍用于有围护结构的垂直开挖基坑的地下室侧墙施工。双侧支模的地下防水侧墙核心在于设计一种结构安全、成本可控、施工便捷的外模支撑体系，在经过对多种方案综合比较并结合现场实际条件，决定采用321型军用梁作为外模的加固体系。

3、支架体系设计

考虑墙体浇筑高度、浇筑厚度、浇筑速度等因素，初步设计外模的支架体系使用单层不加强321型军用梁，每幅1.5米模板布置两道，军用梁间距900毫米，两道军用梁通过90型花架连接。在纵向上，模板使用普通六角螺栓连接，军用梁在水平花架孔处按照水平连接件，用于固定横向钢管，将贝雷架及模板连接位一个整体。

底板浇筑时，施工缝预留在底板倒角以上30厘米处，并在底板与侧墙相应位置预埋Ǿ20地脚螺栓，地脚螺栓间距30厘米，模板支架底部通过底板预埋的地脚螺栓固定，模板支架顶部通过D20对拉丝杆和压梁对拉固定。

模板支架体系的侧面图及剖面图如下：

图1  模板支撑体系剖面图（单位：mm）

·图2  模板支架体系立面图（单位：mm）

4、安全性验算

本模板支架体系采用手工计算，军用梁的抵抗矩等力学性能为定值，因此将军用梁的作为一个整体进行计算，同时，由于军用制式器材在设计之初就已考虑了连接件之间的荷载，故对结构验算时，不需要对贝雷销、连接螺栓等配件进行验算，仅验算梁体本身的安全性。

4.1新浇混凝土的侧压力

新浇混凝土对模板侧压力标准值：据《混凝土结构工程施工规范》 （GB50666-2012），混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑 高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即位新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：

F  0. 28 c t 0V 1/ 2

F   cH

式中 F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN / m 2 ）

γc------混凝土的重力密度（KN / m 3 ）取 25 KN / m 3

t0------新浇混凝土的初凝时间（h）,可按实测确定；当缺乏实验资料时，可采用 t=200/(T+15)计算，T 为混凝土的温度（℃）；按 T=15℃计算，

t0=6.67h。

β------混凝土塌落度影响修正系数，当塌落度在 50mm~90mm 时，β取 0.85；当塌落度在 100mm~130mm 时，β取 0.9；当塌落度在 140mm~180mm 时，β取 1.0；此处取 1.0。

V------混凝土的浇筑高度与浇筑时间的比值，即浇筑速度 1m/h；

H------浇筑墙体高度用模板高度（m）；取 7.5m

F  0.28 ct0V ½

=0.28×25×6.67×1×1½

=46.69KN/m²

F   cH

=25×7.5=187.5KN/m²

取二者中的较小值，F=46.69KN/m²作为模板侧压力的标准值。并考虑倾倒混凝土产生的水平载荷标准值取 2 kN/m²（根据《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）表 A.0.6：溜槽、串筒、导管、泵管下料取 2 kN/m² ，则作用于模板的总荷载设计值为：

q=46.69×1.2+2×1.4=58.83kN/m²，

有效压头高度：h=F/γc=46.69/25=1.87m ，垂直浇筑高度为 7.5m。

4.2支架计算

浇筑高度：架体的总高度为9米，混凝土的浇筑高度为7.5米。支架间距：两相邻支架间的间距为0.9米。单个支架承担混凝土侧压力以折线形线荷载的形式作用于支架上，则单个架体均布荷载设计值为：

双排单层不加强321型军用梁，，。双排单层不加强321型军用梁可以简化成简支梁计算，受力图如图3。

图3 受力简图（单位：mm）

由结构力学知识可得，

RA:A支座的支反力；

RB:B支座的支反力；

经结构力学求解器计算，弯矩图如图4。

图4 弯矩图（单位：kN·m）

经结构力学求解器计算，剪力图如图5。

图5 剪力图（单位：kN）

：剪力为0处到A支座的水平距离；

取安全系数=1.3，与桁架容许内力表比较得：

，弯矩符合要求；

，剪力符合要求。

综上所述，支架强度符合要求。

双排单层不加强321型军用梁，。

经结构力学求解器计算，变形图如图6。

变形图6（单位：mm）

简支梁的容许挠度为：

取安全系数为1.3，则

军用梁的变形符合要求。

因此，贝雷架的刚度、强度均满足外模支架体系受力要求。

5、军用梁-模板体系施工

5.1预埋件安装

底板浇筑时，需要按照图纸预埋地脚螺栓，内模支架地脚螺栓埋件与地面成45度的角度，外模的地脚螺栓与地面平行，现场埋件预埋时要求拉通线，保证埋件在同一条直线上，同时埋件高度要与设计一致。

埋件螺杆的外露螺纹长度应不小于110mm，螺杆外露螺纹距墙体的水平距离不小于180mm，避免与模冲突。

5.2内模安装

侧墙模板单幅面板宽度1.5m，高度7.8m，钢模板每平米重量130kg，面板总重量1.75吨。每幅模板配置2榀三角撑，每榀三角撑重量1.2吨，三角撑总重2.4吨。模板及支架体系总重4.15吨。将单幅内模模板拼装完成，逐块吊装安装固定于底板预埋的地脚螺栓，通过调整调节丝杠高度控制模板的垂直度，每幅模板安装之间通过普通螺栓连接，模板螺栓连接完成后，安装三角撑背后的Ǿ48钢管及扣件将内模体系连接成一个整体。

5.3外模安装

外模选用的模板形式与内模形式一致，单幅面板宽度1.5m，高度7.8m，钢模板每平米重量130kg，面板总重量1.75吨。每幅模板配置2组军用梁，每组军用梁由3榀梁片通过贝雷销连接，由军用梁多用途使用手册可查，每榀军用梁重量270千克，军用梁总重量1.62吨，模板及支架体系总重3.37吨。

将单幅外模模板及军用梁拼装完成，逐块吊装安装固定于底板外侧预埋的地脚螺栓，并及时安装顶部的对拉螺栓固定，以保证模特体系的安全性，通过调剂调节丝杠控制模板的垂直度，每幅模板安装之间通过普通螺栓连接，模板螺栓连接完成后，安装外模横向连接的Ǿ48钢管及扣件将外模体系连接成一个整体。

5.4混凝土施工

模板加固及调校完成后，即可进入混凝土施工工序，混凝土浇筑时，严格控制混凝土浇筑速度不超过1m/h,浇筑过程中安排专人检查模板的变形情况，浇筑完成后，达到拆模条件后，按照先拆外模，后拆内模的顺序，依次拆除模板体系。

6、结束语

利用军用制式器材设计施工地下车站防水侧墙，较传统的钢模板+止水对拉丝杆的的模板形式，不使用贯穿墙体的对拉丝杆，降低了丝杆锈蚀引发的渗漏风险，同时军用梁还具有材料通用性强、物资利用率高、拼装简便迅速、安全可靠等特点，具有较高的应用价值。321型军用梁在雄安新区至北京大兴机场R1线第五组团站工程中的成功应用，说明用321型军用梁设计的侧墙支架体系理论计算模型与施工工况相匹配，能够满足安全需求，此应用实例拓宽了321型军用梁的应用场景，同时也为同类型地下防水结构侧墙施工提供了参考和借鉴。

【参考文献】

装配式公路钢桥多用途使用手册/黄绍金、刘陌生编著.-北京 ：人民交通出版社2001.6

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