全自洋，王 瑞，黃小軍

中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040

污水處理廠作為市政工程和環(huán)保領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在凈化城市環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。同時(shí)，污水處理廠作為一種特殊類型的綜合體，設(shè)計(jì)理念、工藝與傳統(tǒng)工程大不相同，多專業(yè)交叉融合，土建與設(shè)備交織，帶來結(jié)構(gòu)方面的復(fù)雜設(shè)計(jì)。因設(shè)備運(yùn)行需求和水力流態(tài)控制，存在很多圓形、弧形、空心圓柱等異型結(jié)構(gòu)，較常規(guī)施工多有不便。

針對異型結(jié)構(gòu)施工，行業(yè)內(nèi)的常規(guī)做法是采用定制鋼模，但定制鋼模造價(jià)過高，且異型鋼模不具備通用性，一般不能重復(fù)利用，造成資源和資金極大的浪費(fèi)。在施工中也有采用木模和木方進(jìn)行散拼的做法，但多為班組憑經(jīng)驗(yàn)自行施工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，缺乏系統(tǒng)性的理論和指導(dǎo)，存在盲目施工和施工效果差的現(xiàn)象。

文章結(jié)合污水處理廠施工中遇到的異型結(jié)構(gòu)實(shí)例，對異型結(jié)構(gòu)木模體系的設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行分析和總結(jié)，旨在為異型結(jié)構(gòu)模板提供設(shè)計(jì)思路和施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

江夏污水處理廠一期工程位于武漢市江夏區(qū)，建設(shè)規(guī)模為15萬t/d。其中二沉池為污水二級處理的重要構(gòu)筑物，采用圓形薄壁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，共設(shè)置4座，水池內(nèi)徑均為48m，壁厚300mm，高5.2m。

葛華污水處理廠三期工程為人造坡地式地下污水處理廠，建設(shè)規(guī)模4萬t/d。為提高污水的可生化性，設(shè)置2座水解酸化池，因脈沖布水器設(shè)備運(yùn)行需求，水解酸化池內(nèi)設(shè)置8座空心圓筒狀配水筒。配水筒內(nèi)徑為1.5m，壁厚250mm，高度為7.8m。

2 圓形結(jié)構(gòu)模板設(shè)計(jì)方案

2.1 木模工藝方案對比

目前常用的木模工藝主要有兩種：一種是利用普通木模板“以直代曲”進(jìn)行擬合拼裝；另一種是利用定制弧形木模。木模工藝方案對比如表1所示。

表1 木模工藝方案對比

2.2 木模板擬合精度分析

一般項(xiàng)目施工中，考慮模板通用性及經(jīng)濟(jì)性，通常采用常規(guī)模板（1830mm×915mm）以直代曲進(jìn)行擬合拼裝，但擬合線型與設(shè)計(jì)線型必然會(huì)存在一定的偏差，當(dāng)偏差在允許范圍內(nèi)，則認(rèn)為線型擬合良好；當(dāng)偏差超出范圍時(shí)，則要根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性及外觀需求綜合判斷可否使用。

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50334—2017），池壁軸線偏移允許偏差為8mm，即擬合曲線與設(shè)計(jì)線型偏差＜8mm可滿足規(guī)范要求，如圖1所示。

圖1 擬合線型

擬合計(jì)算公式如下：

聯(lián)立以上二式，則R≥13077mm，即當(dāng)圓形結(jié)構(gòu)半徑R≥13.077m時(shí)，采用常規(guī)模板尺寸進(jìn)行曲線擬合可完全滿足結(jié)構(gòu)精度要求；當(dāng)R＜13.077m時(shí)，則需將模板裁剪成小尺寸（為便于施工，易將模板等分），方可滿足擬合要求。

2.3 工藝選擇

對于直徑為48m的大型二沉池圓形結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)模板（1830mm×915mm）以直代曲，較設(shè)計(jì)線型偏差較小，可滿足精度要求；在工效方面，定制模板單一且安裝工效略高，但由于模板幅面較大，需2人共同安裝，綜合對比工效基本相同；在價(jià)格方面，定制弧形木模價(jià)格遠(yuǎn)高于普通木模。因此，二沉池采用常規(guī)木模進(jìn)行拼裝施工。

