模板支撑体系在污水处理厂中的应用分析

姜婷婷

中铁二十一局集团第四工程有限公司 青海 西宁 810000

1 工程特点

喀什市第二污水处理厂提标改造项目位于喀什市东部新城多莱特巴格乡15村污水处理厂内，项目主要承载的是喀什市东部新城的居民生活污水处理。通过提标改造，采用国内较为成熟的厌氧、缺氧、好氧（AAO）脱氮除磷工艺，使污水处理厂出水质量由原来的32000立方一级B标准全部提高到一级A标准。施工中重点单位工程为生化池，其尺寸为：长39.0m，宽30.0m，池体高度6.5m。生化池外池壁墙体底部厚度700mm，顶部厚度500mm。生化池分为厌氧池、曝气池、沉淀池三部分。其中厌氧池设计6.5m高弧形墙模板安装施工，沉淀池涉及有60°倾斜角度斜板模板安装加固，跨度30.0m矩形梁支撑体系超过一定规模危险性模板专项施工方案。

2 难点分析

2.1 厌氧池中弧形剪力墙模板的安装以及加固

本工程平面面积大弧形墙高度大（6.5m）。弧形墙外沿周长达到4.39m。墙体宽度为500mm，底部水平方向加腋对模板安装严密性要求较高且弧形墙中各处模板尤其是曲率变化位置容易出现错台，导致浇筑混凝土漏浆或者浇筑后观感不佳。且由于墙体中模板端头不闭合受力不同不能产生整体抗拉强度，难以平滑过渡。

2.2 斜板支撑

沉淀池中的倾斜模板倾斜60°板厚度为100mm混凝土采用泵车浇筑后倾斜模板底部支撑体系如加固不当不具有足有刚度难以承受混凝土的冲击荷载。

2.3 大跨度梁模板支撑体系

沉淀池中荷载以及尺寸最大横向矩形框架为L3长29.0m，宽0.4m，高3.50m，根据设计计算书线性荷载集中线荷载 20kN/m2，其长度与线性荷载均达到超过一定规模危险性模板支撑体系范围。其模板支撑体系容易产生以下质量问题：若采用通常的横杆支撑梁底模因其尺寸导致线性荷载过大易导致梁底模板炸开。此外因梁高过大若不采取额外侧向支撑也会导致梁上口模板倾斜影响混凝土浇筑后观感质量。

2.4 外池壁施工安全性要求较高

生化池外墙底部厚度700mm，顶部厚度500mm，墙体高度6.5m，根据混凝土浇筑施工计划需连续约7小时，连续施工对安全措施要求较高。池壁钢筋过高对于模板定位和加固要求高，不仅要保证整个体系的稳定性还要兼顾模板位置准确，以便于后续设备安装定位。

3 支撑体系设计要点

3.1 厌氧池圆弧形剪力墙模板支撑体系施工要点

厌氧池中弧形墙起到回流。分隔不同水质作用。同时污水中的腐蚀性微生物与化学成分对墙体防腐蚀有很高的要求，必须一次浇筑后墙体不留有缝隙、错台。这就保证施工中不能采取传统工艺。通过进行BIM建模技术研究可行性通过，以及技术经济合理性之后决定将圆弧墙水平主钢楞制成弧形来保证各弧形墙的弧度, 以多层胶合板及钢管次楞、斜撑（每间隔3道立杆设置）组成的模板体系，放弃初步确定的钢制弧形模板。主楞钢管水平间距450mm弧形墙竖向钢管间距450mm，止水螺杆矩形450mm布置采用双螺帽加固。由于曲线原因，两两相邻的模板边楞间会形成夹角，内侧可能会因此产生缝隙，控制夹角约为0.3°-0.8°，在模板边位置不变化的情况下，施工过程中采用打泡沫剂来弥补缝隙。

为了确保钢筋绑扎后不发生位置变形增加整体稳定性，确保高处作业人员安全。施工增加间隔250mm与墙体主筋规格相同的钢筋焊接成梯子骨架（如图1）。钢筋梯子保证竖向横向钢筋焊接合格。横向钢筋在施工过程中兼做顶杆和模板安装位置分割点，确保弧形墙整体不发生偏移。弧形墙分成3段施工，每段长约3m。上一段施工完成后不拆除支撑体系以保证弧形墙整体性，为保护基础筏板支撑体系底部满铺平整垫板。

