LET-D復合模板運用于市政綜合管廊施工中的應用研究

雷中平

摘 要 成都天府國際機場市政土建工程三標段綜合管廊工程在國內首次采用LET-D模板技術，相比其他材質模板，這種模板具有輕質高強、周轉次數多、綠色環(huán)保、混凝土成型外觀質量高的特點。以該項目為例，對LET-D模板應用中的工期效益、經濟效益、關鍵問題及解決方案、施工工藝流程、可靠性進行了分析和研究，為后續(xù)LET-D模板推廣應用提供理論支撐。

關鍵詞 市政工程;綜合管廊;LET-D復合模板;混凝土;施工

引言

LET-D復合材料組合模板是一種新型、綠色、低能耗、高品質的建筑模板，是繼木模、鋼模、鋁模后中國模板行業(yè)第四代節(jié)能環(huán)保的高新技術產品，具有輕質高強、易于施工、脫模容易、操作簡單、可塑性好等優(yōu)點，能夠充分滿足市政綜合管廊結構對于混凝土外觀質量的極高要求。LET-D模板施工方法和質量控制是保證管廊工程混凝土成型質量的關鍵，直接影響管廊工程施工質量，結合工程應用實例分析和研究上述關鍵技術。

1工程概況

成都天府國際機場市政土建工程三標段綜合管廊工程是四川省一號重點民生工程。施工段包括東西干道管廊和東三環(huán)管廊2段道路，總長度1826.7m，基坑深度15.29m～23.9m，管廊內含電力、信號、燃氣、自來水等管道，并配置進排風口、吊裝口、逃生口、高壓細水霧泵房、立交T口等節(jié)點。管廊斷面按照單層兩倉形式布設，最大結構尺寸為6.9米寬、4.95米高，標準斷面采用矩形斷面。

綜合管廊結構主體采用明挖現澆法施工，縱向施工分段按照變形縫綜合結構特點考慮，每段25～30m，減少施工接縫，有效提高結構防滲漏的能力。明挖現澆管廊施工法常采用模板有：木模板、鋁合金模板、鋼模板、LET-D模板等。該項目標準段廊身擬采用LET-D模板澆筑成型;非標準段、口部結構、特殊結構等可采用鋼模板成型，端部采用木模板[1]。

2LET-D模板產品優(yōu)點對綜合管廊工程的適用性分析

2.1 材料特性

傳統(tǒng)高分子塑料模板如PVC模板攤銷費用較低，為膠合板的30%～50%，具有價格優(yōu)勢，但強度與剛度較小，表面硬度差。而LED-T復合材料是纖維增強聚合物領域的一種新型高級輕量化材料。以熱塑性樹脂為基體，以長纖維（主要為玻璃纖維和碳纖維，10～25mm）為纖維增強材料的熱塑性復合材料，模板剛度較PVC板提高7.25倍，彈性模量提高4倍，能充分解決以往高分子模板多次周轉后模板繞曲變形等缺點。

2.2 組裝性能

通過快捷組裝手柄（插銷）的使用，相較鋼模板插銷安裝難度大，快捷組裝手柄能快速連接和鎖定，LET-D復合模板具備快速拼裝特性，由此帶來的工效、人工指標優(yōu)勢。

2.3 綜合管廊鋼筋混凝土結構特點和明挖現澆法施工條件分析

（1）綜合管廊主要采用單/多艙+單/多層橫截面布置形式，內艙輪廓多為直線型，并且側墻和頂板外表面通常需敷設防水層或保護層，因此，內外層混凝土外觀質量總體要求是表面平整、順直、方正，為LET-D復合模板大幅面整體組拼創(chuàng)造了使用條件。

（2）同類型橫截面縱向成段延伸，更有利于穿行式移動模架用于混凝土澆筑。

（3）從成本控制考慮，明挖基坑寬度通常有一定限制，側墻外模板支撐體系安裝空間狹窄，LET-D復合模板大幅面組拼后，整體自穩(wěn)性強、剛度較高，相較傳統(tǒng)竹膠木模板、鋼模板體系，相應支撐體系可大為簡化，能有效克服該不利施工條件。

