混凝土现浇工艺与模板支撑体系的探讨

谢俭红

中铁二十五局集团第六工程有限公司

混凝土现浇工艺与模板支撑体系的探讨

谢俭红

中铁二十五局集团第六工程有限公司

结合某铁路车站现浇超重、超高混凝土结构施工实例，通过对施工方案进行设计比选，介绍了一种混凝土结构分段分层施工、模板及支撑系统分段搭设的施工方法，既确保了结构安全，又节约了模板支撑系统材料用量、降低了成本，总结了一些施工技术经验。

混凝土现浇；梁板；分层浇筑；节约；模板支撑系统

1 引言

不同的混凝土现浇工艺，对建筑模板支撑体系的施工方案要求不同。在现浇超重、超高混凝土结构施工时，经设计单位确认，可采用先浇筑主梁混凝土至次梁底，达到设计强度后再浇筑主、次梁混凝土至楼板底，最后浇筑楼板混凝土的施工方案。由于每次浇筑混凝土终凝后已形成相对稳定结构体系，梁自重主要传递到两端立柱上，对模板及支撑系统的压力都大大减小，每次现浇混凝土支撑体系的设计荷载减少1/2以上，大量节约建筑模板支撑系统的材料用量；与传统的梁、板混凝土一次性整体现浇方法比，操作简单，结构安全、费用低，是现浇超重、超高梁板施工的优选方案之一。

2 工程概况

某扩建站房中心里程DK166+230，车站规模为3站台面6线，新建站房建筑面积2764m2，最高聚集人数1700人(含既有站房最高聚集人数)，建筑造型呈矩形对称，大屋顶设计用来表现当地建筑的形象气质及文化特点。站房结构形式采用具有良好整体性和变形能力的现浇钢筋混凝土框架结构，屋面采用钢筋混凝土主次梁楼盖体系，中央候车大厅屋盖体系平面尺寸40×50m2，层高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厚的钢筋混凝土结构屋面板；大厅下部为4.5m高地下室（市政停车场），柱距9m×12m，大厅地面为120mm厚钢筋混凝土楼面板。

3 候车大厅楼盖混凝土现浇施工方案

3.1 传统的一次性现浇楼盖混凝土施工方案

3.1.1 方案

传统的一次性现浇屋盖梁、板混凝土，经计算设计高大模板专项方案，采用Φ48×3.0（mm）满堂钢管脚手架支撑体系，考虑模数施工，立杆纵、横向间距0.5m，步距1.0m，主次梁及板支撑架体的强度、挠度值、扣件抗滑移、立杆稳定性等安全指标才能得到完全保证。立杆承重连接方式为可调托座，剪刀撑设置间距5步4跨，其中主梁模板支撑剖面如图示1。

3.1.2 大厅模板支撑体系材料用量

支撑体系每100m2材料需求统计：立杆8752m，水平杆8400m，剪刀撑钢管942m，直角扣件16800个，对接扣件1200个，旋转扣件160个，顶托400个，托梁钢管200m。大厅总面积40×50m2=2000m2，支撑体系材料总用量1603.8t，分项计算如下：

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

⑵钢管扣件（直角扣、旋转扣、对接扣、顶托均按1.1kg/个计算）：（16800+1200+160+400）个×1.1kg/个×2000/100=408.3t。

3.1.3 荷载参数

⑴钢管支撑体系1603.8×9.8/2000＝7.86kN/m2，模板与木方自重0.5kN/m2，屋盖梁板砼自重7.09kN/m2，人、机具等施工活荷载1.0kN/m2，荷载作用效应最大值7.86+0.5+7.09+1＝16.45kN/m2；

⑵候车大厅钢筋混凝土地面板设计活荷载标准值6.0kN/m2；

⑶地面板荷载作用效应最大值16.45kN/m2远远大于设计荷载标准值6.0kN/m2。4.5m层高地下室顶板模板支撑体系本可以按正常荷载条件设置，现须与大厅相同,大厅地面板荷载传递至地下室地面，才能保证地面板结构安全，不被压破坏。

