便捷式钢模支撑体系在独流减河倒虹吸工程中的应用

冯德全，常瑞峰，徐云飞，李 军

（天津市水利工程有限公司，天津 300222）

以往国内现浇箱涵的模板支撑体系参照房屋建筑施工经验，多采用“支撑体系反复安拆”施工方法，每浇筑一节安装一次支架，待混凝土达到强度后，拆除支架并转运到下一节再次安装。该方法劳动强度高，工效低，且每次架体的安装质量差异较大。

根据部分水利工程线状施工、箱涵大部分为标准断面的特点，对传统箱涵支撑体系进行改进，主要分2 种：一种是钢台车桁架结构作为支撑体系配合预埋轨道进行移动；另一种是整体式钢管扣件脚手架支撑体系配合滚轮、槽钢及牵引装置进行移动。2 种方案均可实现模板支撑体系一次成型、重复利用的目的，但需要机械牵引，单靠人工无法移动，机动性差。第一种方案钢台车桁架结构本身成本较高，对预埋轨道安装精度要求高，若施工过程出现偏移，则将进一步加大钢台车桁架结构移位难度；第二种方案需要拆除顶模及侧模，只保留架体移动，仍需耗费较多人工安拆顶模与侧模。

在独流减河倒虹吸工程中，经过不断摸索、试验，结合箱涵结构模板支撑体系施工特点，将整体式钢管扣件脚手架支撑体系以3 m 为单位进行分节，配合滚轮运输车，设计出便捷式钢模支撑体系。该体系具有稳定可靠、机动灵活、综合成本低等优点，可供类似箱涵工程施工借鉴。

1 工程概况

工程位于天津市滨海新区北大港水库北围堤与万家码头泵站间，设计流量30 m3/s，年设计引水量3 亿m3，主要建设内容包括：输水箱涵（包括独流减河倒虹吸干线箱涵3 152.43 m及供水联络线箱涵551.33 m）兴建；北大港水库穿堤闸（包括箱涵段、闸室段、消力池段、引渠段和连通段）及万家码头泵站出水池改造。新建独流减河倒虹吸干线箱涵上接“津石高速公路与独流减河左堤路堤共建段水利设施改造工程”中在建的洪泥河穿堤涵闸工程，终点入北大港水库；供水联络线箱涵上接“津石高速公路与独流减河左堤路堤共建段水利设施改造工程”中在建的独流减河倒虹吸预留段工程，终点为干线连接井。

输水箱涵和穿堤闸闸室段均为三孔（3.5 m×3.5 m）钢筋混凝土结构。箱涵结构共243 段箱涵，结构形式为A2转弯段、A3转弯段、A型箱涵、B1型箱涵、B2型箱涵、斜坡段箱涵、通气孔和连接井，单段长度10～18.9 m。典型断面A型箱涵横断面，如图1所示。

图1 典型断面A型箱涵横断面

2 模板选型与设计

2.1 模板选型

倒虹吸工程箱涵为地埋式低流速过水箱涵，是天津市重点水利工程，按照2021 年度汛“6·30”节点要求，混凝土浇筑工期极为紧张，需采用多作业面流水作业方可按时完工。外墙为平面墙体，内部为3.5 m×3.5 m 倒角正方形流道，对内外墙混凝土外观质量要求较高。模板施工以人工为主，配备1台25 t汽车吊进行运输。综合考虑工程特点、施工质量、成本、进度等，采用稳定性好、周转率高的组合钢模板。面板以厚3 mm 的P6015 普通组合钢模板为主，配合部分P3015、P1015普通钢模板，边框、筋板分别采用4 mm×52 mm、3 mm×52 mm 扁钢，横肋采用2.75 mm×50 mm×50 mm 方管，底板、顶板倒角部位根据模数采用定制尺寸钢模板。顶板采用U形顶托和双木方作龙骨，木方尺寸为40 mm×90 mm，侧墙采用壁厚3 mm的Φ48 普通钢架管作主龙骨，模板间采用对拉螺杆和“山”字形卡对拉紧固。

2.2 模板支撑体系设计

2.2.1 荷载分析

箱涵混凝土施工分为底板和边顶两部分，主要考虑边顶施工箱涵内部支撑系统的施工荷载：①根据设计，箱涵顶板混凝土厚度0.55 m、长14.97 m、宽12.60 m，以浇筑厚度0.55 m 钢筋混凝土作为内部支撑体系的基本荷载；②施工过程中工作人员及浇筑设备、工具等施工荷载；③支撑体系模板自重荷载；④新浇混凝土侧压力荷载。

2.2.2 支撑体系

本工程箱涵底板平顺，单节箱涵分为底板和边顶拱2 次施工，施工缝位于底板以上900 mm 处，底板施工采用底腋角模板拼装浇筑，如图2所示。

图2 箱涵底板腋角支撑示意

箱涵内外侧墙模板均采用标准P6015 小钢模板拼装，以对拉螺杆固定，外侧搭设双排脚手架作为模板拼装平台。箱涵横断面支撑体系，如图3所示。

图3 箱涵横断面支撑体系

箱涵内墙模板支撑系统采用钢管扣件搭设，单节箱涵长度14.97 m，单节箱涵之间设置30 mm 沉降缝。按照截面尺寸，内部支撑系统标准长度15 m，为方便移位，将支撑系统等分为5个标准节，每个长度3 m，不连接，如图4所示。

