便捷式鋼模支撐體系在獨流減河倒虹吸工程中的應用

馮德全，常瑞峰，徐云飛，李 軍

（天津市水利工程有限公司，天津 300222）

以往國內(nèi)現(xiàn)澆箱涵的模板支撐體系參照房屋建筑施工經(jīng)驗，多采用“支撐體系反復安拆”施工方法，每澆筑一節(jié)安裝一次支架，待混凝土達到強度后，拆除支架并轉(zhuǎn)運到下一節(jié)再次安裝。該方法勞動強度高，工效低，且每次架體的安裝質(zhì)量差異較大。

根據(jù)部分水利工程線狀施工、箱涵大部分為標準斷面的特點，對傳統(tǒng)箱涵支撐體系進行改進，主要分2 種：一種是鋼臺車桁架結構作為支撐體系配合預埋軌道進行移動；另一種是整體式鋼管扣件腳手架支撐體系配合滾輪、槽鋼及牽引裝置進行移動。2 種方案均可實現(xiàn)模板支撐體系一次成型、重復利用的目的，但需要機械牽引，單靠人工無法移動，機動性差。第一種方案鋼臺車桁架結構本身成本較高，對預埋軌道安裝精度要求高，若施工過程出現(xiàn)偏移，則將進一步加大鋼臺車桁架結構移位難度；第二種方案需要拆除頂模及側模，只保留架體移動，仍需耗費較多人工安拆頂模與側模。

在獨流減河倒虹吸工程中，經(jīng)過不斷摸索、試驗，結合箱涵結構模板支撐體系施工特點，將整體式鋼管扣件腳手架支撐體系以3 m 為單位進行分節(jié)，配合滾輪運輸車，設計出便捷式鋼模支撐體系。該體系具有穩(wěn)定可靠、機動靈活、綜合成本低等優(yōu)點，可供類似箱涵工程施工借鑒。

1 工程概況

工程位于天津市濱海新區(qū)北大港水庫北圍堤與萬家碼頭泵站間，設計流量30 m3/s，年設計引水量3 億m3，主要建設內(nèi)容包括：輸水箱涵（包括獨流減河倒虹吸干線箱涵3 152.43 m及供水聯(lián)絡線箱涵551.33 m）興建；北大港水庫穿堤閘（包括箱涵段、閘室段、消力池段、引渠段和連通段）及萬家碼頭泵站出水池改造。新建獨流減河倒虹吸干線箱涵上接“津石高速公路與獨流減河左堤路堤共建段水利設施改造工程”中在建的洪泥河穿堤涵閘工程，終點入北大港水庫；供水聯(lián)絡線箱涵上接“津石高速公路與獨流減河左堤路堤共建段水利設施改造工程”中在建的獨流減河倒虹吸預留段工程，終點為干線連接井。

輸水箱涵和穿堤閘閘室段均為三孔（3.5 m×3.5 m）鋼筋混凝土結構。箱涵結構共243 段箱涵，結構形式為A2轉(zhuǎn)彎段、A3轉(zhuǎn)彎段、A型箱涵、B1型箱涵、B2型箱涵、斜坡段箱涵、通氣孔和連接井，單段長度10～18.9 m。典型斷面A型箱涵橫斷面，如圖1所示。

圖1 典型斷面A型箱涵橫斷面

2 模板選型與設計

2.1 模板選型

倒虹吸工程箱涵為地埋式低流速過水箱涵，是天津市重點水利工程，按照2021 年度汛“6·30”節(jié)點要求，混凝土澆筑工期極為緊張，需采用多作業(yè)面流水作業(yè)方可按時完工。外墻為平面墻體，內(nèi)部為3.5 m×3.5 m 倒角正方形流道，對內(nèi)外墻混凝土外觀質(zhì)量要求較高。模板施工以人工為主，配備1臺25 t汽車吊進行運輸。綜合考慮工程特點、施工質(zhì)量、成本、進度等，采用穩(wěn)定性好、周轉(zhuǎn)率高的組合鋼模板。面板以厚3 mm 的P6015 普通組合鋼模板為主，配合部分P3015、P1015普通鋼模板，邊框、筋板分別采用4 mm×52 mm、3 mm×52 mm 扁鋼，橫肋采用2.75 mm×50 mm×50 mm 方管，底板、頂板倒角部位根據(jù)模數(shù)采用定制尺寸鋼模板。頂板采用U形頂托和雙木方作龍骨，木方尺寸為40 mm×90 mm，側墻采用壁厚3 mm的Φ48 普通鋼架管作主龍骨，模板間采用對拉螺桿和“山”字形卡對拉緊固。

