混凝土現(xiàn)澆工藝與模板支撐體系的探討

謝儉紅

中鐵二十五局集團(tuán)第六工程有限公司

混凝土現(xiàn)澆工藝與模板支撐體系的探討

謝儉紅

中鐵二十五局集團(tuán)第六工程有限公司

結(jié)合某鐵路車站現(xiàn)澆超重、超高混凝土結(jié)構(gòu)施工實(shí)例，通過對施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)比選，介紹了一種混凝土結(jié)構(gòu)分段分層施工、模板及支撐系統(tǒng)分段搭設(shè)的施工方法，既確保了結(jié)構(gòu)安全，又節(jié)約了模板支撐系統(tǒng)材料用量、降低了成本，總結(jié)了一些施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

混凝土現(xiàn)澆；梁板；分層澆筑；節(jié)約；模板支撐系統(tǒng)

1 引言

不同的混凝土現(xiàn)澆工藝，對建筑模板支撐體系的施工方案要求不同。在現(xiàn)澆超重、超高混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，可采用先澆筑主梁混凝土至次梁底，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再澆筑主、次梁混凝土至樓板底，最后澆筑樓板混凝土的施工方案。由于每次澆筑混凝土終凝后已形成相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，梁自重主要傳遞到兩端立柱上，對模板及支撐系統(tǒng)的壓力都大大減小，每次現(xiàn)澆混凝土支撐體系的設(shè)計(jì)荷載減少1/2以上，大量節(jié)約建筑模板支撐系統(tǒng)的材料用量；與傳統(tǒng)的梁、板混凝土一次性整體現(xiàn)澆方法比，操作簡單，結(jié)構(gòu)安全、費(fèi)用低，是現(xiàn)澆超重、超高梁板施工的優(yōu)選方案之一。

2 工程概況

某擴(kuò)建站房中心里程DK166+230，車站規(guī)模為3站臺面6線，新建站房建筑面積2764m2，最高聚集人數(shù)1700人(含既有站房最高聚集人數(shù))，建筑造型呈矩形對稱，大屋頂設(shè)計(jì)用來表現(xiàn)當(dāng)?shù)亟ㄖ男蜗髿赓|(zhì)及文化特點(diǎn)。站房結(jié)構(gòu)形式采用具有良好整體性和變形能力的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面采用鋼筋混凝土主次梁樓蓋體系，中央候車大廳屋蓋體系平面尺寸40×50m2，層高22m。井字形超高主梁截面600mm×1800mm（b×h）,跨度L=40m、L=50m；次梁截面300mm×1000mm（b×h），跨度L=9.9m；屋面板采用120mm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋面板；大廳下部為4.5m高地下室（市政停車場），柱距9m×12m，大廳地面為120mm厚鋼筋混凝土樓面板。

3 候車大廳樓蓋混凝土現(xiàn)澆施工方案

3.1 傳統(tǒng)的一次性現(xiàn)澆樓蓋混凝土施工方案

3.1.1 方案

傳統(tǒng)的一次性現(xiàn)澆屋蓋梁、板混凝土，經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)高大模板專項(xiàng)方案，采用Φ48×3.0（mm）滿堂鋼管腳手架支撐體系，考慮模數(shù)施工，立桿縱、橫向間距0.5m，步距1.0m，主次梁及板支撐架體的強(qiáng)度、撓度值、扣件抗滑移、立桿穩(wěn)定性等安全指標(biāo)才能得到完全保證。立桿承重連接方式為可調(diào)托座，剪刀撐設(shè)置間距5步4跨，其中主梁模板支撐剖面如圖示1。

3.1.2 大廳模板支撐體系材料用量

支撐體系每100m2材料需求統(tǒng)計(jì)：立桿8752m，水平桿8400m，剪刀撐鋼管942m，直角扣件16800個(gè)，對接扣件1200個(gè)，旋轉(zhuǎn)扣件160個(gè)，頂托400個(gè)，托梁鋼管200m。大廳總面積40×50m2=2000m2，支撐體系材料總用量1603.8t，分項(xiàng)計(jì)算如下：

⑴鋼管：（8752+8400+942+200）m×3.3kg/m×2000/100=1195.5t；

⑵鋼管扣件（直角扣、旋轉(zhuǎn)扣、對接扣、頂托均按1.1kg/個(gè)計(jì)算）：（16800+1200+160+400）個(gè)×1.1kg/個(gè)×2000/100=408.3t。

3.1.3 荷載參數(shù)

⑴鋼管支撐體系1603.8×9.8/2000＝7.86kN/m2，模板與木方自重0.5kN/m2，屋蓋梁板砼自重7.09kN/m2，人、機(jī)具等施工活荷載1.0kN/m2，荷載作用效應(yīng)最大值7.86+0.5+7.09+1＝16.45kN/m2；

⑵候車大廳鋼筋混凝土地面板設(shè)計(jì)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2；

⑶地面板荷載作用效應(yīng)最大值16.45kN/m2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2。4.5m層高地下室頂板模板支撐體系本可以按正常荷載條件設(shè)置，現(xiàn)須與大廳相同,大廳地面板荷載傳遞至地下室地面，才能保證地面板結(jié)構(gòu)安全，不被壓破壞。