3.1.4 地下室满堂架支撑体系材料用量

按大厅支撑体系材料用量折算地下室含量：大厅总用量1603.8t×4.5/22＝328.05t，其中：

⑴ 钢管：1195.5t×4.5/22＝244.53t；

⑵ 钢管扣件：408.3t×4.5/22＝83.52t。

3.1.5 成本费用

工期3个月；钢管租金130元/t/月，入库堆码费40元/t，装卸运输费50元/t；钢管扣件租金275元/t/月，入库堆码费60元/t，装卸运输费费50元/t；满堂架安装及拆除人工费10元/m3。地下室支撑体系材料不能及时周转需全额计算租赁费，地下室支撑体系钢管含量相比正常条件增加，增加人工费2元/m3，传统满堂架钢管支撑体系总成本费用1609067元，分项计算如下：

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

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

⑶ 人工费：44000m3×10元/m3+9000m3×2元/m3＝458000元。

3.2 分层现浇楼盖混凝土方案

3.2.1 分层施工工艺

⑴分3层次现浇中央大厅屋面梁板混凝土，通过主、次梁混凝土终凝，形成自架稳定结构体系，提前承担屋面梁板荷载，传递到两端立柱上，减少对模板支撑系统的压力。

⑵分层施工工艺：主梁底支撑系统及模板安装→主梁钢筋绑扎→主梁侧模安装→第1层次：主梁混凝土浇筑0.8m高（主梁总高1.8m）→混凝土养护→次梁底支撑系统及模板安装→次梁钢筋绑扎→主、次梁侧模安装→第2层次：主、次梁混凝土浇筑0.88m高至板底→混凝土养护14d，主、次梁混凝土试块试压报告达到设计强度100%→主、次梁底支撑系统按先后浇筑顺序逐步错开拆除梁底支撑1/2的钢管及扣件移到屋面板底安装→板底模板安装→楼板钢筋绑扎→第3层次：屋面板混凝土浇筑→混凝土养护14d楼板混凝土达到设计强度100%→整体满堂架模板支撑体系拆除。分层浇筑剖面如图示2。

⑶分层浇筑混凝土留设水平施工缝的处理，按制定的施工技术方案执行，经设计单位确认，满足设计要求。

3.2.2 分层现浇模板支撑体系施工设计方案

（1）主梁模板支撑系统施工设计方案

a.方案：采用Φ48×3.0（mm）钢管；立杆梁跨度方向间距0.6m，梁两侧立杆间距1.2m，梁底增加承重立杆1根，立杆步距1.5m；立杆承重连接及水平杆与立杆连接方式均采用双扣件；M12穿梁对拉螺栓，穿梁螺栓水平间距700mm；剪刀撑5步4跨；如图示3。

b.每1m梁长支架材料需求统计：立杆110m，水平杆件65m，剪刀撑钢管19m，直角扣件10个，对接扣件10个，旋转扣件3个。

c.荷载参数计算：

①按分层施工工艺主梁混凝土第2次浇筑，梁截面宽度0.6m，梁截面高度0.88m计算，梁自重线荷载标准值：0.6m×0.88m×25.5kN/m3＝13.46kN/m；50%的线荷载6.73kN/m，通过梁底立杆成集中荷载传递至地下室主梁上,可忽略对地面板产生破坏；50%的线荷载6.73kN/m通过外侧2根立杆成集中荷载P1传递到地面板上，P1=6.73kN/m×0.6m/2=2.02kN；

② 每1m梁长支架自重：（110+65+19）m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)个×1.1kg/个×9.8N/kg=6.52kN，50%的自重荷载3.26kN/m，通过梁底立杆直接至地下室主梁上,可忽略对地面板产生破坏；另50%的荷载通过其它2根立杆成集中荷载P2至地面板上，P2=3.26kN/m×0.6m/2=0.98kN；

③木方模板自重为0.5kN/m2，施工荷载为1kN/m2。

地面板荷载作用效应最大值2.02+0.98+0.5+1.0＝4.5kN/m2＜设计荷载标准值6.0kN/m2，在地下室支撑体系完全拆除的情况下,地下室顶板结构安全。

