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盖挖逆作法结构板矮支架施工技术及应用研究

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传统盖挖逆作法结构常采用地模施工,利用原状地层作为模板支撑系统,待浇筑的结构板达到强度后拆模进行下部土方开挖。地模施工精度控制困难,结构表观质量不易控制;地模破除难度较大;预留梁、墙部位钢筋及外包防水保护较困难等系列问题。

为解决地模施工存在的诸多问题,引进矮支架竹胶板进行逆作板施工,基坑土方开挖至结构板以下2.3m深度处,然后浇筑10cm垫层后搭设2.2m高的支架作为支撑体系,采用竹胶板进行模版施工,极大的提高施工精度,能够较好的控制表观质量[1]。

2盖挖逆作法结构板施工方法比选

目前,盖挖法逆作法结构板施工以地模为主,在工程实践过程中,技术工程师不断的积累和总结经验并结合实际进行创新发明了矮支架施工技术,现将地模施工和矮支架施工技术比对如下[2]:

(1)地模施工时,存在如下2个技术关键点:①某车站下一层板底标高1.35,下二层板面标高-4.65m,该两层板之间的工程地质条件极差,以人工回填土为主,地基承载力极差,土体稳定性差,填碎石、块石部分不利于人工填整,在施工下翻梁时不利于人工挖沟槽;②地模施工时需采取大量换填,垫层找平,刷涂隔离层等措施保证结构施工外观质量,工序繁杂,过程容错率低,施工质量难以得到保证。采用矮支架法时,结构模板采用传统竹胶板,仅需按传统工艺把控模板错台、拼缝等常规项目,质量有所保证。

(2)采用地模施工时,考虑到保证施工质量,进行24碎石换填处理,并且垫层厚度相应按30cm考虑。而采用矮支架法时,仅需设置10cm垫层保证基底承载力,同时,无需进行大面积换填,并且对负一层土方而言,将支架部分土方由原设计的盖挖土方优化为明挖土方,然而采用矮支架法需增加支架及模板费用。

综上所述,在沿海地质条件极差区域采用矮支架施工具有明显优势。

3矮支架施工技术在盖挖逆作法结构板施工的应用

3.1工程概况

前海湾围护结构西侧采用φ1500钻孔围护桩+900三管旋喷桩止水帷幕、东侧采用φ1200钻孔围护桩+900三管旋喷桩止水帷幕。主体地下三层车站,其中南端110m采用明挖顺做法,北端720m采用盖挖逆作法。

3.2矮支架施工工艺

(1)矮支架基础在综合考虑地质条件、土层压缩性质及垫层厚度,对逆作区范围的软弱地基范围进行换填处理,采用20cm厚经压实处理的石粉水稳层,保证地基在结构施工及等强期间的承载力。非软弱地基采用压实处理原状土基,其上直接浇筑垫层,垫层采用C20混凝土,垫层施工厚度10cm;对于梁高超高1.8米梁,采取垫层加厚至20cm,并在垫层上铺设模板。

图 1 矮支架施工地基结构示意图

中、顶板立杆纵向(沿车站)间距选取600mm、横向间距选取900mm,横杆步距≤800mm;板底次楞方木@250mm,主楞采用Φ48×3.5mm双钢管;纵横杆支架搭设完成后,安装剪刀撑和斜杆,确保支架稳定。

梁下次楞100×100mm木方平行于梁截面布置,间距250mm,梁底立杆均为双钢管顶托梁、可调托撑节点,对于梁两侧梁板共用的立杆,于梁底为单钢管主楞双扣件节点。梁下立杆纵、横向间距均为600×600mm,顶托梁主楞为双钢管、可调托撑节点。

矮支架应按规范要求设置平面剪刀撑,待矮支架搭设完成后,安装梁底模,安装梁钢筋,然后铺设板底模,铺设板钢筋,最后封端头模板,浇筑板砼。

梁的侧模,上下木方压角,梁高≥700时设水平双钢管主楞及对拉螺杆固定,其竖向次楞方木间距≤225,双钢管主楞(含柱箍)水平布置,竖向间距450;

