污水处理厂异型混凝土结构木模施工技术*

全自洋，王 瑞，黄小军

中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040

污水处理厂作为市政工程和环保领域重要的基础设施，在净化城市环境、促进社会可持续发展方面发挥着举足轻重的作用。同时，污水处理厂作为一种特殊类型的综合体，设计理念、工艺与传统工程大不相同，多专业交叉融合，土建与设备交织，带来结构方面的复杂设计。因设备运行需求和水力流态控制，存在很多圆形、弧形、空心圆柱等异型结构，较常规施工多有不便。

针对异型结构施工，行业内的常规做法是采用定制钢模，但定制钢模造价过高，且异型钢模不具备通用性，一般不能重复利用，造成资源和资金极大的浪费。在施工中也有采用木模和木方进行散拼的做法，但多为班组凭经验自行施工，费时费力，缺乏系统性的理论和指导，存在盲目施工和施工效果差的现象。

文章结合污水处理厂施工中遇到的异型结构实例，对异型结构木模体系的设计及施工进行分析和总结，旨在为异型结构模板提供设计思路和施工经验。

1 工程概况

江夏污水处理厂一期工程位于武汉市江夏区，建设规模为15万t/d。其中二沉池为污水二级处理的重要构筑物，采用圆形薄壁预应力结构，共设置4座，水池内径均为48m，壁厚300mm，高5.2m。

葛华污水处理厂三期工程为人造坡地式地下污水处理厂，建设规模4万t/d。为提高污水的可生化性，设置2座水解酸化池，因脉冲布水器设备运行需求，水解酸化池内设置8座空心圆筒状配水筒。配水筒内径为1.5m，壁厚250mm，高度为7.8m。

2 圆形结构模板设计方案

2.1 木模工艺方案对比

目前常用的木模工艺主要有两种：一种是利用普通木模板“以直代曲”进行拟合拼装；另一种是利用定制弧形木模。木模工艺方案对比如表1所示。

表1 木模工艺方案对比

2.2 木模板拟合精度分析

一般项目施工中，考虑模板通用性及经济性，通常采用常规模板（1830mm×915mm）以直代曲进行拟合拼装，但拟合线型与设计线型必然会存在一定的偏差，当偏差在允许范围内，则认为线型拟合良好；当偏差超出范围时，则要根据结构重要性及外观需求综合判断可否使用。

根据《城镇污水处理厂工程质量验收规范》（GB 50334—2017），池壁轴线偏移允许偏差为8mm，即拟合曲线与设计线型偏差＜8mm可满足规范要求，如图1所示。

图1 拟合线型

拟合计算公式如下：

联立以上二式，则R≥13077mm，即当圆形结构半径R≥13.077m时，采用常规模板尺寸进行曲线拟合可完全满足结构精度要求；当R＜13.077m时，则需将模板裁剪成小尺寸（为便于施工，易将模板等分），方可满足拟合要求。

2.3 工艺选择

对于直径为48m的大型二沉池圆形结构，采用常规模板（1830mm×915mm）以直代曲，较设计线型偏差较小，可满足精度要求；在工效方面，定制模板单一且安装工效略高，但由于模板幅面较大，需2人共同安装，综合对比工效基本相同；在价格方面，定制弧形木模价格远高于普通木模。因此，二沉池采用常规木模进行拼装施工。

对于内径为1.5m的空心圆筒，因直径过小，采用常规木模施工困难，通常采用3mm胶合板和木龙骨进行组合安装，费工费时，成型效果差。采用定制木模安装方便，模板拼缝少，成型质量及外观优良；可采用两套模板进行周转使用，模板需求量小、经济可行。因此，为保证结构施工质量，水解酸化池配水筒采用定制木模进行施工。

3 大型圆形结构设计及施工技术

3.1 模板及支撑体系设计

模板采用常规覆面木胶板（1830mm×915mm），厚度为15mm。模板竖楞可采用钢管或木方，横向主楞采用钢筋或钢管。因弧形结构采用普通钢管主楞无法适应线型，通常只能采用定型弧形钢管进行加固，但造价相对较高。钢筋因其具有较高的抗拉强度和易弯曲的特性，对圆形结构模板加固有着天然的优势。

二沉池模板体系竖向背楞采用φ48mm钢管，侧墙模板采用M14止水拉杆、山型卡与双钢筋主楞拉结紧固。止水拉杆纵、横向间距为450mm，竖向钢管间距150mm，主楞钢筋采用φ22HRB400E钢筋。模板支撑体系如图2、图3所示。

