提拉模板工藝在薄壁變截面筒體結構施工中的應用

崔珂琳，杜闖

（中交第一航務工程局有限公司，天津 300461）

1 工程簡介

某燈塔工程為鋼筋混凝土剪力墻結構，地上14 層，建筑高度50 m 以上。整體結構形狀為豎向87°傾角漸變收縮筒狀結構，其中第1～3 層為3層圓環結構，第4～13 層為單層圓環結構，第14層及屋面為雙層圓環結構。設計使用年限50 a，耐火等級一級，抗震設防烈度為6 度。其中第1～3 層和第14 層采用木模板工藝施工，第4～13 層采用提拉模板工藝施工。

2 施工工藝

2.1 提拉模板系統組成

提拉模板是針對變截面燈塔外側模板而設計的新型模板系統，模板系統由A、B 型模板面板（3 mm 厚鋼板），緊固系統（由手拉葫蘆或緊張器及φ14 mm 鋼絲繩組成）和提升裝置組成，提升裝置布置示意圖如圖1 所示。一次施工高度在1.8 m左右。

施工時，通過收放緊固系統的鋼絲繩調整模板的松、緊，從而調整模板形狀，能很好適應固定截面、變截面的結構。通過與內模板之間設置的限位裝置可以保證模板定位，通過設置的手拉葫蘆提升裝置實現模板提升。為保證模板系統的穩定性，在整個施工過程中，模板時刻保持懸吊狀態。

圖1 提升裝置布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of lifting device layout

2.2 提拉模板構造

模板結構形式由A 型模板及B 型模板拼接組成，A 型模板尺寸根據燈塔截面確定，如果為固定截面，則A 為長方形；如果燈塔為變截面形式，則A 型模板根據半徑變化規律制作成梯形，本工程A 型模板選用下底長1 250 mm，上底長1 230 mm，高1 850 mm 的等腰梯形，厚度3 mm。根據燈塔截面半徑計算所需A 型模板數量，B 型模板（長2 000 mm，寬60 mm，厚3 mm）和A 型模板配套加工，組裝時在相鄰兩塊A 型模板之間接縫處拼接B 型模板，通過鉚釘固定成一個整體，并在連接板處上端安裝吊裝吊耳。根據本工程結構半徑確定共拼裝3 塊大型模板，通過調整3 塊模板之間的搭接長度實現變徑控制。根據計算的鋼絲繩間距在連接板上安裝鋼絲繩限位環，并穿入鋼絲繩，鋼絲繩繞一圈后通過手拉葫蘆或緊張器連接兩頭，以供模板尺寸調整時收縮用。模板組裝如圖2 所示，鋼絲繩一般采用1670 級φ14 mm，手拉葫蘆或緊張器的選用根據實際計算結果確定[1-2]。

圖2 提拉模板組裝圖Fig.2 Assembly drawing of lifting formwork

2.3 提拉模板支設

在施工前，模板結構先根據設計規格按照上述拼裝模式進行拼裝，待燈塔結構鋼筋綁扎、內模板支設完成后，在模板頂口和中間部位梅花形均勻設置混凝土支撐塊，控制外墻厚度。提拉模板用吊車吊至待安裝位置，初定位后將預置的提升裝置與提拉模板吊裝吊耳連接，同步收緊緊固裝置安裝到位；緊固裝置如圖3 所示。模板調整時，先收緊模板下端設置的2 道鋼絲繩，鎖住已澆筑混凝土；模板最上端的1 道鋼絲繩同步收緊。測量輔助進行精確調整后，鎖死上下的固定鋼絲繩，中間部分鋼絲繩逐步收緊。驗收后澆筑混凝土結構。待上節段鋼筋綁扎完成設置好支撐塊后，略微放松模板背帶鋼絲繩使面板脫離混凝土面，然后收緊提升架上懸掛的手拉葫蘆將模板提升到位，按上述方式重復后續施工。

圖3 緊固裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of fastening device

3 荷載驗算

本工程混凝土一次澆筑高度H 為1.8 m，面板采用3 mm 厚薄鋼板，外綁1670 級鋼絲繩直徑14 mm，鋼絲繩間距15 cm。混凝土采用塔吊吊裝吊斗澆筑方案，吊斗最大尺寸不超過0.8 m3，澆筑速度V 為10 m3/h。混凝土重度γc取25 kN/m3，環境溫度T 為35 ℃，混凝土初凝時間t0取4 h，底半徑R1為5.134 m，頂半徑R2為3.247 m，壁厚δ 為0.3 m，陣風系數取1.51，風壓高度變化系數取2.03，風荷載體型系數取1.3，基本風壓取1.8 kN/m2，風荷載為7.173 kPa，鋼材彈性模量E取2.06×108kPa。

3.1 底節新澆筑混凝土產生的側壓力

混凝土水平投影面積A1=πR12-π（R1-δ）2=9.39 m2，混凝土澆筑速度為v1=V/A1=1.065 m/h，查JTS 202—2011《水運工程混凝土施工規范》[3]獲得混凝土坍落度（140～160 mm）影響修正系數β 為1，則混凝土側壓力[4]F1=0.43γct0βv11/4=43.682 kPa，F2=γcH=25×1.8=45.0 kPa，兩者取小值。