(2)矮支架施工相对一般满堂支架,搭设高度底,采用碗口架时搭设难度较低,支架稳定性及安全性较高,在施工时,主要面对的问题应做好支架基础处理,保证基础承载力满足要求,避免支架体系不均匀沉降;

(3)矮支架架体整体刚度高,压杆稳定性好,抗倾覆能力强,易于加固和搭设。

3.3矮支架结构检算[3]

考虑到结构安全性能,应对矮支架面板(简支梁模型)、主梁、小梁、立柱等结构进行检算,检算过程如下:

(1)面板验算:根据《建筑施工模板安全技术规范》规定面板可按简支跨计算的规定,取1m单位宽度计算[4]。计算简图如下:

图 2 面板结构计算简图

W=bh2/6=1000×18×18/6=54000mm3;

I=bh3/12=1000×18×18×18/12=486000mm4。

①强度验算:

q1=0.9max[1.2(G1k+(G3k+G2k)×h)+1.4Q1k,1.35

(G1k+(G3k+G2k)×h)+1.4×0.7Q1k]×b=0.9×max[1.2×(0.1+(1.1+24)×0.5)+1.4×2.5,.35×(0.3+(1.1+24)×0.5)+1.4×0.7×2.5] ×1=17.82kN/m;

q2=0.9×1.35×G1k×b=0.12kN/m;

p=0.9×1.4×0.7×Q1k=2.2kN;

Mmax=max[q1l2/8,q2l2/8+pl/4]=max[17.82×0.32/8,0.12×0.32/8+2.2×0.3/4]=0.2kN·m;

σ=Mmax/W=3.71N/mm2≤[f]=15N/mm2 。

强度满足要求!

②挠度验算:

q=(G1k+(G3k+G2k)×h)×b=12.65kN/m;

ν=5ql4/(384EI)=0.31mm≤[ν]=l/400=300/400=0.75mm。

扰度满足要求。

(2)小梁验算:因[B/lb]取整=[6000/900]取整=6,按四等跨连续梁计算,又因小梁较大悬挑长度为200mm,因此需进行最不利组合,计算简图如下:

①强度验算:

q1=0.9max[1.2(G1k+(G3k+G2k)×h)+1.4Q1k,1.35(G1k+(G3k+G2k)×h)+1.4×0.7Q1k]×b=0.9×max[1.2×(0.3+(1.1+24)×0.5)+1.4×2.5,1.35×(0.3+

(1.1+24)×0.5)+1.4×0.7×2.5]×0.3=5.35kN/m;

因此q1静=0.9×1.35(G1k+(G3k+G2k)×h)×b=0.9

×1.35×(0.3+(1.1+24)×0.5)×0.3=4.68kN/m;

q1活=0.9×1.4×0.7×Q1k×b=0.9×1.4×0.7×

2.5×0.3=0.66kN/m;

M1=0.107q1静L2+0.121q1活L2=0.47kN·m;

q2=0.9×1.35×G1k×b=0.9×1.35×0.3×0.3=0.11kN/m;

p=0.9×1.4×0.7×Q1k=0.9×1.4×0.7×2.5=2.2kN;

M2=max[0.077q2L2+0.21pL,0.107q2L2+0.181pL]=0.42kN·m;

M3=max[q1L12/2,q2L12/2+pL1]=0.44kN·m;

Mmax=max[M1,M2,M3]=max[0.47,0.42,0.44]=0.47kN·m;

σ=Mmax/W=0.47×106/83330=5.65N/mm2≤[f]=15.44N/mm2;

强度满足要求!

图 3 小梁计算简图(一)

图 4小梁计算简图(二)

②抗剪验算:

V1=0.607q1静L+0.62q1活L=0.607×4.68×0.9+

0.62×0.66×0.9=2.93kN;

V2=0.607q2L+0.681p=0.607×0.11×0.9+0.681

×2.2=1.56kN;

V3=max[q1L1,q2L1+p]=max[5.35×0.2,0.11×

0.2+2.2]=2.23kN;

Vmax=max[V1,V2,V3]=max[2.93,1.56,2.23]=2.93kN;

τmax=3Vmax/(2bh0)=3×2.93×1000/(2×100×50)=0.88N/mm2≤[τ]=1.78N/mm2;

抗剪强度满足要求!

