长江传媒大厦位于武汉市江岸区后湖大道, 建筑面积14.7万m², 地下2层, 共48层;建筑面积约3.8万m², 基础结构形式为承台地梁筏板, 板厚600mm, 承台高度有900, 1 200, 1 500, 2 800mm等型号, 其中开挖深度≤1 500mm的承台采用预制混凝土薄板胎模制作及安装技术, 面积约2 720m², 占总数的75%。

技术特点:①薄板尺寸标准化程度较高, 实现了构件的定型和工厂标准化生产;②安装工艺简便, 工艺流程清晰易懂, 操作人员易于掌握;③采用预制薄板, 安装空间及占地空间较小、安装速度快, 安装偏差小、牢固可靠;④安装完成后, 防水施工面无须粉刷, 可直接进行防水施工;⑤装配式安装使得现场大大减少了湿作业, 采用预制薄板比砌块节约大量材料, 符合绿色施工要求。

适用范围:适用于开挖深度≤1.5m的中小承台或者基础梁以及类似地下埋入构件的胎模施工。

遵循工厂化生产和装配式安装的基本思路, 通过对大量工程承台和基础梁尺寸的统计, 并考虑软弱土层不利影响, 对预制混凝土薄板胎模的板块设计进行优化, 确定合理尺寸模数和拼接方式, 设计出一种尺寸与质量合适、安装方便、拼接牢固、可批量进行工厂化生产的混凝土薄板。混凝土薄板通过平面钢片、转角钢片与预留孔眼进行螺栓连接, 以快速简便的方式在垫层上装配, 形成具有一定强度和刚度, 能够承受侧向水土压力且内面光滑的混凝土构件胎模。胎模体系的拼装如图1所示。

预制混凝土薄板制作流程:设计尺寸→设计配筋、混凝土强度等级→成型阶段 (模具制作、钢筋绑扎、混凝土浇筑、振捣、预留孔洞) →养护阶段 (送入蒸养室、静停、升温、恒温、降温) →脱模阶段 (移出蒸养室、脱模、堆放) 。

预制混凝土薄板安装流程:定位放线→运送至现场→拼装转角薄板呈L形→安装钢片及螺栓加固→根部植入定位钢筋→顺序安装→校正安装完成的胎模垂直度、平整度、尺寸→水泥浆灌缝→分层人工回填外侧土方→防水施工。

确定预制混凝土薄板规格前应对图纸中的承台规格做全面统计, 再根据单块板质量、承台侧面高度等各项指标综合确定尺寸, 做到一种规格多种承台使用。若基础承台深度较大, 需要计算侧向土压力, 再根据单块板的尺寸, 以单向板或双向板的理论设计板厚和配筋。

根据工程地质勘察报告获得施工场地土质成层情况, 考虑最不利状态, 选用淤泥质土作为计算依据。选取其中1块预制混凝土薄板建立相应尺寸的有限元计算模型, 根据工程实际工况进行约束。计算土体对预制混凝土薄板的侧压力及板内最大荷载作用, 根据计算结果对预制混凝土薄板进行配筋。

采用ANSYS有限元软件对不同规格承台尺寸的预制混凝土薄板进行计算, 获得板内最大荷载作用, 选取其中1块尺寸为1 500mm×900mm×50mm的预制混凝土薄板绘制板内荷载作用云图。对预制混凝土薄板内单元弯矩取合力获得板内最大弯矩为0.664k N·m, 对其进行配筋计算, 配筋情况为φ4@120双向布置。采用上述方法, 分别对不同规格尺寸的承台进行计算, 根据计算结果配筋, 计算结果及配筋如表1所示。

此外, 规格确定不仅要满足承台尺寸要求, 还要有合理的模数要求, 使一个承台预制胎模完整拼装, 而且在单块预制薄板质量上要考虑工人施工时方便, 满足单块预制板在2~3人施工时具有可操作性。

在制作薄板胎模时, 其模板制作质量将直接影响到预制板的成型质量, 对后续的拼接安装质量起到决定性作用。因此, 要根据预制板块的规格精确制作用于流水线的模板。

连接钢片及连接螺栓的规格尺寸为:平面连接钢片300mm×80mm×5mm, 钢片上有对称分布的2个洞口, 洞口直径10mm。2个洞口圆心相距100mm, 螺栓直径10mm, 螺母洞口直径10mm。当板块单块长>2 000mm时, 平面连接钢片设置4个螺栓孔, 中间2个螺栓孔圆心相距100mm, 两边分别在圆心相距50mm处各设置1个螺栓孔, 圆心距离连接钢片边缘50mm, 连接钢片如图2所示。