2.4 LET-D復合模板產品優(yōu)點對綜合管廊工程的適用性分析

通過對LET-D復合模板數值模擬、仿真分析、工藝試驗等手段，確定模板體系最優(yōu)方案（移動模架），充分發(fā)揮LET-D復合模板產品優(yōu)點（大幅面整體組拼和快拆），滿足綜合管廊工程在混凝土結構外觀質量、施工效率、防水功能等方面的要求。

3LET-D模板系統(tǒng)關鍵工藝方案

3.1 LET-D復合模板+移動模架方案設計

（1）模板體系的構成

為了解決傳統(tǒng)模板工程中存在的問題，同時提高綜合管廊的施工效率，LET-D模板項目組開發(fā)了簡易式可移動滿堂腳手架體系。如圖1所示。

LET-D模板采用簡易式可移動滿堂腳手架體系，并且經過施工方案深化設計，實現了整體移動周轉使用的功能，一次拼裝后可整體（包含支架、頂板模板、頂板木方）移動至下一個施工段。避免散裝散拆的施工弊端。

3.2 LET-D復合模板單元與移動模架支撐的適配性分析

（1）理論計算分析

1）荷載統(tǒng)計。選擇管廊標準段為對象進行分析。LET-D模板作為受彎構件，主要承受來自混凝土自重產生的側壓力和振搗混凝土時產生的荷載，采用式1，式2計算新澆筑的混凝土作用于模板的側壓力標準值。

①

②

式中：為混凝土的重力密度;t為混凝土的初凝時間;為混凝土緩凝劑調整系數;為混凝土坍落度調整系數;V為混凝土在高度方向上的澆筑速度;H為混凝土側壓力計算位置到新澆混凝土頂部的總高度。

混凝土的側壓力為：

F=0.22×25×5×1.0×1.15×1.51/2=38.73kN/m2? ? ? ? ①

F=25×3.5=87.5kN/m2? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?②

根據計算結果，取較小者，故取F=38.73kN/ m2;

考慮傾倒混凝土時對側模產生水平荷載標準值為2kN/m2

計算得出組合荷載為：

F=1.2×38.73+1.4×2=49.28kN/m2;（驗算抗彎強度用-設計值）

F′=38.73kN/m2;（驗算撓度用-標準值）

2） 模板強度計算及撓度驗算。模板按支承在鋼管上的三跨連續(xù)梁進行受力分析。其中LET-D模板各項物理力學性能如下：

本算例中，模板截面慣性矩I和截面抵抗矩W從下表可知：

模板計算簡圖如圖4所示。

①模板強度計算

線均布荷載為：

q1=F×0.5=49.28×0.5=24.64KN/m（驗算抗彎強度用-設計值）

q2=F′×0.5=38.73×0.5=19.37KN/m（驗算撓度用-標準值）

荷載作用下彎矩：M=0.107q1l2=0.107×24.64×0. 62=0.95 KN·m=0.95×106 N·mm

則模板彎曲應力：=0.95×106/（36.4×103）=26.08N/mm2=26.08Mpa<[σ]=145Mpa;

模板抗彎強度滿足要求.

②模板撓度計算

ω=0.677q2l4/100EI=0.677×19.37×6004/（100×6100×

226.58×104）=1.22mm<[ω]=l/400=600/400=1.5mm

模板撓度滿足要求

（2）數值模擬分析

1） 模型建立

根據填充墻現場澆筑試驗的實際尺寸利用ANSYS軟件建立有限元模型，除新型模板定義為非線性材料外，其余材料均為彈性.新型模板泊松比設定為1;鋁合金邊框的彈性模量定義為7.0×1011N/m2，泊松比為0.33;木材的彈性模量定義為9.5×109 N/rn2，泊松比為0.2.鋁合金邊框和面板采用殼單元，木楞采用實體單元.根據墻模板實際受力情況，將荷載簡化為三角形分布荷載，模板底部所受荷載值最大，頂部荷載值取為0，對稱地施加在墻兩側的模板之上，新型模板與木楞之間、木楞與方管之間、鋁合金邊框與方管之間，以及兩塊相鄰的模板之間均定義了接觸[2]。