图1 钢筋梯子安全通道图

3.2 大跨度梁支撑体系设计要点

沉淀池中的L3跨度为30m，梁高度3.5m。其设计计算线性荷载为20kN/m2梁底部承受线性荷载以及施工中承受的冲击荷载较大，通过专家论证专项施工方案，在梁底支撑横杆下部中间增加一根立杆。本例以L3为例，取1m单位宽度计算[1]。

W=bh³/6=1000×35×35/6=37500mm³，I=bh3/12=1000×15×15×15/12=281250mm4

承载能力极限状态

q1=γ0×[1.3×(G1k +(G2k+G3k)×h)+1.5×Q1k]×b=1.1×[1.3×(0.1+(24+1.1)×0.15)+1.5×2.5]×1=9.652kN/m

正常使用极限状态

q=(γG(G1k +(G2k+G3k)×h))×b =(1×(0.1+(24+1.1)×0.1 5))×1=3.865kN/m

计算简图如下：

1、强度验算

Mmax=q1l2/8=9.652×0.32/8=0.109kN·m

σ=Mmax/W=0.109×106/37500=2.896N/mm2≤[f]=15N/mm2

满足要求

2、挠度验算

νmax=5ql4/(384EI)=5×3.865×3004/(384×10000×281250)=0.145mm

ν＝0.145mm≤[ν]＝L/400＝300/400＝0.75mm

方案经专家论证验证其可行性。支撑系统立柱接长严禁搭接并搭设高度2m以上的支撑架体设置作业人员登高措施。并且按有关规定设置安全防护网。大跨度梁底部支撑体系。

支撑体系增加斜撑固定于外池壁以增强稳定性，L3底模设置5m一处的分割点每处按照设计要求进行10mm起拱。L3两侧的梁高范围内加固双立杆并排间隔300mm，两侧梁高范围内水平杆间距为300mm，止水螺杆加固采取双螺帽300mm矩形布置在L3梁模两侧。每间隔3道立杆加设一道斜撑于沉淀池内外侧墙体顶牢固定。钢管立柱的扫地杆、水平拉杆、剪刀撑均采用Ø48.3×3.0mm钢管，用扣件与钢管立柱进行连接扣牢，钢管扫地杆、水平拉杆严格按照相关钢管脚手架搭设规范进行对接连接，剪刀撑采用搭接连接，搭接连接长度不小于1000mm，并应采用不少于3个旋转扣件分别在离杆端不小于100mm处进行固定。如下图2及图3。

图2 模板支撑体系钢管搭设立面图

图3 模板支撑体系实际效果图

梁底处支撑体系在立柱底距地面200mm高处，沿纵横向水平方向应按纵下横上的程序设扫地杆。设置一道水平拉杆支撑于L3底模，两点各设置距离梁侧模150mm立杆中间设置一道加强立杆，加强立杆间距保证不大于500mm，并置于梁底的中轴线位置上。保证梁底在浇筑混凝土中不炸模。

3.3 斜模板支撑体系要点：

沉淀池中斜模板角度为60°，厚度为100mm其主要承受沉淀池中水冲击荷载。其施工中对支撑体系稳定性、安装精准性要求较高。

准备工作模板拼装：斜板支撑体系采用Ø48.3×3.0mm钢管，模板组装要严格按照模板淑女装尺寸进行组拼安装成整体，并在安装过程中控制模板的尺寸偏差，要求模板的水平及垂直偏差均满足相关设计及规范要求，在安装完模板后需对模板的背楞及加固进行逐一检查，符合审批后的模板工程专项方案要求。

模板的基准定位工作：因斜板于沉淀池框架梁中生根，首先引测沉淀池的框架梁轴线，并以该轴线为起点对应引出每条轴线，根据轴线与施工图用墨线弹出斜板模板对应的内侧及外侧控制线，控制线按照距离安装线10cm进行控制，后期模板安装过程中根据控制线对模板进行校正处理；标高控制利用水准仪将建筑物水平标高引测到相对固定的位置，再利用水平尺及钢尺引入模板底侧立杆钢管上，后期运用水平仪进行标高检测，是模板标高满足设计要求。

