工具式自平移单侧大模板体系在上海浦东机场T1航站楼改造工程中的应用*

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1 围护设计及结构设计

上海浦东国际机场T1航站楼改造工程中的新建区域CD区基坑南北方向长133.2 m，东西方向宽41.75 m，挖深最深处约9 m。根据基坑深度、土质情况、周边环境保护等要求，围护结构采用φ800 mm＠950 mm钻孔灌注桩（20 m）+φ800 mm＠500 mm三轴搅拌桩止水帷幕（15 m），内支撑采用1 道混凝土支撑+1 道钢支撑，并设置1 道钢支撑换撑。第1道混凝土支撑顶面设计相对标高-1.78 m，截面尺寸800 mm×800 mm，基坑角部采用角撑，其余为对撑。

CD区地下结构长度和宽度与基坑相同，结构侧墙厚600 mm，紧贴混凝土钻孔灌注桩，为贴壁式结构。底板厚800 mm，底板面由北至南按照2‰放坡（图1）。

图1 CD区围护结构与地下结构关系剖面

在新建各区域中，CD区的位置十分特殊，其东西两侧分别为既有航站楼主楼和长廊，其南北两端分别为既有南连廊和北连廊，使CD区新建结构成为既有结构全包围的内嵌式结构。同时既有主楼和长廊的玻璃幕墙均向新建区域内倾斜，在平面上将基坑东、西两侧的地下结构侧墙上方空间完全覆盖（图2）。

图2 既有主楼、长廊与CD区地下结构位置关系示意

2 地下结构侧墙施工难点分析

2.1 结构超高超长、防水要求高

预留旅客捷运地下车站结构底板顶面至顶板底面的侧墙最大高度达到8.15 m，围绕车站周圈侧墙长达347.6 m，其超高、超长的结构形式给模板施工提出了非常高的要求。同时作为捷运车站部分，旅客流量很大，因此设计对该部分结构防水要求十分严格[1-3]。

2.2 工期要求紧迫

CD区基坑工程于2013年6月底完成土方施工并进入结构施工阶段，而业主方提出CD区地下结构出±0.00 m的时间节点为当年8月底。

2.3 垂直运输机械施工盲区

既有航站楼东侧主楼和西侧长廊玻璃幕墙均向CD区上空倾斜，覆盖了CD区地下结构侧墙多达85%的区域，由于塔吊大臂均位于既有结构屋面上方，因而被覆盖的区域成为现场塔吊施工盲区。此外，基坑西侧栈桥部分区域与围护顶圈梁连成整体，而部分侧墙结构正位于该部分栈桥下方，致使常规机械垂直运输无法进行。

3 模板方案比选分析

3.1 散拼模板体系

一般混凝土地下结构侧墙采用钢管排架散拼模板体系。施工中先利用垂直运输机械将钢管、模板等材料吊运至底板上，再利用小型施工车辆和人工完成材料的短距离水平运输，因此该体系对垂直运输机械的依赖性很小。但因需要设置大量对拉螺栓贯穿外置式防水层，对其防水效果会造成较大影响，此外模板、人工等资源消耗较大，且进行超高墙板施工时，模板的支撑强度和刚度难以保证。

3.2 普通单侧大模板

普通单侧大模板支撑体系由模板面板和背部支撑架组成，可不设置贯穿混凝土墙板的对拉螺栓，使围护结构与墙板之间形成相互独立的结构体系，又不影响混凝土结构自防水以及外置式防水层的防水效果。同时其整体性好，在不同作业面之间翻转方便，因而能够满足苛刻的工期要求。但普通单侧大模板由于质量较大，其施工过程较多依赖于现场有限的垂直运输资源，并且通常要求垂直运输设备能够全覆盖施工作业面。本次施工地下结构东部墙板内侧距离施工栈桥约28 m，如果将汽车吊设置在靠近长廊侧的栈桥上进行单侧大模板的吊装，汽车吊大臂会受到东侧幕墙内倾的影响，无法将大模板一次吊运至设计平面位置。此外，靠近长廊侧的栈桥板与围护顶圈梁连成整体，将长约51 m的地下结构侧墙完全覆盖，任何垂直运输机械均无法将单侧大模板直接吊运到位。因此在本工程CD区的特殊环境中，普通单侧大模板的使用受到相当大的制约。

3.3 工具式自平移单侧大模板

工具式自平移单侧大模板是对普通单侧大模板的改进和优化，不仅保证了普通单侧大模板强度大、刚度高、施工高效的优点，同时满足垂直运输机械吊运盲区内的施工要求。因此本次CD区地下结构侧墙模板体系采用工具式自平移单侧大模板。

