傾斜結構模板定位施工技術

2012-09-25 07:36:02朱建中宋家武

重慶建筑 2012年4期

朱建中，宋家武

（重慶建工集團橋梁工程有限責任公司重慶 400060）

1 引言

縱觀當今建筑，美學要求越來越突出，異型結構因此越來越多。如在大跨徑斜拉橋梁中，其墩（或塔）柱均設成A形、人形、Y形或倒Y形。這些結構雖然增加了建筑物的美感，卻也給施工增大了難度。近年來，在傾斜狀結構施工中，因措施不當而導致質量和安全事故時有發生，造成了重大的經濟損失和人員傷亡。

施工中，傾斜結構模板的定位尤為困難，原因有二:一是它要承受混凝土灌注沖擊力、部分混凝土及鋼筋自重、施工措施荷載和風雪荷載等所產生的巨大外傾力；二是施工高度較大，經常處于深溝河谷的危險環境等。在模板設計時，施工單位必須把它列為重點進行詳細的計算驗證。而國家相關規定也明確了高大模板專項方案必須通過專家論證，可行后方可進入現場實施。

下面就某大橋工程傾斜結構定位施工技術作初步探討。

2 結構特點

該工程主塔柱單塔截面為空心薄壁矩形，雙塔立面呈Y形。下塔柱尺寸三邊漸變收分，上塔柱最大傾斜角度220，離地高度達到120m。其主要特點如下:

2.1 高

一是結構高度達到120余米，要特別注意施工安全；二是施工精度要求高，結構外表面按照清水混凝土施工。

2.2 大

一是結構尺寸大，混凝土方量大，要按照大體積混凝土技術進行施工（本文不作討論）；二是要求采用大面積模板，必須進行精心設計。

2.3 難

高空傾斜施工定位技術難。

3 施工設計及施工

3.1 腳手架

由于塔柱為從直立收分變為外傾斜狀，原方案中在直立收分段采用在導向模板上設定型型鋼腳手架，而外傾段考慮在已灌注混凝土上設埋件加焊牛腿再擱置定型型鋼腳手架的辦法。該方法有以下缺點:一是浪費材料。雖然技術受力可行，但一個位置的埋件和牛腿最多只能保證兩段鋼筋施工，之后又要重新考慮設置牛腿，使得多用埋件和焊條；二是操作困難。牛腿在焊接時需另外設吊籃架而顯得十分繁瑣，加之懸空操作且操作面窄，使得施工無比困難；三是牛腿埋件剔除后需經過二次處理以確保外觀質量；四是由于重復的設置牛腿和焊接安裝的困難，無形中延長了工期；五是高空懸空作業增加了安全隱患。

在實際施工中，考慮到腳手架上僅有施工人員、小型焊接連接設備，以及腳手架自重，總荷載不超過10kN，因此，采用短邊模板包長邊模板的辦法，把短邊模板適當加固，在其端頭設可拆卸式（也可固定）定型型鋼牛腿，其上再設置腳手架，起到同時解決上述難題的作用（圖1）。

圖1 腳手架平面立面布置圖

其工作原理是:腳手架與牛腿連接后，所有施工荷載通過連接螺栓或焊接縫傳遞給短邊模板，短邊模板靠自身剛度再通過拉桿傳遞給已澆混凝土。由于每一節段模板都可設置牛腿，在模板翻移時，牛腿跟著上翻，既方便又快捷。當然，其連接和受力都需經過嚴格計算，以確保施工的安全。

（1）原模板加固

上一段混凝土完成后，在安裝腳手架前，對短邊導向模板所有拉桿重新緊固。將模板端頭75角鋼與原8號槽鋼背楞加強焊接，角鋼槽內側還可設三角筋板。把需要連接牛腿位置的75角鋼肢加寬，使其連接面不小于200X300mm，保證牛腿與角鋼有4個螺栓連接。此工作在加工模板時就可以完成。

（2）牛腿的設計和連接

牛腿同樣采用75角鋼，將設有￠18螺栓孔的1～1.5cm厚200X300mm鋼板與牛腿角鋼焊接，然后用￠16螺栓與模板端頭加寬位置連接。

（3）腳手架設計和連接

為減輕腳手架自重，腳手架材料均采用輕型型鋼。每層（共三層）操作平臺均鋪焊鋼板網，外側按照安全防護規定設護欄。腳手架寬度60～80cm，高度3～4m，長度6.15m（結構長度加模板厚度）。腳手架立柱腳和牛腿上相應位置設200X300鋼板，兩者用螺栓連接，螺栓孔￠18，螺栓￠16。

3.2 模板

模板設計施工是個重點。由于該工程是按照清水混凝土的要求施工，為求美觀，采用了大塊定制鋼模翻模施工手法，型鋼肋骨、拉桿鎖固、斜拉定位的措施。具體設計見附圖五。

（1）面板

根據結構斷面尺寸和分節段情況，在高度上設為1.5m，長度為塔柱長邊做成6m，短邊做成4m，即短邊包長邊。面板厚度0.6cm，Q235鋼材。必須注意:由于塔柱成外傾斜狀，每一節段內外都有一個高差，外弧需要補充一塊窄模以調節到同一高程。同樣，拉桿也有一個錯位的情況，后面將作說明。采用專用脫模劑。