2.2 模板支撐體系設計

2.2.1 荷載分析

箱涵混凝土施工分為底板和邊頂兩部分，主要考慮邊頂施工箱涵內(nèi)部支撐系統(tǒng)的施工荷載：①根據(jù)設計，箱涵頂板混凝土厚度0.55 m、長14.97 m、寬12.60 m，以澆筑厚度0.55 m 鋼筋混凝土作為內(nèi)部支撐體系的基本荷載；②施工過程中工作人員及澆筑設備、工具等施工荷載；③支撐體系模板自重荷載；④新澆混凝土側壓力荷載。

2.2.2 支撐體系

本工程箱涵底板平順，單節(jié)箱涵分為底板和邊頂拱2 次施工，施工縫位于底板以上900 mm 處，底板施工采用底腋角模板拼裝澆筑，如圖2所示。

圖2 箱涵底板腋角支撐示意

箱涵內(nèi)外側墻模板均采用標準P6015 小鋼模板拼裝，以對拉螺桿固定，外側搭設雙排腳手架作為模板拼裝平臺。箱涵橫斷面支撐體系，如圖3所示。

圖3 箱涵橫斷面支撐體系

箱涵內(nèi)墻模板支撐系統(tǒng)采用鋼管扣件搭設，單節(jié)箱涵長度14.97 m，單節(jié)箱涵之間設置30 mm 沉降縫。按照截面尺寸，內(nèi)部支撐系統(tǒng)標準長度15 m，為方便移位，將支撐系統(tǒng)等分為5個標準節(jié)，每個長度3 m，不連接，如圖4所示。

圖4 箱涵縱斷面支撐體系

在設計模板時，將頂腋角轉(zhuǎn)折點處設置為鉸接，頂模與側模采用插銷連接件連接，拆模時模板可隨連接件轉(zhuǎn)動，便于拆裝。

3 施工工藝流程及控制要點

3.1 工藝流程

現(xiàn)澆箱涵便捷式模板支撐體系施工流程，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)澆箱涵便捷式模板支撐體系施工流程

3.2 模板支架搭設

根據(jù)《水利水電工程施工安全管理導則》（SL721-2015）和《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》，箱涵頂板面荷載超過15 kN/m2時需編制專項安全施工方案，并組織專家論證。根據(jù)論證通過的專項施工方案，對作業(yè)人員進行交底，采購材料進場時通過監(jiān)理驗收。內(nèi)支撐體系采用Φ48、壁厚3 mm 鋼管，當立桿采用對接接長時，對接扣件應間隔布置，兩相鄰立桿的接頭不得設置在同步內(nèi)，同步內(nèi)隔1 根立桿的2 個相隔接頭在高度方向錯開距離500 mm 以上，各接頭中心至主節(jié)點的距離不大于步距的1/3，呈梅花形上下錯開。

腳手架必須設置縱、橫向掃地桿。立桿縱橫間距按照700 mm 布置，橫縱斷面間隔1 跨設置剪刀撐，確保架體穩(wěn)定性。架體搭設完成后，對架體進行聯(lián)合驗收，驗收合格后方可進行下一步施工。為保證作業(yè)人員安全，在箱涵兩側縱向搭設雙排腳手架，高出箱涵頂1 200 mm，每4 跨設置1 道豎向剪刀撐，由底至頂連續(xù)設置，架體兩端設置“之”字形剪刀撐。模板支撐體系搭設完成后，由測量員、質(zhì)量員會同監(jiān)理對模板進行復測，復測合格后進行后續(xù)作業(yè)。

3.3 混凝土澆筑

鋼筋、模板、止水及其他埋件安裝完畢并驗收合格后，由監(jiān)理下發(fā)澆筑令，進行混凝土澆筑作業(yè)。為保證澆筑連續(xù)性，本工程由2 家拌合站互為補充進行供料。混凝土澆筑垂直運輸采用52 m 汽車泵泵送入倉，水平運輸采用15 m3罐車運料。邊墻頂板混凝土澆筑時，要確保墻體混凝土均勻上升，嚴控上升速度。在澆筑過程中，加強腋角模板處的振搗，保證氣泡及時排出，避免振搗不實，產(chǎn)生蜂窩麻面。

