陳孝湘 唐自強(qiáng) 黃曉予 林宇彬 陳學(xué)東

（1中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司2國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 福建福州 350003）

沉井被廣泛應(yīng)用于給排水工程、電力管廊及綜合管廊等市政管網(wǎng)工程中［1-3］，根 據(jù)沉井的施工工藝及施工順 序［4-5］，頂板結(jié)構(gòu)需要在井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高澆筑底板，并完成管道頂進(jìn)施工后方可再進(jìn)行頂板施工。

當(dāng)沉井需要考慮防水時(shí)，則頂板必須采用現(xiàn)澆法澆筑［6］，現(xiàn)澆施工的沉井頂板，其傳統(tǒng)施工工法為從井底搭設(shè)腳手架至頂板底部高程后再搭模板，后在頂板上澆筑鋼筋混凝土［7］，此時(shí)井內(nèi)的空間被腳手架占據(jù)，無法開展井內(nèi)通道的裝修或清理工作，一定程度上影響了進(jìn)度，致使工期變長。

若不從井內(nèi)搭設(shè)腳手架，則可采用與頂板結(jié)構(gòu)一體澆筑的全預(yù)制拼裝式的鋼模板。鋼模板所需的現(xiàn)場施工內(nèi)容僅包含鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝、拼裝等工序，現(xiàn)場工期可短至1～2天。當(dāng)鋼模板支撐結(jié)束后，就可以分別進(jìn)行頂板現(xiàn)澆混凝土的澆筑和井內(nèi)清理、通道內(nèi)設(shè)備安裝，大大縮短工程工期。

通過滿鋪的鋼板、鋼次梁、鋼主梁的鋼模板來承擔(dān)頂板現(xiàn)澆混凝土施工過程的各種荷載，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與一般的模板結(jié)構(gòu)一致，但在沉井工程中又具有自身的特殊性。本文在在分析研究沉井頂板施工荷載的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼模板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出鋼模板設(shè)計(jì)的原則，為工程建設(shè)提供依據(jù)，也為相關(guān)工程提供參考。

1 鋼模板的荷載分類及其取值

模板需要承擔(dān)結(jié)構(gòu)上的各類荷載，主要包括頂板結(jié)構(gòu)自重、模板及其支架結(jié)構(gòu)自重、施工人員及設(shè)備荷載、振搗荷載、構(gòu)件翻轉(zhuǎn)及安裝荷載等。

1.1 結(jié)構(gòu)自重

頂板結(jié)構(gòu)自重為鋼筋混凝土材料板的自重，頂板結(jié)構(gòu)可以按鋼筋混凝土重量合計(jì)計(jì)算，亦可根據(jù)實(shí)際情況分開計(jì)算。

當(dāng)采用合算時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重可取γc=24.0～25.0kN/m3，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30時(shí)，可取γc=25.0kN/m3。

當(dāng)將鋼筋與混凝土分開算時(shí)，普通混凝土用實(shí)際的重力密度確定，鋼筋的自重需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算下料鋼筋的數(shù)量、規(guī)格并結(jié)合鋼筋的重力密度確定。

1.2 模板及其支架結(jié)構(gòu)自重

模板及支架的自重，可按圖紙或?qū)嵨镉?jì)算確定。對(duì)于定型組合鋼模板的不同類型構(gòu)件的荷載可按下式取值：

（1）平板模板及小楞自重0.50kN/m2。

（2）模板自重（包括梁模板）0.75kN/m2。

（3）模板及其支架自重1.10kN/m2。

1.3 施工人員及設(shè)備荷載

沉井頂板現(xiàn)澆時(shí)，其主要的荷載驗(yàn)算包括：

（1）計(jì)算模板及直接支承模板的小楞：均布活荷載取2.5N/m2，另應(yīng)以集中荷載2.5kN進(jìn)行驗(yàn)算，取二者中較大的彎矩值。

（2）計(jì)算支承小楞的構(gòu)件：均布活荷載取1.5kN/m2。

（3）計(jì)算支架立柱及其他支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件：均布活荷載取1.0kN/m2。