图4 箱涵纵断面支撑体系

在设计模板时，将顶腋角转折点处设置为铰接，顶模与侧模采用插销连接件连接，拆模时模板可随连接件转动，便于拆装。

3 施工工艺流程及控制要点

3.1 工艺流程

现浇箱涵便捷式模板支撑体系施工流程，如图5所示。

图5 现浇箱涵便捷式模板支撑体系施工流程

3.2 模板支架搭设

根据《水利水电工程施工安全管理导则》（SL721-2015）和《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》，箱涵顶板面荷载超过15 kN/m2时需编制专项安全施工方案，并组织专家论证。根据论证通过的专项施工方案，对作业人员进行交底，采购材料进场时通过监理验收。内支撑体系采用Φ48、壁厚3 mm 钢管，当立杆采用对接接长时，对接扣件应间隔布置，两相邻立杆的接头不得设置在同步内，同步内隔1 根立杆的2 个相隔接头在高度方向错开距离500 mm 以上，各接头中心至主节点的距离不大于步距的1/3，呈梅花形上下错开。

脚手架必须设置纵、横向扫地杆。立杆纵横间距按照700 mm 布置，横纵断面间隔1 跨设置剪刀撑，确保架体稳定性。架体搭设完成后，对架体进行联合验收，验收合格后方可进行下一步施工。为保证作业人员安全，在箱涵两侧纵向搭设双排脚手架，高出箱涵顶1 200 mm，每4 跨设置1 道竖向剪刀撑，由底至顶连续设置，架体两端设置“之”字形剪刀撑。模板支撑体系搭设完成后，由测量员、质量员会同监理对模板进行复测，复测合格后进行后续作业。

3.3 混凝土浇筑

钢筋、模板、止水及其他埋件安装完毕并验收合格后，由监理下发浇筑令，进行混凝土浇筑作业。为保证浇筑连续性，本工程由2 家拌合站互为补充进行供料。混凝土浇筑垂直运输采用52 m 汽车泵泵送入仓，水平运输采用15 m³罐车运料。边墙顶板混凝土浇筑时，要确保墙体混凝土均匀上升，严控上升速度。在浇筑过程中，加强腋角模板处的振捣，保证气泡及时排出，避免振捣不实，产生蜂窝麻面。

振捣时使用插入式振捣器，混凝土分层厚度控制在30 cm 以内。以直线行列振捣时，插入间距不得超过作用半径的1.5 倍，避免碰撞钢筋、模板及预埋件，不得通过接触钢筋进行振捣，钢筋密集部位加强振捣，振捣棒与模板保持10 cm 距离。振捣过程中，遵循“快插慢拔”原则，一般每点振捣20～30 s，到混凝土不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。

3.4 拆模移动架体

根据混凝土试块强度报告，顶板混凝土强度达到75%时，可以拆除底模。首先，拆除侧模对拉螺杆，使侧模与顶模成一定角度，约8°左右，此时侧模板挂在顶模上；单节架体跨度较小，以4个角点可调顶丝作为支点，调节松动其余可调顶丝。然后，调节4 个角点可调顶丝，使顶模在自重作用下脱离顶板混凝土。脱模过程中，先调节一侧顶丝，一侧下降30 mm，再调节另一侧顶丝，另一侧下降30 mm，保持模板支撑体系平衡。顶模脱离顶板后，推入根据支撑体系立杆模数间距加工而成的运输车。左右两侧各1辆，根据横杆模数，将运输车定位到指定位置，均匀下放可调顶丝，使支架体系稳固落坐在角钢凹槽内，施工人员将单节支架推运到下一标准段箱涵底板。支架移动到位后，安装可调顶丝换撑，把运输车撤出，一标准节运输到位后，再依次运送下一节。整体安装到位后，检查钢管有无弯曲变形及节点松动，通过调节可调顶丝配合手摇千斤顶，将模板调整到位。按照上述流程，反复施工，直至最后一节施工完毕，拆除支架。支撑体系运输车，如图6所示。

图6 支撑体系运输车示意

4 工艺对比分析

根据箱涵结构内部支撑体系施工工艺，进行定性分析，结果详见表1。

表1 支撑体系方案效果分析

传统施工方法机械成本主要体现在周转材料水平运输，需要频繁机械调运，钢模台车移位需要机械牵引。便捷式钢模支架体系与传统施工方法、现行施工方法相比，综合优势明显，有利于箱涵结构流水施工。

5 结语

本工程分4 工区施工，箱涵结构共243 段，总工期仅9 个月，还需要穿越4 道燃气管线，沟通协调量大，施工工况复杂。同时，箱涵施工断面较小，标准段多，且混凝土外观质量要求高，工期十分紧张。经过前期精心策划，在原有支撑体系的基础上进行优化，采用便捷式钢模支撑体系。该支撑体系具有操作灵活、方便、整体刚度好、体型易于控制等特点，结合箱涵基础土方开挖、垫层混凝土浇筑、底板混凝土施工、边顶混凝土施工、土方回填等合理流水施工节奏控制，既缩短了工期，又有效控制了施工成本，同时降低了基坑长时间暴露风险。

采用便捷式钢模支撑体系，配合普通P6015 标准组合钢模板，可以人工安装、移位，减少大型起重机械吊装，现浇混凝土表面平整、接缝平滑，基本无错台现象。便捷式钢模支撑体系应用于箱涵施工具有一定的优越性，配合流水施工作业，可有效降低成本，缩减工期，可供类似工程参考。