大跨地铁车站顶板模板支撑体系技术总结

一级建造师继续教育结业论文大跨地铁车站顶板模板支撑体系设计及混凝土施工工艺北京XX建筑工程有限公司大跨地铁车站顶板模板支撑体系设计及混凝土施工工艺摘要：北京地铁XX线XXX站为双岛四线车站，XX线正线设置于车站南北两侧，出入段线双线设置于两座岛式站台之间，其中主体结构22～42轴为单柱双跨型式，每跨15.75m，顶板横断面为拱形渐变型式，最厚处2.0m，最薄处1.0m。由于顶板跨度、厚度均远超过普通车站顶板，且断面为拱形，对模板支撑体系设计和混凝土浇筑的施工工艺提出了更高要求，本文详述了大跨结构的模板支撑体系设计，并使用SAP2000计算软件对顶板模板支撑体系的安全性进行了验算，同时对混凝土施工工艺进行了详述。关键词：大跨结构，模板支撑体系，混凝土浇筑0引言现阶段采用明挖法施工的地铁车站顶板、楼板多采用碗扣式钢管脚手架作为模板支撑体系，其优点为安装、拆卸方便,在荷载作用下稳定性好，但在施工前必须对模板支撑体系的各项参数进行详细计算，满足安全要求后方可施工，主要控制因素包括搭设高度、跨度以及承受的总荷载、集中线荷载，普通地铁车站结构宽度约20m，随车站宽度增加顶板必然加厚，大跨地铁车站顶板厚度可达1m以上，造成顶板模板支撑体系设计及施工难度增大，下文即以XX线XXX车站为例介绍大跨地铁车站模板支撑体系设计及施工工艺。1工程概况地铁XX线XXX站位于XX区香江北路与XXX西路交叉路口，车站采用明挖法施工，长度378.200m、宽度32.100m（盾构始发井段35.800m），深度17.039m，车站为双岛四线车站，XX线正线设置于车站南北两侧，出入段线双线设置于两座岛式站台之间，为营造出开阔通透的乘车环境，车站公共区（22～42轴）采用单柱双跨结构型式，每跨15.75m，顶板横断面为拱形渐变型式，最厚处2.0m，最薄处1.0m。图1XXX站平面示意图图2XXX站22-42轴横断面图2顶板模板支撑体系设计2.1设计思路采用明挖法施工的常规地铁车站顶板厚度700-900mm且顶板底面为平面，而XXX站顶板底面为弧形，厚度由1000mm渐变至2000mm，因此模板支撑体系设计重点即为如何实现顶板弧形断面，地铁区间隧道弧形断面混凝土施工时多采用钢拱架配合钢模板支撑体系，但如应用在明挖车站施工中则加工量巨大、无法周转、占压大量资金，因此不宜采用，而明挖车站顶板施工则多采用满堂红支撑体系配合竹胶板，材料廉价，适于大规模使用，同时由于车站顶板底面弧形半径较大（26963mm），因此决定采用满堂红支撑体系配合竹胶板施工，支撑体系采用碗扣式钢管脚手架，弧形底面采用竹胶板拼接而成。2.2模板支撑体系设计模板支撑体系立杆和横、纵杆均采用标准化的碗扣式脚手架钢管（Φ=48mm，壁厚3.5mm），剪刀撑采用Φ=48mm，壁厚3.5mm钢管，脚手架立杆间距随顶板厚度调整，顶板厚度≥1.4m处立杆间距300×600mm，顶板厚度≤1.4m处立杆间距600×600mm，纵梁下立杆间距300×600mm，脚手架步距均为900mm，模板采用20mm厚竹胶板，长度1200mm，宽度按照支撑体系立杆横向间距加工，分别为300mm、600mm两种，模板横向、纵向背楞均采用100×100方木，其中横向背楞采用短方木拼接而成，模板支撑体系横断面图及大样图如图3、图4所示。XXX站模板支撑体系横断面图XXX站模板支撑体系大样图⑴钢筋混凝土自重：由于顶板厚度不同，因此钢筋混凝土自重取最不利情况计算，分别为2×25=50KN/m2和1.4×25=35KN/m2两种。⑵模板体系自重：0.35×1×1=0.35KN/m2⑶施工均布荷载标准值：2×1×1=3KN/m2⑷倾倒混凝土荷载标准值：1×1×1=1KN/m2荷载组合：1.2×(顶板自重+模板及支架自重)+1.4×（施工荷载+人群荷载）,即荷载组合为：1.2×(50+0.35)+1.4×（3+1）=66.02KN和1.2×(35+0.35)+1.4×（3+1）=48.02KN两种。3支架解析验算3.1模板支撑体系计算按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）要求，模板支撑体系计算主要包括以下内容：1、模板支撑方木的计算强度、抗剪强度、挠度；2、板底支撑钢管的计算强度、最大挠度；3、立杆稳定性。经计算，两种工况下计算数值如下表所示。