（4）對(duì)大型澆筑設(shè)備（上料平臺(tái)等）、混凝土泵等按實(shí)際情況計(jì)算。木模板板條寬度小于150mm時(shí)，集中荷載可以考慮由相鄰2塊板共同承受。如混凝土堆集料的高度超過100mm時(shí)，則按實(shí)際情況計(jì)算。

1.4 振搗荷載

電纜工井的頂板一般情況下都比較厚，尤其是具有防水要求的頂板結(jié)構(gòu)，其厚度一般不小于250mm，施工時(shí)需要布置大量的鋼筋并進(jìn)行振搗，其振搗產(chǎn)生的荷載對(duì)模板包括水平面的荷載和垂直面的荷載2大部分：①水平面模板：取2.0kN/m2；②垂直面模板：取4.0kN/m2（作用范圍在新澆混凝土側(cè)壓力的有效壓頭高度范圍之內(nèi)）。

1.5 構(gòu)件翻轉(zhuǎn)及安裝荷載

鋼模板屬于預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制構(gòu)件本身在加工、運(yùn)輸和安裝過程中應(yīng)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、運(yùn)輸、吊裝、安裝等短暫設(shè)計(jì)狀態(tài)下的施工驗(yàn)算，計(jì)算時(shí)“應(yīng)將構(gòu)件自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以動(dòng)力系數(shù)后作為等效靜力荷載標(biāo)準(zhǔn)值”，構(gòu)件翻轉(zhuǎn)及安裝過程中就位、臨時(shí)固定時(shí)，動(dòng)力系數(shù)可取1.2。

2 鋼模板的結(jié)構(gòu)形式及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

鋼模板需要承擔(dān)頂板現(xiàn)澆過程中的所有施工荷載的作用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮承載力和變形的要求，對(duì)于影響頂板鋼模板結(jié)構(gòu)形式的主要因素就是混凝土板的厚度。

（1）混凝土板厚度。沉井頂板需要考慮防水，根據(jù)GB 50108-2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定［8］，現(xiàn)澆混凝土板的厚度不小于250mm，同時(shí)由于市政管網(wǎng)或管廊工程的沉井多位于城區(qū)環(huán)境，沉井的覆土厚度常常超過2.0m，頂板需要承擔(dān)的荷載較大，同時(shí)井內(nèi)多不設(shè)置立柱，頂板的跨度較大，結(jié)構(gòu)需要的板厚也較厚，當(dāng)采用單塊大板結(jié)構(gòu)時(shí)，其厚度通常要達(dá)到400mm?；炷涟宓淖灾睾奢d成為鋼模板設(shè)計(jì)的控制荷載。

（2）鋼模板結(jié)構(gòu)體系。作為鋼模板結(jié)構(gòu)，需要設(shè)置完整的施工荷載傳力體系，主要包括滿鋪的鋼板、用于支撐鋼板的次梁和主梁。方案優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要考慮三者間的相互影響。因鋼板僅作為施工臨時(shí)承載用，當(dāng)混凝土板澆筑完成后不再參與受力，故其應(yīng)在滿足承載和變形要求的前提下，盡量??；次梁可以作為永久承載的一部分，但因?yàn)楝F(xiàn)澆板厚度較大，通常情況下，不考慮次梁的作用即可滿足承載和變形的要求，故而亦可當(dāng)成臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析；主梁作為現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工過程荷載的最終承載構(gòu)件，是鋼模板體系里最為重要的構(gòu)件。但從投資控制角度，除與頂板一起澆筑的滿鋪鋼板不可回收外，主梁和次梁可考慮回收，故鋼模板整體上仍應(yīng)按臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）鋼模板的主要規(guī)格參數(shù)。為了提高現(xiàn)澆鋼筋混凝土板的質(zhì)量，次梁與主梁的頂高需平齊，鋼板滿鋪。根據(jù)施工荷載的計(jì)算，當(dāng)次梁間距為400～500mm時(shí)，滿鋪的鋼板厚度為3～4mm厚即可滿足要求；次梁跨度不超過2.0m時(shí)，采用8#槽鋼即可滿足要求，此時(shí)鋼板與次梁的耗鋼量為57.9kg/m2。