（2）次梁模板支撑系统施工设计方案

a.方案：采用Φ48×3.0（mm）钢管；立杆梁跨度方向间距0.6m，梁两侧立杆间距1.2m，立杆步距1.5m；单扣件连接方式；二道M12穿梁对拉螺栓，穿梁螺栓水平间距700mm；剪刀撑5步4跨；如图示4。

b.每1m梁长支架材料需求统计：立杆85m，水平杆件70m，剪刀撑钢管19m，直角扣件10个，对接扣件10个，旋转扣件3个。

c.荷载参数计算：

①按分层施工工艺次梁混凝土第2层次浇筑，梁截面宽度0.3m，梁截面高度0.88m计算，梁自重线荷载标准值：0.3m×0.88m×25.5kN/m3＝6.73kN/m；通过梁两侧2根立杆成集中荷载P3传递到地面板上，P3=6.73kN/m×0.6m/2=2.02kN；

表1 中央大厅屋盖梁板混凝土分层现浇与一次性现浇支撑系统方案对比分析表

② 每1m梁长支架自重：（85+70+19）m×3.3kg/m×9.8N/kg+(10+10+3)个×1.1kg/个×9.8N/kg=5.88kN，荷载通过2根立杆成集中荷载P4至地面板上，P4=5.88kN/m×0.6m/2=1.76kN；

③木方模板自重为0.5kN/m2，施工荷载为1kN/m2。

地面板荷载作用效应最大值2.02+1.76+0.5+1.0＝5.28kN/m2＜设计荷载标准值6.0kN/m2，在地下室支撑体系完全拆除的情况下,地下室顶板结构安全。

（3）屋面板模板支撑系统施工设计方案

立杆纵距1.2m，立杆横距1.2m，立杆步距1.6m，模板支架搭设高度为22m，经计算地面板荷载作用效应最大值远小于设计活荷载标准值6.0kN/m2，在地下室支撑体系完全拆除的情况下,地下室顶板结构安全。

（4）模板支撑体系注意事项：

a.水平杆、竖杆搭接接头不宜全部设置在同步或同跨内，错开搭接；

b.模板支架与已施工完成的框架柱结构进行刚性拉接；

c.对拉螺栓蝴蝶扣的水平方向钢管龙骨为两根，应平直，不得弯曲；

d.楼板模板起拱容易被忽视，须按施工规范要求起拱；

e.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，钢筋等材料不能在支架上方堆放。

3.2.3 工期

分层现浇与一次性整体现浇混凝土方案对比，满堂架支撑方案的钢管、扣件数量及工费均降低，虽然养护等待时间稍长，但合理安排各工种没有窝工，工作量减少了1/3，工期也在90天内完成。

3.2.4 成本费用

分层现浇满堂架钢管支撑体系总成本费用894450元，工期3个月；实际使用钢管760t；卡扣190t；满堂架钢管含量减少，人工费单价降低为8元/m3。分项计算如下：

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

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

⑶ 人工费：44000m3×8元/m3＝352000元。

4 方案对比分析

通过两方案对比分析，采用分层现浇混凝土(方案2)产生经济效益：71.4617万元。详见《中央大厅屋盖梁板混凝土分层现浇与一次性现浇支撑系统方案对比分析表》；同时解决了当时在当地偏远地区无法一次性租到如此大量钢管及扣件的问题。（如表1）

5 结论

本项目中央候车大厅屋盖体系混凝土梁楼板施工时，在满足设计要求的前提下，留置水平施工缝，采取先浇筑主梁混凝土至次梁底，再将主、次梁混凝土浇筑至屋面板底，最后整体浇筑楼板混凝土，大量节约模板支撑体系的材料用量和人工工费，产生经济效益，同样保证了施工质量、安全；成功应用分层混凝土浇筑方法，是实现同类型超重、超高梁板现浇施工的优选方案之一。

[1]GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].中国建筑工业出版社.

[2]《建筑施工手册》第五版.中国建筑工业出版社.

[3]JGJ130-2011.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[4]JGJ162-2014.建筑施工模板安全技术规范[S].

[5]杜荣军著.扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全[M].