（2）背肋、背楞

邊框采用普通75角鋼，上下連接處設成偏搭接形式，以防止漏漿。板后背肋采用普通8號槽鋼，間距為30cm。背肋與面板均采取間斷焊，焊縫長5cm，間隔距離15cm。（此步驟注意施焊順序，以防變形）背楞采用雙肢12.6槽鋼，每塊模板設兩道背楞，距離1m。

（3）拉桿

采用45號直徑25mm的圓條鋼，水平間隔距離65～110cm，豎向間隔距離50～100cm，戴雙螺帽。本方法采用了短邊包長邊的辦法，由于結構中空，角部一定范圍不便設拉桿（如果設穿通對拉浪費材料），因此在角部設硬腿加固。對于內外弧模板高度不一造成拉桿錯位的問題，我們考慮了一種通用各種傾斜度的附加背楞的辦法，即在原橫向背楞外層再設一道豎向背楞，拉桿可以任意布置而避免了彎折。

（4）定位拉索定位

斜拉索有兩種，一種是體內，一種是體外。前者適用于施工高度不大，直立收分段；后者適用于外傾段且塔兩肢距離較小的節段。體外拉索主要采用直徑21.5mm鋼絲繩對拉，10t葫蘆收緊，每一個斷面設3～4組。

龍門桿件定位

對于外傾且兩肢塔柱距離較大，采用萬能桿件龍門架定位。龍門架可以起到對拉對頂的作用，確保了混凝土灌注過程中模板變位在控制范圍。龍門架采用雙肢萬能桿件拼裝，支架高34m，寬20m，中間設一道橫聯。對拉鋼絲繩采用2Φ28布置，每根預拉10t力。

（5）模板設計計算

計算荷載

傾斜段澆注高度定為4.5m和3.0m兩種。現按4.5m高度進行模板設計，而一段塔柱（4.5m）混凝土必須在初凝（6～8h）前完成，混凝土方量約為64方，混凝土的澆筑速度v=0.75m/h。

作用于模板的最大側壓力Pmax為:

其中，Pmax為新澆筑混凝土對模板的最大側壓力（kPa）；

h為有效壓頭高度（h）；

v為混凝土的澆筑速度（m/h），一次澆筑高度為

t0為新澆混凝土的初凝時間（h），可按實測確定；

Υ為混凝土的容重（kN/m3），取24kN/m3；

K1為外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻緩凝作用的外加劑時取1.2；

K2為混凝土坍落度影響修正系數，取1.15；

按《公路橋涵施工技術規范》，Pmax=0.22×Υ×t0×K1×K2×v1/2代入數據，則Pmax=0.22×24kN/m3×6×1.2×1.15×0.751/2=37.86kPa。

最不利情況為塔柱外傾最大的時候。塔柱模板外傾角最大為:a=68°，現擬將模板豎直方向范圍以外的混凝土荷載（即外傾部分混凝土荷載）考慮為作用在外傾模板的荷載P2，P1為沿豎直方向AB計算的澆筑混凝土時對模板的側壓力（圖2）。

圖2 最不利情況下混凝土對模板的側壓力

將P1、P2沿上圖所示的x—x方向進行分解，

得出 P=P1Xcos22°+P2Xsin22°=37.86cos22°+21.7Xsin22°=35.1+8.13=43.23kPa

對于外傾模板，根據《路橋施工計算手冊》，傾倒混凝土時對側面模板產生的水平荷載P，由Pmax=K×Υ×h可計算混凝土澆筑時對側模板的側壓力，其中k為外加劑修正系數（不加時，k=1；摻緩凝外加劑時，k=1.2），h為有效壓頭高度。

當傾斜角≥55°時，沿澆筑豎直面計算h，而弧形段模板外傾角為68°。

由v/T=0.75/30=0.025<0.035，其中，v為混凝土澆筑速度（m/h）；T為混凝土入模時的溫度（℃）。則h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9×0.025=0.8425m

則Pmax=k×Υ×h=1.2×24kN/m3×0.8425m=24.264kPa

另外，考慮振搗混凝土時對模板產生的側向荷載4.0kPa，則Pmax=43.23+24.264+4.0=71.49kPa。

模板計算

面板強度驗算

模板的面板被縱橫肋分割成許多小塊方格，根據方格的長寬尺寸比例lx=30cm，ly=20～80cm（Lx、Ly分別為楞方的橫、豎向間距）。

由Lx/Ly=30cm/80cm=0.375<0.5,因此，本模板工程的面板應按單向板考慮。查《路橋施工計算手冊》“模板工程部分”相關章節得:模板在均布荷載作用下的彎矩M=撓度f=，式中l取l和l的最小值。Xy

現取1mm寬的板條作為計算單元，荷載q為:q=71.49kPa×0.001m=71.49N/m=0.07149N/mm

面板的截面系數:W=1/6bh2=1/6×1×62=6mm3

則面板的應力為:σ=Mmax/W=643.41/6=107.2MPa<[σ]=215MPa，滿足規范要求。

面板撓度驗算

[8槽鋼豎楞方計算

豎向楞方間距為300mm，初步設計采用[8槽鋼，支承于橫向外肋上。荷載q=Ph=0.071284×300=21.39N/mm，查《五金手冊》得 [8槽鋼的截面系數W=25325mm3，慣性矩I=1013000mm4，豎向楞方現按2端帶懸臂的（25cm+20cm+75cm+30cm）3跨連續梁結構計算其內力。