振搗時使用插入式振搗器，混凝土分層厚度控制在30 cm 以內(nèi)。以直線行列振搗時，插入間距不得超過作用半徑的1.5 倍，避免碰撞鋼筋、模板及預埋件，不得通過接觸鋼筋進行振搗，鋼筋密集部位加強振搗，振搗棒與模板保持10 cm 距離。振搗過程中，遵循“快插慢拔”原則，一般每點振搗20～30 s，到混凝土不再顯著下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準。

3.4 拆模移動架體

根據(jù)混凝土試塊強度報告，頂板混凝土強度達到75%時，可以拆除底模。首先，拆除側模對拉螺桿，使側模與頂模成一定角度，約8°左右，此時側模板掛在頂模上；單節(jié)架體跨度較小，以4個角點可調(diào)頂絲作為支點，調(diào)節(jié)松動其余可調(diào)頂絲。然后，調(diào)節(jié)4 個角點可調(diào)頂絲，使頂模在自重作用下脫離頂板混凝土。脫模過程中，先調(diào)節(jié)一側頂絲，一側下降30 mm，再調(diào)節(jié)另一側頂絲，另一側下降30 mm，保持模板支撐體系平衡。頂模脫離頂板后，推入根據(jù)支撐體系立桿模數(shù)間距加工而成的運輸車。左右兩側各1輛，根據(jù)橫桿模數(shù)，將運輸車定位到指定位置，均勻下放可調(diào)頂絲，使支架體系穩(wěn)固落坐在角鋼凹槽內(nèi)，施工人員將單節(jié)支架推運到下一標準段箱涵底板。支架移動到位后，安裝可調(diào)頂絲換撐，把運輸車撤出，一標準節(jié)運輸?shù)轿缓?，再依次運送下一節(jié)。整體安裝到位后，檢查鋼管有無彎曲變形及節(jié)點松動，通過調(diào)節(jié)可調(diào)頂絲配合手搖千斤頂，將模板調(diào)整到位。按照上述流程，反復施工，直至最后一節(jié)施工完畢，拆除支架。支撐體系運輸車，如圖6所示。

圖6 支撐體系運輸車示意

4 工藝對比分析

根據(jù)箱涵結構內(nèi)部支撐體系施工工藝，進行定性分析，結果詳見表1。

表1 支撐體系方案效果分析

傳統(tǒng)施工方法機械成本主要體現(xiàn)在周轉(zhuǎn)材料水平運輸，需要頻繁機械調(diào)運，鋼模臺車移位需要機械牽引。便捷式鋼模支架體系與傳統(tǒng)施工方法、現(xiàn)行施工方法相比，綜合優(yōu)勢明顯，有利于箱涵結構流水施工。

5 結語

本工程分4 工區(qū)施工，箱涵結構共243 段，總工期僅9 個月，還需要穿越4 道燃氣管線，溝通協(xié)調(diào)量大，施工工況復雜。同時，箱涵施工斷面較小，標準段多，且混凝土外觀質(zhì)量要求高，工期十分緊張。經(jīng)過前期精心策劃，在原有支撐體系的基礎上進行優(yōu)化，采用便捷式鋼模支撐體系。該支撐體系具有操作靈活、方便、整體剛度好、體型易于控制等特點，結合箱涵基礎土方開挖、墊層混凝土澆筑、底板混凝土施工、邊頂混凝土施工、土方回填等合理流水施工節(jié)奏控制，既縮短了工期，又有效控制了施工成本，同時降低了基坑長時間暴露風險。

采用便捷式鋼模支撐體系，配合普通P6015 標準組合鋼模板，可以人工安裝、移位，減少大型起重機械吊裝，現(xiàn)澆混凝土表面平整、接縫平滑，基本無錯臺現(xiàn)象。便捷式鋼模支撐體系應用于箱涵施工具有一定的優(yōu)越性，配合流水施工作業(yè)，可有效降低成本，縮減工期，可供類似工程參考。