明挖隧道敞开段高大侧墙单侧模板施工

董仲月 中铁十四局集团隧道工程有限公司

摘要：随着深基坑支护技术的发展，垂直支护被广泛采用，地下工程的外墙施工采用双侧支模无法实现，必须采用单侧支模。在阳澄湖隧道敞开段高大侧墙施工中采用了型钢三角桁架和预埋件作为模板支撑系统的单侧支模工艺。

关键词：单侧支模 高大侧墙 三角桁架

1工程概况

阳澄湖隧道敞开段起讫里程为k79+630～k79+880，共计250m。侧墙高度从小里程到大里程逐渐增大，其侧墙高度最高可达8980mm，属于高大侧墙。横断面结构尺寸如图1-1所示。

图1-1 侧墙横断面尺寸

由于该基坑采用垂直支护，所以在结构侧墙施工中无法采用双侧支模，故必须采用单侧支模。传统的单侧支模工艺是采用钢管搭设排架作为模板的支撑体系，该工艺使用钢管数量大，搭设周期长，一次支模高度较低，且易出现模板上浮、胀模、混凝土墙面平整度、垂直度差等缺陷，由于需对拉螺栓，对侧墙防水造成隐患，施工质量难以保证。对于高度较大墙体支模，施工难度更大。

2 工艺原理及特点

2.1 工艺原理

单侧支模主要是利用型钢三角桁架和预埋件，作为模板的支撑系统，将模板固定牢固。如图2-1所示。单侧支架通过一个45°角的高强受力螺栓，一端与预埋在基础中的地脚螺栓连接，一端斜拉住单侧模架，高强螺栓受的斜拉锚力F可分解为水平力F1和垂直力F2，F1抵制模架侧移，F2抵制模架上浮。高强度的模板支架在混凝土浇筑过程中抵抗了混凝土的侧向压力。 2.2 工艺特点

a.单侧支模模架装拆方便，支设速度快，省时省力；

F1b.有效保证了墙体的垂直度、平整度，克服了常见的胀模、漏

F2浆、错台等质量通病； F

图2-1 模板搭设示意图 c.可一次性支设模板高度3.4米，对于较高墙体可减少水平施

工缝的留置数量，利于墙体防水；

d.对超高墙体来讲，底部混凝土侧压力很大，模板体系的设计要求非常高，模板的刚度要满足使用

要求；

e.不需对拉螺栓，经济环保的同时可提高防水效果。

f.提高了墙体混凝土的观感质量，减少了钢材的浪费，具有明显的经济效益和社会效益。

3工艺流程

单侧模板、支架吊装到位安装单侧模板、支架安装加强钢管（单侧支架斜撑部位的附加钢管，现场自备）施工准备预埋地脚螺栓再紧固检查一次埋件系统安装上操作平台调节支架垂直度安装埋件系统安装压梁槽钢

图3-1 单侧模板安装流程图

3.1 模板、支架安装

模板及单侧支架的安装流程如图3-1所示：

（a）预埋地脚螺栓；（b）支设模板；（c）立单侧支架；（d）安装埋件系统；（e）调节模板垂直度后浇筑混凝土

图3-1 模板及单侧支架安装步骤

a.合外墙模板时，将模板下口与预先弹出的墙边线对齐，然后安装背楞，并用钩头螺栓将横槽钢背楞与竖肋木方锁紧，临时用钢管将外墙模板撑住。

b.吊装单侧支架。将单侧支架由堆放场地吊至现场，单侧支架吊装时，注意轻放轻起。多榀支架堆放在一起时，应在平整场地上相互叠放整齐，以免支架不均匀受压变形。

c.需由标准节和加高节组装的单侧支架，应在材料堆放场地先行拼装（图5.2.2-2），再由塔吊吊至现场。

d.在直面墙体段，每安装5~6榀单侧支架后，穿插埋件系统的压梁槽钢。底板有反梁时，根据实际情况确定。在弧形墙体段，每安装后一榀单侧支架后应安装埋件系统的压梁槽钢。

e.支架安完后安装埋件系统。

f.用背楞扣件将模板与单侧支架连成整体（图3-2）。

g.因单侧支架受力后，模板将向后位移，故预先调节单侧支架后支座，直至模板面板上口向墙内倾约10mm（当单侧支架无加高节时，内倾约5mm）。

h.最后再紧固并检查一次埋件受力系统，以确保混凝土浇筑时模板下口不会漏浆。

图3-2 单侧支架与模板连接

3.2三角支架模板受力验算 3.2.1侧压力计算

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，并取其较小值：

F0.22ct012V1/2 FcH

式中 F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2） γc------混凝土的重力密度（kN/m3）取25 kN/m3 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；所以t=200/(20+15)=5.71；

T------混凝土的温度（°）取20°

V------混凝土的浇灌速度（m/h）;取2m/h

H------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m）;取4.35m

β1------外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.1；

β2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50—90mm时，取1；110—150mm时，取1.15。

F0.22ct012V1/2

=0.22x25x5.71x1.1x1.15x21/2 =56.18kN/m2

FcH

=25x4.35=108.75kN/ m2

取二者中的较小值，F=56.18kN/ 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2 kN/ m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为：

q=(56.18x1.2+2x1.4) =70.22kN/ m2

单侧支架主要承受混凝土侧压力，取混凝土最大浇筑高度为4.35m，侧压力取为F=70.22KN/m2，有效压头高度h=f小/γc =2.25m。 3.2.2支架与埋件受力计算