弯角连接钢片长300mm, 高80mm, 厚5mm, 钢片上有对称分布的2个洞口, 洞口直径10mm, 2个洞口圆心相距100mm, 弯角连接钢片的弯折角度由相邻2块预制混凝土薄板连接形成的角度确定, 沿钢片中线弯折成弯角连接钢片。螺栓直径10mm, 螺母洞口直径10mm。

当预制混凝土薄板高度≤1 000mm时, 每块混凝土薄板预留4个螺栓孔, 螺栓孔对称、均匀布置在预制混凝土薄板的4个角, 螺栓孔口直径10mm, 每个螺栓孔口圆心距预制混凝土薄板每个角的2个邻边的距离均为50mm。当薄板高度为1 000~1 500mm时, 每块混凝土薄板预留6个螺栓孔, 薄板连接边每边3个, 对称分布。孔眼的留置位置和数量要精确控制, 确保相邻2块板之间的孔眼和连接钢片相吻合, 从而确保板块拼接装配时方便钢片和螺栓连接固定。

预制薄板的流水线生产采用机组流水法。预制构件在流水线上进行工厂化生产, 混凝土的制备在构件工厂的搅拌站内进行。浇筑前对模板的几何尺寸、标高、轴线位置进行复核以确保无误。浇筑时, 采用表面振动器将混凝土振捣密实。在浇筑和振捣混凝土时, 应观察模板、支撑、预埋件和预留孔洞的情况, 如发现有变形、位移和漏浆, 应马上停止浇筑, 并在修整完好后再继续进行浇筑。

预制构件在工厂采用蒸汽养护, 混凝土薄板应在浇筑完成后12h内进行养护。为了避免蒸汽温度骤然升降引起混凝土构件产生的裂缝变形, 须严格控制升温和降温的速度。

预制混凝土薄板结构示意如图3所示。

混凝土薄板安装如图4所示。

严格控制承台开挖尺寸, 承台坑要略大于承台尺寸, 承台坑底边线距离承台边线200mm左右, 在满足工人施工要求的同时尽量保持原土层, 避免回填量过大, 从而减少回填土对薄板胎模的侧压力。

垫层平整度将直接影响到混凝土薄板的安装质量以及后期承台浇筑的质量。在控制垫层平整度时, 先埋入小木桩并抄送标高确保垫层浇筑成型后, 其平整度偏差在±5mm。垫层外边线须超出承台100mm。

在垫层上弹出相关控制线, 弹出构件安装内边线, 并做出标记, 为混凝土薄板安装定位提供标准线。

预制混凝土薄板采用装配式拼装。在拼装时, 应先安装转角处混凝土薄板, 糙面置于外侧, 光面置于内侧。将混凝土薄板放置在施工员放设的承台边线上, 操作工人将2块薄板预拼成90°, 通过转角连接钢片用螺栓拧紧固定。根部植入φ10定位钢筋将薄板根部固定在垫层上, 防止胎模形成整体前外力将已安装的混凝土薄板推倒。再按一定顺序依次将混凝土薄板安装完成。

安装完成之后, 进行校正。按照规范检查连接钢片螺栓连接的质量、垂直度、整体平整度、阴角方正度、内空尺寸。验收合格后, 对于薄板接缝较大的部位用1∶2水泥砂浆封堵, 并进行外侧土方人工回填。

混凝土薄板胎模施工完成后可进入下一道工序施工, 即可进行承台的混凝土浇筑。

本工法中板块的制作均采用工厂化制作, 制作过程无需过多劳动力。劳动力主要集中于安装过程, 平均4名工人1个工日可安装约60m²胎模。

1) 运输时须分层隔开放置, 每次装载不得超过5块。上下货处有专职人员指挥塔式起重机。

2) 进入现场施工人员均必须穿戴劳保用品, 配戴安全帽, 遵守建筑安全操作规程和有关规定, 各安全口挂设警示牌。

3) 所有机械操作人员均应有操作合格证, 设备要经常检查, 不可带病运转使用。

4) 安装搬运必须2人同时作业, 4人一组安装。不得独自搬运、安装板块。

5) 严禁坑边大量堆放材料, 基坑边严格按要求控制荷载, 避免堆积物品过高导致基坑塌方或砖垮塌。

6) 施工过程中承台坑边2m范围内严禁堆载。

采用预制装配式安装施工比传统砖胎模施工技术缩短工期约25%。成本方面, 按1m²薄板胎模展开面积计算, 直接成本平均节约78.94元/m²。

该施工技术将预制混凝土薄板通过平面钢片、转角钢片与预留洞眼进行螺栓连接, 能够快速简便地在承台或基础梁垫层上安装, 为地基基础工程中的承台、基础梁和类似地下构件的模板施工提供了一种组装简洁、施工效率高的方法, 在保证施工质量的同时, 缩短了工期, 降低了成本。