3.1.4 地下室滿堂架支撐體系材料用量

按大廳支撐體系材料用量折算地下室含量：大廳總用量1603.8t×4.5/22＝328.05t，其中：

⑴ 鋼管：1195.5t×4.5/22＝244.53t；

⑵ 鋼管扣件：408.3t×4.5/22＝83.52t。

3.1.5 成本費(fèi)用

工期3個(gè)月；鋼管租金130元/t/月，入庫堆碼費(fèi)40元/t，裝卸運(yùn)輸費(fèi)50元/t；鋼管扣件租金275元/t/月，入庫堆碼費(fèi)60元/t，裝卸運(yùn)輸費(fèi)費(fèi)50元/t；滿堂架安裝及拆除人工費(fèi)10元/m3。地下室支撐體系材料不能及時(shí)周轉(zhuǎn)需全額計(jì)算租賃費(fèi)，地下室支撐體系鋼管含量相比正常條件增加，增加人工費(fèi)2元/m3，傳統(tǒng)滿堂架鋼管支撐體系總成本費(fèi)用1609067元，分項(xiàng)計(jì)算如下：

⑴ 鋼管租金：（1195.5+244.53）t×3個(gè)月×130元/t/月+（1195.5+244.53）t×（40+50）元/t＝691215元；

⑵ 鋼管扣件租金：（408.3+83.52）t×3個(gè)月×275元/t/月+（408.3+83.52）t×（60+50）元/t＝459852元；

⑶ 人工費(fèi)：44000m3×10元/m3+9000m3×2元/m3＝458000元。

3.2 分層現(xiàn)澆樓蓋混凝土方案

3.2.1 分層施工工藝

⑴分3層次現(xiàn)澆中央大廳屋面梁板混凝土，通過主、次梁混凝土終凝，形成自架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，提前承擔(dān)屋面梁板荷載，傳遞到兩端立柱上，減少對模板支撐系統(tǒng)的壓力。

⑵分層施工工藝：主梁底支撐系統(tǒng)及模板安裝→主梁鋼筋綁扎→主梁側(cè)模安裝→第1層次：主梁混凝土澆筑0.8m高（主梁總高1.8m）→混凝土養(yǎng)護(hù)→次梁底支撐系統(tǒng)及模板安裝→次梁鋼筋綁扎→主、次梁側(cè)模安裝→第2層次：主、次梁混凝土澆筑0.88m高至板底→混凝土養(yǎng)護(hù)14d，主、次梁混凝土試塊試壓報(bào)告達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%→主、次梁底支撐系統(tǒng)按先后澆筑順序逐步錯(cuò)開拆除梁底支撐1/2的鋼管及扣件移到屋面板底安裝→板底模板安裝→樓板鋼筋綁扎→第3層次：屋面板混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)14d樓板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%→整體滿堂架模板支撐體系拆除。分層澆筑剖面如圖示2。

⑶分層澆筑混凝土留設(shè)水平施工縫的處理，按制定的施工技術(shù)方案執(zhí)行，經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 分層現(xiàn)澆模板支撐體系施工設(shè)計(jì)方案

（1）主梁模板支撐系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)方案

a.方案：采用Φ48×3.0（mm）鋼管；立桿梁跨度方向間距0.6m，梁兩側(cè)立桿間距1.2m，梁底增加承重立桿1根，立桿步距1.5m；立桿承重連接及水平桿與立桿連接方式均采用雙扣件；M12穿梁對拉螺栓，穿梁螺栓水平間距700mm；剪刀撐5步4跨；如圖示3。

b.每1m梁長支架材料需求統(tǒng)計(jì)：立桿110m，水平桿件65m，剪刀撐鋼管19m，直角扣件10個(gè)，對接扣件10個(gè)，旋轉(zhuǎn)扣件3個(gè)。

c.荷載參數(shù)計(jì)算：

①按分層施工工藝主梁混凝土第2次澆筑，梁截面寬度0.6m，梁截面高度0.88m計(jì)算，梁自重線荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.6m×0.88m×25.5kN/m3＝13.46kN/m；50%的線荷載6.73kN/m，通過梁底立桿成集中荷載傳遞至地下室主梁上,可忽略對地面板產(chǎn)生破壞；50%的線荷載6.73kN/m通過外側(cè)2根立桿成集中荷載P1傳遞到地面板上，P1=6.73kN/m×0.6m/2=2.02kN；

② 每1m梁長支架自重：（110+65+19）m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)個(gè)×1.1kg/個(gè)×9.8N/kg=6.52kN，50%的自重荷載3.26kN/m，通過梁底立桿直接至地下室主梁上,可忽略對地面板產(chǎn)生破壞；另50%的荷載通過其它2根立桿成集中荷載P2至地面板上，P2=3.26kN/m×0.6m/2=0.98kN；

③木方模板自重為0.5kN/m2，施工荷載為1kN/m2。

地面板荷載作用效應(yīng)最大值2.02+0.98+0.5+1.0＝4.5kN/m2＜設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2，在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結(jié)構(gòu)安全。