单侧支架按间距800mm布置。

⑴分析支架受力情况：取o点的力矩为0，则： 1.88xR=F1x（2.1+2.25/3）+F2x（2.1/2） R=162KN

其中：

F1=0.5x0.8x70.22 x2.25=63.2KN F2=1x0.8x70.22 x2.1 =118KN

⑵支架侧面的合力为：F合=F1+F2=181.2KN

根据力的矢量图得F合和R的合力为：（见下图）

（F总）2= （F合）2+（R）2=181.22+1622 F总=243KN

与地面角度为：α=41°

由F总分解成两个互为垂直的力，其中一个与地面成45度，大小为：T45°=COS(45°-α)*F总=242KN T45°共有{（8/3）+1}个埋件承担，

其中单个埋件最大拉力为：F= T45°/{（8/3）+1}=66KN ⑶埋件强度验算

预埋件为Ⅱ级钢d=25mm，埋件最小有效截面积为：A=3.14×12.52=491mm2 轴心受拉应力强度：σ=F/A=66×103/491

=134MPa 对于弯钩螺栓，其锚固强度的计算，只考虑埋入砼的螺栓表面与砼的粘结力，不考虑螺栓端部的弯钩在砼基础内的锚固作用。

锚固强度：F锚=πdhτb=3.14x25x570x3.5 =156.6kN>F=66KN 符合要求 其中：

F锚-锚固力，作用于地脚螺栓上的轴向拔出力（N） d-地脚螺栓直径（mm）

h-地脚螺栓在砼基础内的锚固深度（mm）

τb -砼与地脚螺栓表面的粘结强度(N/mm2)，一般在普通混凝土中τb取值2.5~3.5N/mm2 3.2.3模板受力计算

直线墙体厚为1200mm，模板高度为4.35m，面板采用18mm多层板；竖向背楞采用几字梁，间距为300mm，水平背楞采用双10号槽钢背楞。

⑴面板验算

将面板视为支撑在次龙骨上的四跨连续梁计算，面板长度取2440mm，面板宽度取

1220mm，并且面板为18mm厚胶合板,几字梁间距为l300mm。 ⑵承载力验算： 面板最大弯矩：

Mmaxql210=(70.22x300x300)/10=0.477x106N•mm

1面板的截面系数： Wbh8=8x1000x182=4.1x104mm3

2应力：

MmaxW=0.477x106/4.1x104=11.6N/mm2fm故满足要求 其中：

-木材抗弯强度设计值，取13 N/mm2

E-弹性模量，木材取8.5x103 N/mm2，钢材取2.1x105 N/mm2 ⑶挠度验算：

挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则 q2=56.18x1=56.18 kN/ m

4ql150EI 2模板挠度由式

=56.18x3004/(150x8.5x1000x59.3x104) =0.6mm<[ω]=300/400=0.75mm

故满足要求

面板截面惯性矩：I=bh3/12=1220X183/12=59.3X104mm4 ⑷几字梁验算：

几字梁作为竖肋支承在横向背楞上，可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为L=900mm。

几字梁上的荷载为：F-混凝土的侧压力

q3Fl =70.22X0.3=21.07KN/m

l-几字梁之间的水平距离

⑸强度验算

最大弯矩

Mmax1q3L210=0.1x21.07x0.92=1.71KN•m

几字梁截面系数： W=20.475x103mm3 应力：

MmaxW=1.71x106N•mm/20.475x103mm3

=83.5N/mm2⑹挠度验算：

几字梁截面惯性矩：I=397x104mm4

几字梁截面弹性模量：E=2.06x105 N/mm2 ⑺悬臂部分挠度：

q3l148EI

=21.07x3104/(8x2.06x105x397x104)=0.029mm<[ω]=0.875mm 跨中部分挠度：

q3l24x(5242)/384EI

=21.07x9004x(5-24x0.442)/(384x2.06x105x397x104)=0.06mm<[ω]=2.25mm 其中：[ω]-容许挠度，[ω]=L/400,L=900mm

λ-悬臂部分长度与跨中部分长度之比，l1l2

因此三角支架模板支撑系统满足受力要求。 3.3 模板及支架拆除

a.外墙混凝土浇筑完24小时后，先松动支架后支座，后松动埋件部分。 b.彻底拆除埋件部分，并分类码放保存好。

c.吊走单侧支架，模板继续贴靠在墙面上，临时用钢管撑上。 d.混凝土浇筑完48小时后，拆模板。

e.混凝土拆模后应加强养护工作，及时涂刷养护剂，冬期施工时墙体注意保温。

4结束语

阳澄湖隧道敞开段高大侧墙采用的单侧支模可节省一面模板和一侧外脚手架及穿墙螺栓。具有模架装拆方便、有效保证了墙体的垂直度、平整度、可一次性支设模板高度3.4米，利于墙体防水、不需对拉螺栓、提高了墙体混凝土的观感质量等优点。在施工过程中通过以上采取的各项保证措施，保证了结构施工安全，混凝土浇注内实外美，墙体外观质量美观，线形流畅，所采取的施工控制措施有较高的环境效益、社会价值和经济价值，希望能在类似工程中起到一定的借鉴。