2） 有限元數值模擬計算結果分析

模板的應力云圖和變形圖如圖5和圖6。

由計算結果可知：①新型模板的最大應力值為29.2MPa，小于容許應力值145MPa;②新型模板的變形撓度最大值1.32mm，小于規(guī)范限值1.5mm;

3）與理論計算值對比。由分析結果可知新型模板在混凝土側壓力的作用下，最大應力值為29.2MPa，出現在最下部兩道橫撐之間，最大應力值遠小于材料本身的強度[σ]=145Mpa。

新型模板的最大變形出現在模板兩道橫撐之間，變形最大值為1.22mm，小于規(guī)范規(guī)定的限值1.5mm。因所受荷載沿高度方向由下到上逐漸變小，相應變形也逐漸變小。將新型模板應力與擾度對比數據列于表1。

由表可知，新型模板受力與撓度理論計算、數值模擬有限元分析數據結果相差不大，且符合相關規(guī)定要求。

3.3 移動模架快拆功能設計

依據國家標準《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定，板底模、模板跨度≤2.0m時，混凝土強度達到設計強度的50%時方可拆模。模板快拆施工技術的基本原理就是在施工階段把結構跨度人為的劃小，降低其內力，使模板能夠早拆，而結構的安全度又不受影響，以實現“加快材料周轉，減少投入，降低成本，提高工效，加快施工進度，縮短工期”的目的。

移動模架主要分為兩部分：一部分為傳統(tǒng)鋼管與十字扣搭設的扣件式滿堂架，一部分為預留晚拆部分的后拆段。施工時特別注意將主龍骨分為三節(jié)。

施工操作流程：搭設左右兩個單元扣件式滿堂架→拼裝側墻模板→安裝側墻模板加固并校直側墻模板→鋪設頂板主次龍骨→鋪設頂板模板及倒角→安裝中間獨立支撐帶→待檢驗合格后澆筑混凝土。等待側墻混凝土達到拆模強度時，拆除側墻模板加固及模板，調節(jié)頂板頂托，留下中間獨立支撐的后拆段，該部分后拆段等到頂板混凝土強度達到拆除規(guī)范的要求再進行拆除。

安裝階段：待滿堂支撐架、頂板主次龍骨及頂板安裝完成后，于后拆段底部另設立桿支撐，間距900mm布置。

拆模階段：待混凝土強度達到設計強度的50%時，拆除滿堂支撐架、上部主次龍骨及側邊模板先行移動到下一施工段，后拆段模板、下部龍骨及支撐立桿待混泥土強度達到規(guī)范要求后再進行拆除[3]。

3.4 防水構造設計

主體采用鋼筋混凝土結構自防水，確立鋼筋混凝土結構自防水體系，采取措施控制結構混凝土裂縫開展，增強混凝土防滲能力，改善鋼筋混凝土結構的工作環(huán)境，進一步提高其耐久性。同時以施工縫、變形縫等接縫防水為重點，輔以附加防水層加強防水。

3.5 特殊節(jié)點設計

（1）管廊倒角模板設計：新模板設計充分考慮傳統(tǒng)模板漏漿現象，采用鋁合金倒角模在pvc倒角模改進。利用連接手柄鏈接，施工操作更加方便、省工。

（2）加固體系設計：采用橫縱布置新型C型加固件，使用頂托支撐。加固材料采用壁厚3.0mm的新型C型加固件，理論周轉次數高達300次，突出體現了重量輕，承載能力強操作簡便，比使用傳統(tǒng)圓管加固的工段，人工費用節(jié)約30%，材料費用節(jié)約7%。

（3）管廊吊環(huán)方案設計：與傳統(tǒng)模板需要預留吊環(huán)槽口工藝相比，新型模板采用預埋式吊環(huán)施工方案，不需使用割據等危險器具，工效提高20%左右，有效節(jié)約材料成本。

