(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 0V 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 ct0V 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,
(7) | ||
(8) |
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)
(9) |
: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,。
(10) |
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:
(11) |
取安全系数为1.3,则
(12) |
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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