節(jié)制閘高支模施工搭建工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用

陳曉峰 劉 念 張 亮

節(jié)制閘施工中，經(jīng)常遇到高度10m左右的閘墩、胸墻、排架、工作橋和交通橋。其腳手架、模板的穩(wěn)定性影響施工人員安全，應(yīng)進(jìn)行必要的驗(yàn)算。本文通過(guò)對(duì)江蘇省沭陽(yáng)縣友誼河節(jié)制閘高支模專項(xiàng)施工方案的研究，對(duì)類似工程在高支模專項(xiàng)方案編制、審核起到一定的借鑒作用。

一、工程概況

沭陽(yáng)縣友誼河節(jié)制閘為3孔節(jié)制閘。閘墩每孔凈寬5m，閘邊墩寬1.2m，中墩寬1.5m，高7.5m；底板厚度1m（▽0.0～1.0m）；排架高程從▽8.5～15.7m總高7.2m。分三次澆筑，第一次從底板澆筑至▽0.0，第二次澆筑至▽1.0～8.5m，第三次澆筑至▽15.7m。采用落地式扣件腳手架，從▽0.0搭設(shè)至▽15.7m為高支模工程且承載重量大，為重大危險(xiǎn)源。

二、腳手架的設(shè)計(jì)及校核計(jì)算

1.工作橋腳手架

（1）基本參數(shù)

鋼管類型為Φ48×2.7mm。

按一孔工作橋最大荷載作為控制計(jì)算，每孔工作橋鋼筋混凝土重30t，腳手架步距1.5m，立桿縱距L1=0.6m，橫距L2=0. 6m，總高度14.7m，工作橋混凝土數(shù)量為7.5m3。

（2）荷載計(jì)算

①模板荷載：q1=0.35kN/m2

②鋼筋混凝土荷載： q2=25kN/m3×7.5m3/（4.2m×6.5m）=6.8kN/m2

③施工荷載：q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2

主要荷載為施工人員、施工設(shè)備荷載、振搗荷載和風(fēng)荷載。施工人員、料具及施工設(shè)備按1.0kPa計(jì)算，振搗混凝土產(chǎn)生的荷載按2.0kPa計(jì)算，考慮幾種荷載同時(shí)作用的概率很小，為此取2.5kN/m2進(jìn)行計(jì)算：Q=6.8+0.35+2.5=9.65kN/m2。合計(jì)：P=9.65×4.2×6.5=263.45kN/m2。

（3）立桿穩(wěn)定性計(jì)算

鋼管位于內(nèi)、外鋼楞十字交叉處，每區(qū)格面積為0.6×0.6=0.36m2。

縱橫向間距均為60cm，計(jì)每孔為96根立柱，各立柱間布置雙向水平撐，上下共兩道，并在垂直方向設(shè)置連續(xù)剪刀撐。

按強(qiáng)度計(jì)算每根立桿承受荷載為 N=263.45/96=2.74kN。

使用Φ48×2.7mm鋼管，A=384mm2。

鋼管的回轉(zhuǎn)半徑為：15.9mm。

支柱的受壓應(yīng)力為：σ=N/A=2.74/384×1000=7.14N/mm2。

按穩(wěn)定性計(jì)算支柱的受壓應(yīng)力為：長(zhǎng)細(xì)比λ=L/i=1500/15.9=94.3。

查表得φ=0.634。

σ=N/φA=2.74×1000/（0.634×384）=11.25N/mm2＜f=205N/mm2，滿足要求。

（4）橫桿的強(qiáng)度和鋼度驗(yàn)算

因?yàn)楣ぷ鳂蛴兴母髁海髁旱鬃饔迷跈M桿上，梁底有兩根檁條，視作承受集中荷載。每根梁荷載71.45×6.5=464.4kN，P=464.4/96=4.84。

橫桿最大應(yīng)力：

橫桿最大擾度：

2.胸墻腳手架

（1）基本參數(shù)

按一孔胸墻最大荷載0.7m×3m×6.5m作為樣本進(jìn)行計(jì)算，每孔胸墻鋼筋混凝土重25.87t，腳手架步距1.5m，立桿縱距L1=0.5m，橫距L2=0.5m，總高度7.5m。

（2）荷載計(jì)算

①模板荷載：q1=0.35kN/m2

②鋼筋混凝土荷載：q2=25.87×10kN/m3/（1.3m×5.0m）=39.8kN/m2

③施工荷載：q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2

主要荷載為施工人員、施工設(shè)備荷載、振搗荷載和風(fēng)荷載。施工人員、料具及施工設(shè)備按1.0kPa計(jì)算，振搗混凝土產(chǎn)生的荷載按2.0kPa計(jì)算，考慮幾種荷載同時(shí)作用的概率很小，為此取2.5kN/m2進(jìn)行計(jì)算：q=39.8+0.35+2.5=42.65kN/m2。合計(jì)：P=42.65×1.3×5.0=277.23 kN/m2。

（3）立桿穩(wěn)定性計(jì)算

縱向間距為40m，橫向間距為60cm.雙排鋼管共計(jì)44根。

每根立桿承受荷載為：277.23/44=6.3kN。

使用Φ48×2.7mm鋼管，A=384mm2管的回轉(zhuǎn)半徑為：15.9mm。

每孔采用44根，各立柱間布置雙向水平撐，上下共兩道，并在垂直方向設(shè)置連續(xù)剪刀撐。

按強(qiáng)度計(jì)算，支柱的受壓應(yīng)力為：σ=N/A=6.3/384×1000=16.40N/mm2。

按穩(wěn)定性計(jì)算支柱的受壓應(yīng)力為：長(zhǎng)細(xì)比λ=L/i=1500/15.9=94.3。

查表得φ=0.634。

σ=N/φA=6.3×1000/（0.634×384）=25.88N/mm2＜f=205N/mm2，滿足要求。

（4）橫桿的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算

把胸墻視作為梁，胸墻底作用在橫桿上，墻底有兩根檁條，視作承受集中荷載。每個(gè)胸墻荷載：P=277.23/44=6.3kN。

橫桿最大應(yīng)力：

橫桿最大擾度：

3.墩墻模板

墩墻施工其高度均為7.5m。混凝土對(duì)模板產(chǎn)生的側(cè)向壓力及相關(guān)數(shù)值是否滿足要求，進(jìn)行以下設(shè)計(jì)計(jì)算。