（2）次梁模板支撐系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)方案

a.方案：采用Φ48×3.0（mm）鋼管；立桿梁跨度方向間距0.6m，梁兩側(cè)立桿間距1.2m，立桿步距1.5m；單扣件連接方式；二道M12穿梁對拉螺栓，穿梁螺栓水平間距700mm；剪刀撐5步4跨；如圖示4。

b.每1m梁長支架材料需求統(tǒng)計(jì)：立桿85m，水平桿件70m，剪刀撐鋼管19m，直角扣件10個(gè)，對接扣件10個(gè)，旋轉(zhuǎn)扣件3個(gè)。

c.荷載參數(shù)計(jì)算：

①按分層施工工藝次梁混凝土第2層次澆筑，梁截面寬度0.3m，梁截面高度0.88m計(jì)算，梁自重線荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.3m×0.88m×25.5kN/m3＝6.73kN/m；通過梁兩側(cè)2根立桿成集中荷載P3傳遞到地面板上，P3=6.73kN/m×0.6m/2=2.02kN；

表1 中央大廳屋蓋梁板混凝土分層現(xiàn)澆與一次性現(xiàn)澆支撐系統(tǒng)方案對比分析表

② 每1m梁長支架自重：（85+70+19）m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)個(gè)×1.1kg/個(gè)×9.8N/kg=5.88kN，荷載通過2根立桿成集中荷載P4至地面板上，P4=5.88kN/m×0.6m/2=1.76kN；

③木方模板自重為0.5kN/m2，施工荷載為1kN/m2。

地面板荷載作用效應(yīng)最大值2.02+1.76+0.5+1.0＝5.28kN/m2＜設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2，在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結(jié)構(gòu)安全。

（3）屋面板模板支撐系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)方案

立桿縱距1.2m，立桿橫距1.2m，立桿步距1.6m，模板支架搭設(shè)高度為22m，經(jīng)計(jì)算地面板荷載作用效應(yīng)最大值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值6.0kN/m2，在地下室支撐體系完全拆除的情況下,地下室頂板結(jié)構(gòu)安全。

（4）模板支撐體系注意事項(xiàng)：

a.水平桿、豎桿搭接接頭不宜全部設(shè)置在同步或同跨內(nèi)，錯(cuò)開搭接；

b.模板支架與已施工完成的框架柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性拉接；

c.對拉螺栓蝴蝶扣的水平方向鋼管龍骨為兩根，應(yīng)平直，不得彎曲；

d.樓板模板起拱容易被忽視，須按施工規(guī)范要求起拱；

e.嚴(yán)格控制實(shí)際施工荷載不超過設(shè)計(jì)荷載，鋼筋等材料不能在支架上方堆放。

3.2.3 工期

分層現(xiàn)澆與一次性整體現(xiàn)澆混凝土方案對比，滿堂架支撐方案的鋼管、扣件數(shù)量及工費(fèi)均降低，雖然養(yǎng)護(hù)等待時(shí)間稍長，但合理安排各工種沒有窩工，工作量減少了1/3，工期也在90天內(nèi)完成。

3.2.4 成本費(fèi)用

分層現(xiàn)澆滿堂架鋼管支撐體系總成本費(fèi)用894450元，工期3個(gè)月；實(shí)際使用鋼管760t；卡扣190t；滿堂架鋼管含量減少，人工費(fèi)單價(jià)降低為8元/m3。分項(xiàng)計(jì)算如下：

⑴ 鋼管租金：760t×3個(gè)月×130元/t/月+760t×（40+50）元/t＝364800元；

⑵ 鋼管扣件租金：190t×3個(gè)月×275元/t/月+190t×（60+50）元/t＝177650元；

⑶ 人工費(fèi)：44000m3×8元/m3＝352000元。

4 方案對比分析

通過兩方案對比分析，采用分層現(xiàn)澆混凝土(方案2)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：71.4617萬元。詳見《中央大廳屋蓋梁板混凝土分層現(xiàn)澆與一次性現(xiàn)澆支撐系統(tǒng)方案對比分析表》；同時(shí)解決了當(dāng)時(shí)在當(dāng)?shù)仄h(yuǎn)地區(qū)無法一次性租到如此大量鋼管及扣件的問題。（如表1）

5 結(jié)論

本項(xiàng)目中央候車大廳屋蓋體系混凝土梁樓板施工時(shí)，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，留置水平施工縫，采取先澆筑主梁混凝土至次梁底，再將主、次梁混凝土澆筑至屋面板底，最后整體澆筑樓板混凝土，大量節(jié)約模板支撐體系的材料用量和人工工費(fèi)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，同樣保證了施工質(zhì)量、安全；成功應(yīng)用分層混凝土澆筑方法，是實(shí)現(xiàn)同類型超重、超高梁板現(xiàn)澆施工的優(yōu)選方案之一。

[1]GB50009-2012.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社.

[2]《建筑施工手冊》第五版.中國建筑工業(yè)出版社.

[3]JGJ130-2011.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JGJ162-2014.建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

[5]杜榮軍著.扣件式鋼管模板高支撐架設(shè)計(jì)和使用安全[M].