定型鋼模板設(shè)計(jì)應(yīng)用與效果分析

楊　臻

(上海隧道工程有限公司，上海　200232)

定型鋼模板設(shè)計(jì)應(yīng)用與效果分析

楊臻

(上海隧道工程有限公司，上海200232)

摘要:簡述了大模板技術(shù)在我國的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀，結(jié)合上海市沿江通道工程實(shí)例，介紹了定型鋼模板工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，針對(duì)大模板施工中存在的難題，提出了針對(duì)性的處理措施，指出采用定型鋼模板施工能夠獲得良好的綜合效益。

關(guān)鍵詞:大模板，應(yīng)力，施工難點(diǎn)，施工效果

大模板是根據(jù)施工要求進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)以及工廠化生產(chǎn)制作的一種適用于混凝土結(jié)構(gòu)工程的大體積模板。采用此種模板工藝施工時(shí)，其機(jī)械化程度高，施工方便，工作效率高，能夠有效地縮短施工工期，且其對(duì)工程質(zhì)量有保證，結(jié)構(gòu)整體好，所澆筑的混凝土表面光滑、平整度高，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益良好。但同時(shí)由于其自身大體積大自重亦會(huì)帶來諸多問題，需要在實(shí)際施工中予以解決［1］。1974年，我國首次對(duì)大模板的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行了研究，并在此之后伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，混凝土大模板技術(shù)的應(yīng)用也越來越多，經(jīng)過多年的研究發(fā)展，大模板的種類也不斷朝著多樣化、實(shí)用化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展。上海沿江通道越江隧道新建工程工標(biāo)浦西岸邊段工程由浦西工作井、設(shè)備段、暗埋段和敞開段組成，共分23個(gè)節(jié)段，其中PX02-PX22車道層側(cè)墻及中隔墻采用大模板施工，設(shè)備段及暗埋段施工范圍為車道層下腋角頂至上腋角底，敞開段施工范圍為底板至第一道混凝土支撐底部下1 m，其他范圍結(jié)構(gòu)采用常規(guī)模板施工。

1　大模板技術(shù)概述

大型模板或者大塊模板均可簡稱為大模板，屬于工具式模板，在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，大模板作為專用模板可以做到重復(fù)周轉(zhuǎn)使用。大模板工藝即在混凝土墻體施工過程中采用各類大型模板施工的模板工藝，其工藝簡單，施工迅速，且能較好的保障工程的質(zhì)量，同時(shí)其對(duì)企業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益還有很大提升。

1.1大模板技術(shù)在我國的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程中，模板工程一直占有著很大比重，因此，在如何提高混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，減少施工成本的問題上，模板工藝的改進(jìn)成為格外重要的一環(huán)，在這種施工需要下，大模板工藝應(yīng)運(yùn)而生。

大模板技術(shù)在我國興起較早，1974年開始，伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的高層建筑陸續(xù)在全國各地開始了建設(shè)熱潮，大模板技術(shù)從此有了用武之地。近些年，大模板施工技術(shù)越來越受重視，且已經(jīng)作為建設(shè)部10項(xiàng)工程新技術(shù)而被大力推廣應(yīng)用，從而使得大模板技術(shù)在我國建設(shè)行業(yè)取得了良好的發(fā)展［2］。

1.2大模板分類

按照應(yīng)用工程的不同，大模板可劃分為:墻壁大模板、電梯井大模板、筒倉大模板、壩體大模板、渠道大模板等;而按照模板的配置設(shè)計(jì)的不同，可劃分為:整間大模板和組合大模板;按照模板制作材料的不同，可劃分為:全鋼大模板和鋁合金大模板;按照其構(gòu)造及組拼方式的不同，可分為:整體式大模板、組合式大模板、拼裝式大模板和筒形模板及用于外墻面施工的裝飾混凝土模板。

2　沿江通道工程中大模板工藝概述

本工程根據(jù)施工要求采用定型組裝鋼模板來對(duì)隧道主體結(jié)構(gòu)中的內(nèi)襯墻與中隔墻的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，整套模板由單塊模板組合而成，每塊模板采用2.5 m寬，1 m高的長方形鋼結(jié)構(gòu)。面板的厚度是6 mm，背部用6號(hào)槽鋼加強(qiáng)。四邊設(shè)計(jì)小模板之間連接的卡爪結(jié)構(gòu)，4個(gè)角上設(shè)計(jì)與模板支架連接的板。6個(gè)單元小模板組成一組大模板。敞開段最長27 m，最多需要9組模板組。