對于內(nèi)徑為1.5m的空心圓筒，因直徑過小，采用常規(guī)木模施工困難，通常采用3mm膠合板和木龍骨進(jìn)行組合安裝，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，成型效果差。采用定制木模安裝方便，模板拼縫少，成型質(zhì)量及外觀優(yōu)良；可采用兩套模板進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用，模板需求量小、經(jīng)濟(jì)可行。因此，為保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，水解酸化池配水筒采用定制木模進(jìn)行施工。

3 大型圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

3.1 模板及支撐體系設(shè)計(jì)

模板采用常規(guī)覆面木膠板（1830mm×915mm），厚度為15mm。模板豎楞可采用鋼管或木方，橫向主楞采用鋼筋或鋼管。因弧形結(jié)構(gòu)采用普通鋼管主楞無法適應(yīng)線型，通常只能采用定型弧形鋼管進(jìn)行加固，但造價(jià)相對較高。鋼筋因其具有較高的抗拉強(qiáng)度和易彎曲的特性，對圓形結(jié)構(gòu)模板加固有著天然的優(yōu)勢。

二沉池模板體系豎向背楞采用φ48mm鋼管，側(cè)墻模板采用M14止水拉桿、山型卡與雙鋼筋主楞拉結(jié)緊固。止水拉桿縱、橫向間距為450mm，豎向鋼管間距150mm，主楞鋼筋采用φ22HRB400E鋼筋。模板支撐體系如圖2、圖3所示。

圖2 池壁模板設(shè)計(jì)圖（剖面圖）

圖3 池壁模板設(shè)計(jì)圖（立面圖）

3.2 受力計(jì)算

（1）模板受力計(jì)算。模板強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算如下：

式中：Mmax為最大彎矩值；σ為抗彎強(qiáng)度值；W為截面模量；f為抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ν為撓度值。

經(jīng)過驗(yàn)算可知，面板強(qiáng)度及撓度滿足要求。

（2）豎楞受力計(jì)算。鋼管豎楞強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算如圖4、圖5所示。

圖4 鋼管豎楞彎矩圖（單位：kN·m）

圖5 鋼管豎楞變形圖（單位：mm）

經(jīng)過驗(yàn)算可知，鋼管強(qiáng)度及撓度滿足要求。

（3）雙鋼筋主梁受力計(jì)算。雙鋼筋強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算如圖6、圖7所示。

圖6 雙鋼筋彎矩圖（單位：kN·m）

圖7 雙鋼筋變形圖（單位：mm）

經(jīng)過驗(yàn)算可知，雙鋼筋強(qiáng)度及撓度滿足要求。

3.3 模板體系施工

施工前，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，對池體擬合精度進(jìn)行分析，然后采用常規(guī)覆面木膠板（1830mm×915mm），外池壁線型偏差為4.36mm，內(nèi)池壁線型偏差為4.42mm，精度滿足要求。

池壁鋼筋綁扎完成后，對內(nèi)外模板進(jìn)行排版設(shè)計(jì)，使內(nèi)外模板中心法線對齊。因內(nèi)外池壁直徑不同，會(huì)存在約1cm的模板差，外側(cè)模板接縫處用1cm厚的木膠板切割成15mm寬的小木條進(jìn)行拼接。因弧形模板是多段拼接而成，接縫處極易漏漿，影響池體質(zhì)量及觀感，需在弧形墻體內(nèi)側(cè)的模板接縫處粘貼透明膠帶，在外側(cè)釘木條進(jìn)行加固。

立模完成后，安裝對拉體系。主楞鋼筋的搭接應(yīng)有足夠的長度，至少應(yīng)跨兩個(gè)山型卡，且鋼筋末端應(yīng)伸出山型卡10cm以上，防止模板體系局部受力過大導(dǎo)致鋼筋脫落。鋼筋搭接應(yīng)避免在同一個(gè)斷面，以保證加固體系良好的受力性能，并在模板外側(cè)間隔2m左右設(shè)置拋撐，增強(qiáng)模板體系的安全性并防止混凝土澆筑過程中發(fā)生偏斜。二沉池成型效果如圖8所示。