（4）哈芬槽設計：與傳統(tǒng)模板在使用綁扎或者焊接將固定哈芬槽固定在主筋上相比，新型模板直接將哈芬槽粘接在模板上，然后綁扎在主筋上，使得哈芬槽與模板緊密貼合，減少漏漿，哈芬槽科可以作為內撐構件，提高施工效率。

（5）管廊端頭鏈接設計：用定型木模作為結構變形縫和垂直施工縫的端頭模板。結構變形縫處的端頭模板處設填縫板，填縫板與嵌入式止水帶中心線和變形縫中心線重合，并用模板固定牢固，止水帶不得穿孔或用鐵釘固定。

3.6 施工工藝

（1）二次澆筑方案：側墻分二次澆筑，側墻底部倒角和底板首先成型，側墻底部成型后作為復合模板特別是側墻外模定位和固定的基礎;底板提供穿行式移動模架行走、架設通道和作業(yè)面。

根據定位線安裝壓腳板。

安裝內外側模板，倒角位置采用鋁合金倒角模，安裝必要時采用臨時斜撐固定（外部限位、內部限位通過對拉螺桿控制）。

外側墻加固：底板模板離地200mm處采用對撐加固，模板采用先豎后橫的加固方式，橫向為單拼φ48mm×2.75mm鋼管，豎向雙拼φ48mm×2.75mm鋼管配合M14對拉螺桿間距進行對拉加固。

內墻加固：倒角配合定位筋（間距900mm）進行定位加固，模板采用豎向雙拼φ48mm×2.75mm鋼管配合M14對拉螺桿進行對拉加固。

（2）線形控制：模板平整度、直線度（側墻垂直度）指標，工藝控制措施。

（3）防水構造施工質量控制：側墻水平縫止水帶、節(jié)段環(huán)向止水帶安裝定位工藝措施，內外模防水拉桿安拆工藝。

變形縫的設計要滿足密封防水、適應變形、施工方便、檢修容易等要求。

結構層中央埋置中埋式止水帶，外側嵌縫材料嵌縫，并在外墻迎水面設置防水卷材加強層。在澆筑變形縫一側的混凝土時，為防止另一側止水帶受到破壞，模板的擋頭板應做成箱型，同時止水帶部位的混凝土應振搗密實，以保證變形縫部位的防水效果。

施工縫預處理：在原混凝土表面上，應清除水泥薄膜和松動石子以及軟弱混凝土層，并加以充分濕潤和沖洗干凈，且不得積水。即要做到：去掉乳皮，微露粗砂，表面粗糙。在原混凝土基面上均勻涂抹厚度10～15mm的環(huán)氧混凝土界面劑一層。結構層中央止水帶，同時外墻迎水面設置防水卷材加強層。

（4）快拆工藝控制：主要是先/后拆模段的劃分原則和拆模時間要求，支架分離工藝。

頂板采用快拆模板體系，板底模、模板跨度≤2.0m時，混凝土強度達到設計強度的50%時方可拆模。如表2所示：

懸臂梁和懸臂板達到100%。模板快拆施工技術的基本原理就是在施工階段把結構跨度人為的劃小，降低其內力，使模板能夠早拆，而結構的安全度又不受影響，以加快材料周轉，減少投入，降低成本，提高工效，加快施工進度，縮短工期的目的。

安裝階段：待滿堂支撐架、頂板主次龍骨及頂板安裝完成后，于模板后拆段底部另設立桿支撐，間距900mm布置。

拆模階段：待混凝土強度達到設計強度的50%時，拆除滿堂支撐架、上部主次龍骨及側邊模板先行移動到下一施工段，后拆段模板、下部龍骨及支撐立桿待混泥土強度達到規(guī)范要求后再進行拆除

（5）復合模板安裝、拆除、清理、保養(yǎng)工藝要求。

1）模板安裝

模板安裝前，應先清除污垢，并涂刷脫模劑。組裝模板時，其間使用螺栓聯成整體，外圍用縱橫向型鋼和拉桿加固，模型底部在底板施工時預埋φ20短鋼筋頭以控制模型位置。架立完成后對其平面位置、頂部標高、垂直度、節(jié)點聯結及縱橫向穩(wěn)定性使用測量儀器及必要工具進行檢查、確認，發(fā)現問題及時解決[4]。