图2 池壁模板设计图（剖面图）

图3 池壁模板设计图（立面图）

3.2 受力计算

（1）模板受力计算。模板强度及挠度验算如下：

式中：Mmax为最大弯矩值；σ为抗弯强度值；W为截面模量；f为抗弯强度设计值；ν为挠度值。

经过验算可知，面板强度及挠度满足要求。

（2）竖楞受力计算。钢管竖楞强度及挠度验算如图4、图5所示。

图4 钢管竖楞弯矩图（单位：kN·m）

图5 钢管竖楞变形图（单位：mm）

经过验算可知，钢管强度及挠度满足要求。

（3）双钢筋主梁受力计算。双钢筋强度及挠度验算如图6、图7所示。

图6 双钢筋弯矩图（单位：kN·m）

图7 双钢筋变形图（单位：mm）

经过验算可知，双钢筋强度及挠度满足要求。

3.3 模板体系施工

施工前，首先根据结构尺寸，对池体拟合精度进行分析，然后采用常规覆面木胶板（1830mm×915mm），外池壁线型偏差为4.36mm，内池壁线型偏差为4.42mm，精度满足要求。

池壁钢筋绑扎完成后，对内外模板进行排版设计，使内外模板中心法线对齐。因内外池壁直径不同，会存在约1cm的模板差，外侧模板接缝处用1cm厚的木胶板切割成15mm宽的小木条进行拼接。因弧形模板是多段拼接而成，接缝处极易漏浆，影响池体质量及观感，需在弧形墙体内侧的模板接缝处粘贴透明胶带，在外侧钉木条进行加固。

立模完成后，安装对拉体系。主楞钢筋的搭接应有足够的长度，至少应跨两个山型卡，且钢筋末端应伸出山型卡10cm以上，防止模板体系局部受力过大导致钢筋脱落。钢筋搭接应避免在同一个断面，以保证加固体系良好的受力性能，并在模板外侧间隔2m左右设置抛撑，增强模板体系的安全性并防止混凝土浇筑过程中发生偏斜。二沉池成型效果如图8所示。

图8 二沉池成型效果

4 小型空心圆筒结构设计及施工技术

4.1 模板及支撑体系设计

水解酸化池配水筒为空心圆筒结构，分两次浇筑，单次浇筑高度为4m，采用定型木模施工，板厚22mm，板幅2m，用2块半圆模板拼装而成。接缝处采用凹凸槽设计，防止漏浆。模板外侧采用Q235钢带加固，钢带宽4cm、厚2mm，间隔25cm设置一道；模板内侧采用尺寸为40mm×80mm的方木组成米字形支撑，间隔50cm一道。支撑体系如图9所示。

图9 模板及支撑体系

4.2 受力计算

（1）模板受力计算。圆筒模板强度及挠度验算如图10、图11所示。

图10 圆筒模板弯矩图（单位：kN·m）

图11 圆筒模板变形图（单位：mm）

经过验算可知，面板强度及挠度满足要求。

（2）钢带验算。钢带联结处采用2个M16普4.8级螺栓进行联结固定，计算如下。

钢带拉力计算公式：

式中：T为钢带拉力；Rmax为最大剪力；D为圆筒外径。

钢带强度计算公式：

式中：σ为抗拉强度；B为钢带宽度；t为钢带厚度。

螺栓设计拉力计算公式：

式中：Nt为螺栓设计拉力；n为螺栓数量；Ae为螺栓有效截面积；ftb为螺栓抗拉强度设计值。

经过验算可知，钢带及螺栓强度满足要求。

4.3 模板体系施工

模板安装前，在地面弹出模板线，并对标高进行校核，用砂浆抹平，确保模板底部标高一致，进一步可保证模板垂直度。模板安装时，上下两块模板须错位安装，保障结构良好的受力性能。合模完成后，采用钢带对模板进行加固。钢带安装前，用钢尺对模板进行测量，根据设定的间距在模板四个方向上划出安装刻度线，确保钢带安装水平、受力均匀。模板水平接缝的位置必须用钢带进行加固覆盖，防止接缝处出现漏浆或错缝。拧紧螺丝时，必须保持每个螺丝的拧紧度保持一致，最好由同一人进行拧紧，防止钢带松紧度不一致导致局部受力过大而爆模。模板加固完成后，在模板底部四周抹砂浆进行封堵，防止底部漏浆。尽管该模板受力体系比较明确，但细节施工不当极易造成爆模等情况，为增强模板体系的稳定性和施工安全，在钢带外侧设置若干方木及钢管进行二次支撑加固。配水筒成型效果如图12所示。

图12 配水筒成型效果

5 结束语

文章结合污水处理厂大型圆形水池及小型空心圆筒结构木模工艺施工实例，对普通木模和定制木模的工艺进行了介绍及分析，结合受力分析和施工关键控制点，对不同木模工艺的适用范围进行了探讨，旨在为圆形及其他异型结构模板提供设计思路和施工经验。通过运用木模工艺，结构观感质量良好，在质量、造价、工期等方面取得了良好的效果。