4 工具式自平移单侧大模板设计

4.1 模板体系构成

工具式自平移单侧大模板由单侧大模板、三角桁架支撑体系和可调轮式自平移装置组成，其核心为三角桁架支撑体系和可调轮式自平移装置。

单侧大模板由模板面板、竖向围檩（木工字梁）、水平围檩（型钢）、作业平台和吊环5 部分组成（图3）。

三角桁架支撑体系由三角桁架、模板安装调节装置和反力平衡系统3 部分组成（图4～图6）。

图3 单侧大模板主要构成

图4 三角桁架与竖向围檩连接

图5 三角桁架与模板安装调节装置连接

图6 三角桁架与反力平衡系统连接

可调轮式自平移装置由万向轮和可调装置2 部分组成，其与三角桁架连接详见图7。

图7 可调轮式自平移装置与三角桁架连接

4.2 模板配置及周转

根据扶壁柱设计位置以及各段侧墙的设计长度，现场共配置120 m的单侧大模板，宽度共分为1.2 m、1.6 m和2.2 m三种规格。整个地下结构施工期间，工具式自平移单侧大模板周转3 次施工。其典型排列如图8所示。

5 工具式自平移单侧大模板施工

工具式自平移单侧大模板施工流程为：预埋螺栓→模板组装→弹模板定位线→模板就位→安装调节→模板固定→混凝土浇筑、模板拆除及混凝土养护。其中关键工序为预埋螺栓、模板组装、模板就位以及混凝土浇筑。

图8 单侧大模板排列设计示意

5.1 预埋螺栓

地下结构混凝土底板钢筋施工的同时，完成螺栓的预埋施工。螺栓通过平面定位轴线和标高控制线进行定位，同时通过定位控制工具的辅助，完成螺栓的预埋角度控制（图9、图10）。

图9 预埋螺栓定位

图10 预埋完成后及时保护

5.2 模板组装

在平整、坚实的场地上完成模板组装施工，并通过起重机械和人工配合的方式将其竖直吊起，并与三角桁架进行连接。

5.3 模板就位

将单侧模板和三角桁架连成整体后，即可通过垂直运输机械将工具式自平移单侧大模板吊放至混凝土底板面上，并通过人工推移的方式将单侧模板水平推送至指定工作面。

人工推送前，根据底板完成面坡度以及具体行进路线，确定前后万向轮的高差以及单侧大模板的后倾角度。

推动单侧大模板至指定作业面的过程中，所有施工人员站立于三角桁架的两侧或后方，并保持三角桁架两侧的人员数量尽量平衡。在移动模板过程中采取有效的防倾覆措施[4,5]。

5.4 安装调节及模板固定

模板移动至指定位置后，先撤去万向轮，再通过三角桁架的前、后调节装置调整模板的标高和垂直度，最后通过专用模板连接件和专用连接杆分别将相邻模板和全部支架连接成整体（图11）。

5.5 混凝土施工

在进行侧墙混凝土浇筑施工之前，调整模板垂直度，将模板上口向围护结构稍作倾斜，使模板与围护结构之间的宽度比墙板上口宽度小10 mm，以抵消单侧大模板受到混凝土侧压力作用后的非弹性变形。

图11 单侧模板固定

在浇筑的全过程中，对模板的垂直度变化进行监测，严格控制并及时调整浇筑速度和分层浇筑高度。

模板拆除流程为：拆除相邻模板之间的连接件→通过可调装置使万向轮与地面接触→松开模板安装调节装置→松开预埋螺栓→移走模板。墙板混凝土强度达到1.2 MPa时，松开模板安装调节装置和预埋螺栓，混凝土强度达到1.8 MPa后拆除单侧大模板。混凝土养护以保湿养护为主。

6 实施效果

工具式自平移单侧大模板刚度大，侧向承载能力高，可满足围护结构与地下结构混凝土墙板的独立受力要求，同时由于无需设置对拉螺栓，实现了超高、超长地下混凝土结构防水的无损化施工，优化了普通钢管排架散拼模板体系的施工工艺，提高了施工工效。通过设置轮式平移辅助系统，有效降低了单侧大模板体系装拆周转使用对垂直运输设备的依赖程度，特别适用于垂直运输机械作业盲区内的施工。轮式平移辅助系统在移动过程中可适应一定倾斜度的施工作业条件，同时能保证相应的施工安全。在加快模板周转的同时，保证了工程进度、降低了施工成本。

通过工具式自平移单侧大模板的运用，仅用了不到1 个月时间，就顺利完成了CD区地下车站结构侧墙施工。拆模后经过检查，侧墙平整度、垂直度、模板接缝部位等外观质量全部验收合格。