2.1模板設(shè)計(jì)

1)面板設(shè)計(jì)。本模板面板厚度為6 mm，背部采用6號(hào)槽鋼加強(qiáng)。單元模具體由模具面板和模架組成螺栓連接而成，如圖1～圖3所示。通過24個(gè)M16的螺栓把面板總成和模架總成連接后組成大模板組的通用單元體。2)支架設(shè)計(jì)。三角架支撐總成由支撐三角架，支撐主桿，調(diào)整梯形螺桿，支撐調(diào)整座和連接螺栓組成。

圖1　單元模板組

圖2　單元模具架

2.2工況設(shè)計(jì)分析

本工況分析采用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元受力的分析，其中共設(shè)計(jì)三種不同的工況，并根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行不同工況中材料的屬性及受力變形分析。1)工況一:零件的應(yīng)力及應(yīng)變——面板厚度6 mm。分析面板在受到F =10.6 t/m2的載荷工況下，考察面板和架子及其他零件的變形和應(yīng)力，面板的厚度為6 mm，底下的黑色件設(shè)置為剛體固定點(diǎn)。受力約束簡圖見圖4。通過計(jì)算可以看出，面板的最大應(yīng)變?yōu)?.28 mm，位置在面板的兩側(cè)，而中間的應(yīng)變小于0.5 mm，這是由于計(jì)算時(shí)面板的兩側(cè)處于懸臂狀態(tài)，真實(shí)狀態(tài)兩側(cè)是模板組之間相連的，所以單元面板焊接總成滿足應(yīng)力應(yīng)變要求。2)工況二:模擬整個(gè)大模板組吊起時(shí)的強(qiáng)度和硬度。模擬整個(gè)大模板組吊起時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變，尤其是面板與面板之間的應(yīng)力，各個(gè)安裝點(diǎn)、連接點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變。如圖4所示箭頭表示為鉸鏈約束(與地面上接觸，吊起時(shí)繞這個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn))，模具頭部為吊裝點(diǎn)。經(jīng)過計(jì)算，7組單元最大撓度為5.16 mm，面板的最大應(yīng)力4 MPa，滿足整個(gè)大模板組的剛度和強(qiáng)度要求。3)工況三:骨架上拉分析。該工況是模擬在大模板脫模時(shí)個(gè)別單元模板組吸附在側(cè)墻表面，需要強(qiáng)行脫模，假設(shè)需要20 t的拉力才可以把模具組強(qiáng)行脫下，設(shè)定最下面的單元模板面板固定(不是架子，模擬脫模時(shí)面板被混凝土吸住的情況)，大模板組上面加載一個(gè)總拉力20 t，檢驗(yàn)?zāi)０褰M各個(gè)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，尋找最容易發(fā)生破壞的地方。其受力簡圖如圖5所示。從圖5可以看出，整個(gè)大模板組在受到20 t的拉力時(shí)，最大的位移量發(fā)生在頂部，最大應(yīng)力發(fā)生在最下面的底座模架連接處，其強(qiáng)度是滿足要求的。

圖3　單元模板體

圖4　受力約束簡圖

圖5　施加20 t拉力受力圖

3　應(yīng)用分析

3.1工效分析

大模板技術(shù)相比于原來的普通模板施工速度快，效率高，模板整塊起吊安裝、拆除，運(yùn)輸方便，采用大模板施工平均5 d能夠完成一個(gè)節(jié)段的內(nèi)襯墻(約24 m長，5 m高)，而使用普通的模板一般需要1個(gè)星期甚至更多。拆模后，模板清理較為簡便，對(duì)模板造成的損耗也遠(yuǎn)小于普通模板。由于模板的安裝采用機(jī)械與人工配合，節(jié)省了人工的同時(shí)，也提高了模板安裝的速度。在實(shí)際施工中，最初的模板單元拼裝完成后，大模板便進(jìn)入了周轉(zhuǎn)使用的階段。當(dāng)前一節(jié)段的內(nèi)襯墻身混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度時(shí)，下一節(jié)段的墻體鋼筋已基本制作完成，對(duì)大模板進(jìn)行清理、涂刷脫模劑后，便可用于下一節(jié)段的施工，對(duì)施工效率有顯著的提升。