项目工况1工况2标准值混凝土浇筑最大厚厚度2.0m1.4m/支撑体系间距300×600600×600/模板支撑方木计算算强度5.801N/mmm24.343N/mmm213N/mm2模板支撑方木抗剪剪强度0.891N/mmm20.648N/mmm21.3N/mm22模板支撑方木挠度度0.363mm0.267mm2.4mm板底支撑钢管计算算强度0.234N/mmm2178.691NN/mm2205N/mm22板底支撑钢管最大大挠度0mm0.852mmL/150，10mmm立杆稳定性51.322N//mm273.334N//mm2205N/mm223.2Midas验算根据设计图纸及现场工况，采用midas软件建立计算模型，分别模拟混凝土浇筑至1.0m高度和浇筑完成两个工况，对支撑体系钢管变形及应力进行验算，验算结果如图5-图8所示。图5混凝土浇筑至1.0高度时变形模型及断面图图6混凝土浇筑至1.0m高度时应力模型及断面图图7混凝土浇筑完成后变形模型及断面图图8混凝土浇筑完成后应力模型及断面图由midas软件验算结果可知：工况1下支撑体系变形最大值发生在跨中，最大变形值约为0.2mm，工况1下支撑体系内力最大值发生在跨中，最大应力值9.979N/mm2；工况2下支撑体系变形最大值发生在跨中，最大变形值约为0.6mm，工况1下支撑体系内力最大值发生在跨中，最大应力值24.197N/mm2。在此两种工况下，采用软件模拟的结果与按照规范计算结果对比，数值虽有一定差异，但均验证了支撑体系变形、强度等指标满足安全要求。4模板支撑体系及混凝土施工4.1模板支撑体系施工碗扣式模板支撑体系施工工艺流程为：支架基础处理→支撑体系搭设→顶板底模安装→模板支撑体系验收。1、支架基础处理支撑体系搭设前首先对已浇筑完成的楼板进行清理，清除遗留杂物，按照支撑体系设计方案弹线，确定横杆、竖杆位置。2、支撑体系搭设支撑体系施工主要构件包括：立杆、横杆、斜杆、可调底座、可调U托。施工前首先检查构件有无弯曲变形、接头开焊、断裂等现象，全部合格方可实施拼装，拼装前按横向、纵向间距安放可调底座，底座直接座于楼板表面，并按计算高度调整好底座上的可调螺帽位置，使螺帽顶面位于同一水平面上。横杆、立杆拼装时，立杆必须保证垂直度，尤其重要的是必须在第一层所有立杆与横杆全部拼装调整完成，经质控部门验收合格后方可继续向上拼装，否则会引起以后各层的拼装困难,碗扣架搭设时，必须保证纵、横成线，做到横平竖直，纵横向杆件要用扣碗扣紧，不移动，形成牢固的纵、横、竖三维网架。拼装过程中每隔4排立杆必须设置一道φ48钢管剪刀撑，用于增强结构的整体稳定性。支撑体系拼装至顶层后安装可调U托，并依设计标高将各U托顶面调整至设计标高位置。为保证碗扣支架顶部稳定性，碗扣支架立杆上部自由高度不能大于200mm。支撑体系搭设长度方向两侧各超出顶板浇筑长度2m作为施工工作平台，并在支撑体系两端设置斜向支撑，搭设宽度方向使用U托、方木与车站侧墙支撑牢固。3、顶板底模安装支撑体系搭设完成后，在顶端U托上铺设顶层纵向方木，在铺设时必须使方木两纵向方木接头位于U托可调支撑处。顶层横向方木铺设间距按设计方案进行，方木长度300mm、600mm两种，铺设时全程使用水准仪控制横向方木两端标高，确保与顶板底面弧线密贴，检查准确无误后拼装底模。4、模板支撑体系验收模板支撑体系验收时由项目技术负责人组织质控、安全、测量等部门共同进行验收，主要验收项目包括杆件的设置和连接，连墙件、剪刀撑等构造是否符合要求；碗扣、螺栓等是否已全部紧固；杆件有无松动、悬空现象；顶端U托自由高度是否满足要求；模板定位是否准确等。4.2混凝土浇筑施工混凝土浇筑顺序及浇筑速度直接影响到模板支撑体系受力情况，因此混凝土浇筑时必须合理安排砼浇筑的顺序及浇筑速度。现场施工时使用汽车泵浇筑，浇筑原则定为首先进行顶纵梁浇筑，之后进行两侧侧墙浇筑，每次浇筑厚度300mm，由低向高、由拱脚至跨中逐层扩展升高，保持水平分层，直至浇筑至顶板顶面，浇筑过程中控制每小时浇筑方量≤30m3。4.3施工监测混凝土浇筑过程中监测项目主要包括支撑体系沉降、位移与变形观测，每仓混凝土施工时设置水平位移监测点和沉降监测点各6个，监测点布置在支架顶部，使用Φ14钢筋点焊在支撑体系之上。主要监测仪器：电子水准仪、铟钢尺，监测仪器要预先进行检测，确保精度符合监测要求。监测频率：在浇筑混凝土过程中连续监测，每个监测点约30分钟进行一次读数7。控制值：支撑体系沉降控制值取10mm，预警值为监测控制值的0.7倍，取7mm；支架水平位移控制值为8mm，预警值为监测控制值的0.7倍，取6mm，同时在浇筑过程中安排专人全程对支撑体系进行巡视，检查杆件有无松动、异响等情况发生。浇筑过程中若发现异常情况，应立即停止浇筑混凝土并报告项目部以便尽快作出处理，情况严重时应立即疏散、撤离人员和设备。车站顶板模板支撑体系施工