③挠度验算:

q=(G1k+(G3k+G2k)×h)×b=(0.3+(24+1.1)×0.5)×0.3=3.86kN/m;

跨中νmax=0.632qL4/(100EI)=0.632×3.86×9004

/(100×9350×4166700)=0.41mm≤[ν]=l/400=900/400=2.25mm;

(3)主梁验算

①小梁最大支座反力计算:

Q1k=1.5kN/m2;

q1=0.9max[1.2(G1k+(G3k+G2k)×h)+1.4Q1k,1.35(G1k+(G3k+G2k)×h)+1.4×0.7Q1k]×b=0.9×max[1.2×(0.5+(1.1+24)×0.5)+1.4×1.5,1.35×(0.5+(1.1+24)×0.5)+1.4×0.7×1.5]×0.3=5.15kN/m;

q1静=0.9×1.35×(G1k+ (G3k+G2k)×h)×b=4.76kN/m;

q1活=0.9×1.4×0.7×Q1k×b=0.9×1.4×0.7

×1.5×0.3=0.4kN/m;

q2=(G1k+ (G3k+G2k)×h ) ×b=(0.5+(1.1+24)×

0.5)×0.3=3.92kN/m;

a承载能力极限状态,按四跨连续梁

R'max=(1.143q1静+1.223q1活)L=1.143×4.76×

0.9+1.223×0.4×0.9=5.33kN;

按悬臂梁,R1=5.15×0.2=1.03kN;

R=max[R'max,R1]=5.33kN;

b正常使用极限状态,按四跨连续梁

R'max=1.143q2L=1.143×3.92×0.9=4.03kN;

按悬臂梁,R1=Rmaxl=3.92×0.2=0.78kN;

R=max[R'max,R1]=4.03kN;

②抗弯验算,计算简图如下:

图 5 计算简图

图 6 主梁弯矩图(kN·m)

σ=Mmax/W=1.43×106/166670=8.56N/mm2≤[f]=15.44N/mm2;

抗弯强度满足要求!

③抗剪验算:

图 7主梁剪力图(kN)

τmax=3Vmax/(2bh0)=3×9.89×1000/(2×100×

100)=1.48N/mm2≤[τ]=1.66N/mm2;

抗剪强度满足要求!

④挠度验算:

图 8 主梁变形图(mm)

跨中νmax=0.6mm≤[ν]=900/400=2.25mm;

悬挑段νmax=0.34mm≤[ν]=200/400=0.5mm;

扰度满足要求!

(4)立柱验算

λ=h/i=900/15.8=56.96≤[λ]=150;

满足要求,查表得,φ=0.85;

N=0.9×max[1.2×(0.75+(24+1.1)×0.5)+1.4×1,1.35×(0.75+(24+1.1)×0.5)+0.7×1.4×1]

×max[0.2+0.45,0.9]×max[0.3+0.45,0.9]=13.8kN;

f=N/(ΦA)=13803.62/(0.85×489)=33.37N/mm2≤[f]=205N/mm2;

满足要求!

3.4矮支架施工关键点及相应解决措施

为确保矮支架施工安全可靠,关键在于土方超挖2m后确保基坑安全。在土方开挖过程中应严格按照方案要求进行横向分段纵向分层开挖,钢支撑随挖随架,开挖过程中及时做好基坑降排水,确保基坑开挖至支架基础时及时封闭施工垫层,缩短每段板的施工周期。

4主要认识与展望

盖挖逆作法作为地下结构施工的新型工程施工方法,有着其不可替代的作用,同时也有着不少问题亟待解决。对于类似项目在施工过程中有着巨大的优化潜力,在现场施工过程中通过不断创新能够为今后的施工探索出新的工艺和工法,从而提高施工质量,加快施工进度,节约项目成本,对于盖挖逆作法的矮支架施工方案,在其他盖挖法施工过程中均可以视情况予以借鉴。同时,矮支架法作为创新型工艺工法必然还存在潜在的问题和弊端,在今后类似的项目中仍存在较大的改进空间。

更新:2024-02-04 10:25:22 © 著作权归作者所有
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