主梁的間距除了影響主梁自身的規(guī)格外，還決定了次梁的規(guī)格。從前面的分析可知，主梁是沉井頂板組合結(jié)構(gòu)最重要的構(gòu)件，需要同時(shí)作為鋼模板和組合梁板中最終的傳力構(gòu)件，也是鋼模板結(jié)構(gòu)體系中耗鋼量最大的構(gòu)件。

（4）鋼模板主梁的梁端構(gòu)造及防水措施。鋼模板主梁的支座可以采用2種不同的結(jié)構(gòu)形式：①鋼梁簡支于側(cè)壁上。鋼梁直接利用沉井側(cè)壁作為支座，支座結(jié)構(gòu)簡單牢靠，但在混凝土板施工完成后不回收結(jié)構(gòu)；②在井內(nèi)設(shè)置落地式或直接錨固至側(cè)壁的支座，主梁支承于內(nèi)壁上，支座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但在頂板澆筑完成后可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的回收。

當(dāng)采用主梁嵌入沉井側(cè)壁的構(gòu)造時(shí)，沉井頂板需要通過鋼梁與井的側(cè)壁搭接后現(xiàn)澆，在需要考慮防水的工程中，鋼梁端部的防水措施應(yīng)作專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

鋼梁與沉井壁對(duì)接處，屬于地下工程中的施工縫，是防水的重點(diǎn)、難點(diǎn)部位。工程上可以采用鑿毛預(yù)留槽口混凝土、涂刷界面劑后，再設(shè)置2道遇水膨脹橡膠條的構(gòu)造措施，其構(gòu)造詳見圖1。

當(dāng)采用沉井內(nèi)壁支座結(jié)構(gòu)時(shí)，需要在井內(nèi)壁上預(yù)埋預(yù)埋件。現(xiàn)場焊接牛腿后，將主梁放置于牛腿上。當(dāng)頂板現(xiàn)澆部分的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的70%以上時(shí)，可拆卸鋼模板的主梁和次梁。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)，頂板上方可回填土并恢復(fù)地面結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物。

（5）撓度和裂縫控制。無論是作為永久頂板結(jié)構(gòu)的一部分還是只是作為臨時(shí)的鋼模板，都需要進(jìn)行撓度的驗(yàn)算，當(dāng)作為臨時(shí)承載和支承的鋼模板，其控制標(biāo)準(zhǔn)為：在頂板混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的撓度不超過1/400。

3 結(jié)論

在分析市政管網(wǎng)工程沉井頂板施工工藝和功能需求的基礎(chǔ)上，研究并提出了將沉井頂板木模板改為鋼模板，并將鋼模板主梁作為鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的一部分，共同承擔(dān)頂板上部荷載的新型組合梁板結(jié)構(gòu)，并以某內(nèi)凈空跨度6m的工井為例，開展組合梁板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論及建議：

（1）采用鋼與混凝土組合梁作為沉井頂板結(jié)構(gòu)，以通過增加較小投資為代價(jià)，實(shí)現(xiàn)井內(nèi)無腳手架施工，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，較現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板方案可縮短現(xiàn)場工期30天以上；

（2）組合梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮防水、結(jié)構(gòu)耐久性等方面的需求，現(xiàn)澆混凝土板的厚度不宜小于250mm；通常情況下，該類型的組合梁的塑性中和軸都位于混凝土板內(nèi)；

（3）當(dāng)直接在組合梁的鋼梁上搭次梁及滿鋪鋼板作為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的模板時(shí)，從結(jié)構(gòu)的受力和組合梁板構(gòu)件發(fā)揮承載作用的綜合效益而言，鋼模板設(shè)計(jì)需要遵循“強(qiáng)永久、弱臨時(shí)”的基本原則。

新能源與能源互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展

將新能源與能源互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，利用先進(jìn)的信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)思維，基于高比例清潔能源，形成以電為核心，冷、熱、氣等多種能源橫向互補(bǔ)，以及能源產(chǎn)業(yè)鏈、能源交易市場等縱向耦合的新興能源生態(tài)，營造開放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境，一方面可解決新能源的不匹配難題，另一方面有助于改善能源的生產(chǎn)方式、供應(yīng)體系和發(fā)展模式，是推動(dòng)能源革命和能源安全新戰(zhàn)略的重要舉措。