2）模板拆除

模板支撐拆除前，混凝土強度必須達到設計要求，并經申報批準后才能進行。頂板底模拆除時的混凝土強度要求見表3：

4結束語

4.1 效益分析

（1）工期效益分析

分析以一個單艙管廊標準段為例：管廊長21.6m，側墻凈高3m，凈寬3m，墻厚300mm，側墻內外模面積272.16㎡，頂板模板面積64.8㎡，總面積336.96㎡;工日以：10小時/工天為標準進行計算。通過定量分析可知，針對一節(jié)總面積為336.96㎡標準管廊，采用LET-D模板要比使用木模板節(jié)約總工期6.5工日，比組合鋼模板節(jié)約18.5工日，比鋁模板節(jié)約2.5工日。總工期節(jié)約效益明顯。采用LET-D模板，大工占總工時的6%，中工占62%，小工占32%，相比而言，組合鋼模板大工占比21.8%，中工占比75.9%，小工占比2.3%;鋁合金模板大工占比9.1%，中工占比76.4%，小工占比14.5%;木膠合板大工占比36.5%，中工占比50.8%，小工占比12.7%。復合模板中工占比最多，其次為小工，大工使用較少，比其他類型模板占比少了3%～30%。復合模板施工便捷，安裝作業(yè)標準化、快捷化、集成化。

（2）經濟效益分析

1）人工成本。現澆混凝土成本費用主要由材料與人工費構成。其中工費以大工320元/工天，中工220元/工天，小工160/工天的標準進行計算。

2）施工單價。每平方模板成本模板成本按照下式計算：每平方模板成本=材料單價×（1-殘值率）/周轉次數+人工單價

木模板包工包料，周轉次數10次，殘值率為0，使用后直接報廢。鋁模板材料單價900元/每平方米，殘值率為36%。LET-D模板單價400元每平方米，殘值率40%。

通過對三種模板隨著周轉次數施工單價趨勢的分析，隨著模板周轉次數的增多，LET-D模板的施工單價明顯低于鋁模板與木膠合板，在周轉次數達到50次時，施工單價比木模板便宜31.86元，比鋁模板便宜21.86元，效益明顯。

4.2 BIM技術優(yōu)化

LET-D模板體系在工程建設行業(yè)有證廣闊的應用前景，然后二維平面圖紙難以直觀、清晰表達模板配模設計，可能會存在工程量計算煩瑣、施工協調困難等問題。利用BIM技術建立LET-D模板配模三維仿真模型，能夠更加方面，直觀、有效的表達模板拼裝方式、拼裝效果，反映拼裝全過程。項目技術人員能通過計算機平臺進行虛擬支模，模擬實際模板施工，能有效解決在現場施工遇到的問題和錯誤，如復雜節(jié)點位置的拼裝過程等。

4.3 展望

本文介紹了一種應用于市政綜合管廊明挖法施工的LET-D模板系統(tǒng)，通過本文分析，其標準段采用LET-D模板施工較采用鋼模板與木模板施工有著多方面優(yōu)勢。LET-D模板強度高，剛度大，不易變形，韌性較好，不易爆模，較鋁合金模板更易于脫模，保證了混凝土施工質量。LET-D模板采用早拆式移動支架系統(tǒng)節(jié)約工期，周轉次數達到50次以上長期使用不變形，節(jié)約管理費用，較其他模板明顯降低成本。LET-D模板符合我國“以塑代木”“以塑代鋼”的綠色施工、低碳環(huán)保的要求[5]。

參考文獻

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[3] 許海巖，蘇亞鵬，李修巖.城市地下綜合管廊施工技術研究與應用[J].安裝，2015（10）：21-23，30.

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[5] 建筑LET-D復合模板工程技術規(guī)程：JGJT352-2014[S].北京：中國計劃出版社，2014.