圖8 二沉池成型效果

4 小型空心圓筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

4.1 模板及支撐體系設(shè)計(jì)

水解酸化池配水筒為空心圓筒結(jié)構(gòu)，分兩次澆筑，單次澆筑高度為4m，采用定型木模施工，板厚22mm，板幅2m，用2塊半圓模板拼裝而成。接縫處采用凹凸槽設(shè)計(jì)，防止漏漿。模板外側(cè)采用Q235鋼帶加固，鋼帶寬4cm、厚2mm，間隔25cm設(shè)置一道；模板內(nèi)側(cè)采用尺寸為40mm×80mm的方木組成米字形支撐，間隔50cm一道。支撐體系如圖9所示。

圖9 模板及支撐體系

4.2 受力計(jì)算

（1）模板受力計(jì)算。圓筒模板強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算如圖10、圖11所示。

圖10 圓筒模板彎矩圖（單位：kN·m）

圖11 圓筒模板變形圖（單位：mm）

經(jīng)過驗(yàn)算可知，面板強(qiáng)度及撓度滿足要求。

（2）鋼帶驗(yàn)算。鋼帶聯(lián)結(jié)處采用2個(gè)M16普4.8級螺栓進(jìn)行聯(lián)結(jié)固定，計(jì)算如下。

鋼帶拉力計(jì)算公式：

式中：T為鋼帶拉力；Rmax為最大剪力；D為圓筒外徑。

鋼帶強(qiáng)度計(jì)算公式：

式中：σ為抗拉強(qiáng)度；B為鋼帶寬度；t為鋼帶厚度。

螺栓設(shè)計(jì)拉力計(jì)算公式：

式中：Nt為螺栓設(shè)計(jì)拉力；n為螺栓數(shù)量；Ae為螺栓有效截面積；ftb為螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

經(jīng)過驗(yàn)算可知，鋼帶及螺栓強(qiáng)度滿足要求。

4.3 模板體系施工

模板安裝前，在地面彈出模板線，并對標(biāo)高進(jìn)行校核，用砂漿抹平，確保模板底部標(biāo)高一致，進(jìn)一步可保證模板垂直度。模板安裝時(shí)，上下兩塊模板須錯(cuò)位安裝，保障結(jié)構(gòu)良好的受力性能。合模完成后，采用鋼帶對模板進(jìn)行加固。鋼帶安裝前，用鋼尺對模板進(jìn)行測量，根據(jù)設(shè)定的間距在模板四個(gè)方向上劃出安裝刻度線，確保鋼帶安裝水平、受力均勻。模板水平接縫的位置必須用鋼帶進(jìn)行加固覆蓋，防止接縫處出現(xiàn)漏漿或錯(cuò)縫。擰緊螺絲時(shí)，必須保持每個(gè)螺絲的擰緊度保持一致，最好由同一人進(jìn)行擰緊，防止鋼帶松緊度不一致導(dǎo)致局部受力過大而爆模。模板加固完成后，在模板底部四周抹砂漿進(jìn)行封堵，防止底部漏漿。盡管該模板受力體系比較明確，但細(xì)節(jié)施工不當(dāng)極易造成爆模等情況，為增強(qiáng)模板體系的穩(wěn)定性和施工安全，在鋼帶外側(cè)設(shè)置若干方木及鋼管進(jìn)行二次支撐加固。配水筒成型效果如圖12所示。

圖12 配水筒成型效果

5 結(jié)束語

文章結(jié)合污水處理廠大型圓形水池及小型空心圓筒結(jié)構(gòu)木模工藝施工實(shí)例，對普通木模和定制木模的工藝進(jìn)行了介紹及分析，結(jié)合受力分析和施工關(guān)鍵控制點(diǎn)，對不同木模工藝的適用范圍進(jìn)行了探討，旨在為圓形及其他異型結(jié)構(gòu)模板提供設(shè)計(jì)思路和施工經(jīng)驗(yàn)。通過運(yùn)用木模工藝，結(jié)構(gòu)觀感質(zhì)量良好，在質(zhì)量、造價(jià)、工期等方面取得了良好的效果。