3.2質(zhì)量情況

大模板施工形成的內(nèi)襯墻墻體拼縫整齊、美觀，同時(shí)由于模板本身平整度良好，強(qiáng)度、剛度較大，澆筑成型的墻體表面光滑、尺寸精度也較高，一般無需再次進(jìn)行抹灰作業(yè)。在施工人員操作正確的情況下，墻身混凝土基本無蜂窩麻面、氣孔、裂縫、缺角掉邊等現(xiàn)象出現(xiàn)［3］。

3.3施工難點(diǎn)及處理

1)模板吊裝問題。由于該模板自身體積大，自重大，且需要多次吊裝周轉(zhuǎn)使用，頻繁吊裝存在較大安全隱患，在現(xiàn)場施工中，大模板采用75 t汽車吊進(jìn)行吊裝，且指派專人現(xiàn)場負(fù)責(zé)指揮，并且將吊裝區(qū)域進(jìn)行隔離，提醒周圍作業(yè)人員禁止進(jìn)入。施工現(xiàn)場內(nèi)布置專門的模板堆放場地。

2)高處作業(yè)問題。由于模板拼裝及混凝土澆筑時(shí)需在模板頂部進(jìn)行操作，存在高空作業(yè)危險(xiǎn)，為保障工人生命安全，現(xiàn)場在模板頂部設(shè)計(jì)安裝了操作平臺(tái)，在外接的平臺(tái)基礎(chǔ)上利用腳手管進(jìn)行臨邊圍護(hù)，以保障施工人員的安全，操作平臺(tái)基礎(chǔ)與模板連接如圖6所示。

圖6　模板與操作平臺(tái)連接圖

3)模板定位問題。在模板安裝過程中，首先利用模板地腳螺桿進(jìn)行水平方向調(diào)節(jié)，如圖7所示。

圖7　模板地腳螺桿示意與實(shí)物圖

在現(xiàn)場施工中，采用專業(yè)廠商加工的保護(hù)層墊塊與側(cè)墻主筋固定，使面板緊靠墊塊，以確保結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度，并輔以頂部吊掛鉛垂線方式進(jìn)行垂直度微調(diào)，從而保證結(jié)構(gòu)施工滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求［4］。

4　結(jié)語

上海市沿江通道越江隧道新建工程工標(biāo)浦西岸邊段在定型鋼模板的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了自我創(chuàng)新，施工上進(jìn)行精細(xì)化管理，并且經(jīng)過實(shí)踐證明，定型鋼模板在本工程的應(yīng)用上取得了良好的效果。本項(xiàng)目采用的定型鋼模板，其主要由面板、支架及支撐體系構(gòu)成，并根據(jù)實(shí)際條件對(duì)模板進(jìn)行了數(shù)值模擬，確保其在設(shè)計(jì)上滿足實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)范要求，施工中滿足現(xiàn)場需要。由于大模板其自身的特殊性，在施工中亦會(huì)遇到諸如吊裝頻繁、高處作業(yè)、定位困難等問題，在通過一系列的針對(duì)性措施后，這些問題均得到良好解決。通過現(xiàn)場應(yīng)用表明，采用定型鋼模板施工能夠有效加快施工進(jìn)度，縮短施工工期，且其機(jī)械化程度高，所制作的工程結(jié)構(gòu)整體性好，混凝土表面平整光潔，具有良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn):

［1］賈寶良.大模板安全技術(shù)措施［J］.建筑安全，2003( 10) : 37-39.

［2］左海坤.大模板技術(shù)的應(yīng)用［J］.混凝土，2005( 8) :62-63.

［3］鄒英林，徐曉春.淺談大模板施工及質(zhì)量控制方法［J］.科技信息，2009( 11) :601-602.

［4］劉冠男，王作文，余樂.全鋼大模板在建筑施工中存在的問題及處理［J］.山西建筑，2009，35( 2) :138-139.

Design application and effect analysis of the set-shaped steel formwork

Yang Zhen
( Shanghai Tunnel Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200232，China)

Abstract:The paper briefly describes the development history and research status of large formwork technology in China.Combining with Shanghai coastal channel engineering example，it introduces the design points of the set-shaped steel formwork technology.In light of large formwork construction difficulties，it puts forward corresponding processing measures.In the end，it points out that: applying the set-shaped steel formwork construction technology can achieve great comprehensive efficiency.

Key words:large formwork，stress，construction difficulties，construction effect

作者簡介:楊臻(1983-)，男，碩士，工程師

收稿日期:2015-11-27

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0104-02

中圖分類號(hào):TU755.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A