支模前对前一道工序的标高、尺寸预留孔等位置按设计图纸做好技术复核工作。对于倾斜面，增设一道斜向支撑作为构造措施，验算时不考虑其受力，板底斜撑采用Ø48.3×3.0mm钢管斜板底部采用同斜板底部长度相同间距450mm斜钢管支撑。钢管立杆底部应设垫木和底座，顶部应设可调支托，支托于斜模板底部钢管支撑固定好[2]。

3.4 安全保护措施

生化池墙体高度为6.5m，根据高处作业安全施工规范必须加设安全措施。各水池墙体顶部设置高度为1.5m防护钢管。每间隔3道立杆加设一道斜撑并于曝气池出设置专用上下人安全通道。为了保证混凝土施工中各水池内外池壁稳定性，采用钢管将各水池分隔处墙体顶牢。外池壁采用钢管于室外基坑固定以传递施工中水池内产生的荷载[3]。

4 模板安装技术要点

本工程生化池墙体高度较高且墙体厚度远大于一般墙体厚度，在模板安装过程中除对模板的支撑体系进行严格设计要求外，还需对模板安装进行严格技术控制。

4.1 模板配置要点

本工程末班的配置重点难点在厌氧池圆弧剪力墙设置较为复杂，为了保证工程施工尺寸与设计尺寸要求，本工程采用模板选择上采用1.5cm厚压合竹胶板模板，背楞和横向固定钢管采用Ø48.8型钢管，在模板的拼装设计过程中严格按照设计图纸及国家相关规范要求进行模板大小的拼装设计，在拼装设计完成后按照设计要求对模板进行加工制作并进行编号，保证在后期施工安装过程中做到一一对应，以保证成型后的截面尺寸满足设计要求。对于其他结构简单的防水剪力墙的模板配置严格按照设计及相关规范规定要求做到相互匹配。所有模板的配置均须进行前期按照设计图纸进行二次设计工作，按照二次设计要求对换算出来的模板进行深度加工制作。

4.2 模板的安装要点

本工程因生化池设计高度为6.5m，且为地上一层，在施工前根据设计图纸、施工现场平面布置及施工方案未进行塔吊的安装，所有吊装均采用吊车及龙门架完成。在模板的拼装过程中严格按照模板二次设计要求进行拼装，在拼装过程中由于不是在安装完成的钢筋面上进行拼装，而是在地面拼装完成后再进行吊装加固，所有在拼装过程中须严格控制拼装的顺序和方向，必须讲横向模板先进行拼装再进行竖向模板的拼装。拼装完成后的大面积（每块大面积模板面积均在8m2左右）模板采用双台吊车进行吊装安装，这对模板的吊装工作难度相对较大，需要吊车、指挥人员及安装人员的相互配合，待把模板吊装到安装位置后运用人工运用撬棒和固定器对大模板进行位置调整，使模板固定在二次设计所安装位置上，待剪力墙两侧模板同位置模板均固定在安装位置上后运用防水穿墙螺杆进行对眼固定，以此来固定墙体厚度及模板的位置固定。对上述大模板按照要求整个剪力墙模板安装到位后按照模板安装工艺运用钢管作为背楞及横向钢管加固。加固过程中控制底边模板控制线对模板的垂直度及平整度进行随时检查并校正。待所有模板安装加固完成后为防止大模板拼缝处及模板底部出现漏浆现象，对模板拼缝处及底部采用防水石膏进行封堵。

由于本工程剪力墙的高度较高及厚度比一般剪力墙厚度厚，为防止在后期浇筑混凝土过程中出现由于混凝土压力过大导致模板涨模跑模现象，对模板的对拉螺杆及水平固定钢管均要求较高，根据专项施工方案及专家论证结构，所有对拉螺杆间距按照300cm梅花型布置且为双螺帽加固。以保证后期混凝土的垂直度及外观质量。

5 结语

目前生化池主体结构施工已经完成，从完成的混凝土面及工程的整体质量要求均满足设计要求，通过实践该模板支撑体系，在混凝土浇筑过程中未发生任何安全、质量问题。灵活多样、安全可靠、安全稳定、经济性价比高是选择扣件式钢管脚手架支撑体系的原因。由于其工艺成熟，可参考准技术标注规范齐全，保证了方案数据的准确性、实用性。此外，由于技术成熟专家论证阶段对结构的认可也较为明确统一。只要做好设计传统的扣件式钢管支撑体系也可以在主体结构复杂的污水处理工程中灵活应用。