（1）混凝土對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)向壓力位置

采用江正榮編著的《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》中混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力計(jì)算。采用內(nèi)部振搗器時(shí)，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，可按下列兩式計(jì)算，并取兩式中的最小值：

式中：

F—新澆筑混凝土對(duì)模板的最大側(cè)壓力（kN/m2）；

γc—混凝土的重力密度（kN/m3）；

to—新澆混凝土的初凝時(shí)間（h），可按實(shí)測(cè)確定。當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用計(jì)算；

T—混凝土的溫度（°）；

V—混凝土的澆灌速度（m/h）；

β1—外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；

β2—混凝土塌落度影響修正系數(shù)，當(dāng)塌落度小于30mm時(shí)取0.85，坍落度50～90mm時(shí)取1.0，坍落度110～150mm時(shí)取1.15（見(jiàn)圖1）。

（2）墩墻模板受混凝土側(cè)向壓力值計(jì)算

①側(cè)向壓力值計(jì)算

β1=1.0，β2=0.85，T=10，H=7.5

F=0.22γctoβ1β2V0.5=0.22×25×1.58=59.09 kN/m2

F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2

按取最小值，故最大側(cè)壓力為59.09kN/m2。

有效壓頭高度h=F/γc=59.09/25=2.36m。

②拉桿選用

拉桿承受的拉力：設(shè)橫向間距0.5m，縱向間距0.7m。

P=59.09×1000×0.5×0.7=20681N。

查表8-10得P=21000N。

查表8-11選用M16，其容許拉力為24500N＞20681N。

③排架計(jì)算（H=7.2m）

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.2=180kN/m2

根據(jù)以上公式計(jì)算，最大側(cè)壓力為59.09kN/m2，有效壓頭高度h=59.09/25=2.36m，因此，排架拉桿同于墩墻，選用M16。

（3）墩墻模板強(qiáng)度、剛度校核計(jì)算

1）木模厚度和內(nèi)模截面、間距

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2及F=γcH=25×7.2=180kN/m2

取二者中較小值F=59.09kN/m2作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，并考慮傾倒混凝土產(chǎn)生水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值4kN/m2，分別取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2、1.4，則作用于模板的總荷載：

q=59.09×1.2+4×1.4=70.91+5.6=76.51 kN/m2

2）木模計(jì)算

①?gòu)?qiáng)度計(jì)算

設(shè)木模板的厚度為13mm

W=1000×132/6=2.82×104N3/mm

M=l/10·ql2= l/10×64.68×0.22=0.26kN·m（l為內(nèi)模計(jì)算跨距，l=0.2m）

模板截面強(qiáng)度δ=M/W=0.26×106/2.82×104=9.2＜13N3/mm。

故滿足強(qiáng)度要求。

②剛度驗(yàn)算

剛度驗(yàn)算采用標(biāo)準(zhǔn)荷載，同時(shí)不考慮振動(dòng)荷載作用，則：

q2=59.09×1=59.09kN/m2

I=l/12bh3=l/12×8×43=4.27×105

W=59.09×2004/（150×9×103×4.27×105）=0.16＜[W]=L/400=400/ 400=1.0

故，剛度滿足要求。

（4）內(nèi)模計(jì)算

設(shè)內(nèi)模截面50mm×100mm，W=8.33×104，I=4.27×105，外間距200mm。

①M(fèi)=l/10·ql2=l/10×59.09×0.22=0.236kN·m

δ=M/W=0.236×106/8.33×104=2.83＜13kN/m2

②剛度驗(yàn)算

內(nèi)木模撓度由式得：

W=59.09×2004/（150×9×103×4.27×105）=0.16＜[W]=L/400=400/400=1.0

剛度滿足要求。

三、結(jié)論

圖1 混凝土對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)向壓力示意圖

表1 各部位鋼管腳手及模板核算成果匯總表

通過(guò)以上對(duì)工作橋、胸墻、墩墻腳手架及模板整體穩(wěn)定性的計(jì)算，從中選取了相關(guān)材料的型號(hào)、尺寸，從而避免發(fā)生跑模、炸模和失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，確保整體施工安全，有效保證工程質(zhì)量的合同目標(biāo)。另外，要注重以下幾點(diǎn)： （1）腳手架縱橫距離要嚴(yán)格按方案進(jìn)行布設(shè)，其間距不得大于方案所明確的數(shù)據(jù)，同時(shí)在滿堂腳手架搭設(shè)的高度上，按三層進(jìn)行布設(shè)的，因此，剪力撐布設(shè)嚴(yán)格按不小于三層進(jìn)行布設(shè)，防止產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。（2）木制的內(nèi)外模距離、尺寸必須按方案實(shí)施，防止產(chǎn)生剛度不夠而出現(xiàn)跑、炸模的問(wèn)題。（3）方案所涉及的其他數(shù)據(jù)尺寸，在施工中一定不小于方案明確的布設(shè)數(shù)據(jù)。（4）成果匯總表，見(jiàn)表1■