3.2 頂節新澆筑混凝土產生的側壓力

混凝土水平投影面積為A2= 5.835 m2，混凝土澆筑速度為v2= 1.714 m/h，同理計算，則頂節混凝土側壓力F=45.0 kPa。

3.3 底節鋼面板驗算

3.3.1 鋼面板垂直方向應力驗算

計算承載力時的荷載組合為q1=1.35×43.682+0.9×1.4×7.173=68.01 kPa，計算變形時的荷載組合為q2=1.35×43.682=58.97 kPa。垂直方向鋼面板按照簡支梁計算鋼板承載力，簡支梁間距l=0.15 m，取1 m 寬鋼板進行驗算，則最大彎矩Mmax1=1/8×q1×0.152=0.19 kN·m，截面慣性矩 I=1/12×1×0.0033，截面模量W=1/6×1×0.0032，則垂直方向應力為：σ底1=M/W=127.53 MPa ＜215 MPa，滿足要求；垂直方向變形為：f底1=5q2l4/（384EI）=0.926mm＜2 mm，滿足要求。

3.3.2 鋼面板水平方向應力驗算

不考慮面板截面參與受力，僅考慮由于鋼絲繩環向變形引起的面板應力增加值，面板總變形率為：ε底=0.028/32.257 87=0.000 868，面板水平方向應力為 σ底2=2.06×108×0.000 868=178.81 MPa＜215 MPa，滿足要求。

3.4 頂節鋼面板驗算

同底節面板驗算，頂節鋼面板垂直方向應力σ頂1=141.467 MPa＜215 MPa，f頂1=0.9 mm＜2 mm；面板總變形率ε頂=0.013 2/20.402=0.000 65，面板水平方向應力σ頂2=133.9 MPa＜215 MPa，滿足要求。

3.5 底節鋼絲繩內力計算

鋼絲繩纏繞在模板外，呈圓形，計算承載力時鋼絲繩的內力為N底1=R1q1=349.157 kN/m；變形時鋼絲繩的內力為N底2=R1q2=302.756 kN/m。

3.6 頂節鋼絲繩內力計算

同理，計算承載力時鋼絲繩的內力為N頂1=245.016 7 kN/m；計算變形時鋼絲繩的內力為N頂2=215.670 3 kN/m。

3.7 鋼絲繩選用

鋼絲繩抗拉強度1 670 MPa，安全系數取4[5]，取14 mm 直徑鋼絲繩，查得該鋼絲繩破斷拉力取118 kN，設計承載力為：118/4=29.5 kN，計算直徑d=349.157/29.5=11.84＜14，鋼絲繩間距0.15 m，可滿足要求。

3.8 鋼板鉚釘

提拉模板A、B 型模板間采用鉚釘連接，鉚釘直徑8 mm，間距3 cm，普通8.8 級承壓型螺栓抗剪強度取320 MPa，則鉚釘受力情況為0.004×0.004×3.141 5×（1/0.03）×320 000=502.64 kN/m，大于混凝土側壓力產生的拉力5.134×68.01=349.157 kN/m，滿足要求。

4 提拉模板工藝的優點

通過對比提拉模板和傳統普通鋼模板兩種施工工藝，在進度、質量和成本分析幾個方面，體現出提拉模板工藝的優點。

4.1 縮短工期，保證質量

采用變徑提拉模板施工，平均每1.5 d 可以完成一次混凝土澆筑任務，即每天可完成主體施工1.8 m，故第4～13 層主體施工總高度為37.8 m（第1～3 層及第14 層結構復雜，考慮使用木模板）工期為31.5 個有效工日；傳統全套模板工藝每4 d 可以完成主體施工1.8 m，故第4～13 層主體施工工期為84 個有效工日。

由于提拉模板的外部屬于大片模板，混凝土澆筑后表面觀感較好，達到預期效果，滿足設計要求。

通過對比分析可以看出提拉模板工藝不僅節省52.5 個有效工作日，而且在提高施工效率，加快施工進度的同時，保證了燈塔主體的表觀質量。

4.2 節約成本，提高效益

4.2.1 傳統鋼模板工藝經費預算

1）材料費用

外模采用傳統鋼模板總量為176.4 t，按綜合單價（包含模板材料費、加工費，至施工現場運費）11 000 元/t 考慮，則材料費用為176.4 × 11 000 =1 940 400 元。

2）機械費用

單獨考慮外模施工機械費用，考慮使用塔吊30 個臺班用于外模支模，塔吊租賃單價按照2 500 元/臺班考慮，則機械費用為2 500 × 30 =75 000 元。

綜合所述，傳統鋼模板方案的費用合計為2 015 400 元。

4.2.2 提拉模板工藝經費預算

1）材料費

提拉模板工藝使用鋼模板厚度為3 mm，總量為20 t，按照每噸綜合單價（含加工、材料費、至前場運費）20 000 元/t，則模板費用為20 000×20=400 000 元。

提拉模板工藝使用的1670 級鋼絲繩直徑為φ14，總量為356 m，按照綜合單價（含加工、材料費、至前場運費）15 元/m 考慮，則鋼絲繩費用為 356×15=5 340 元。

其他材料如固定手拉葫蘆鋼管，緊固器等綜合考慮總費用為50 000 元。

2）機械費

提拉模板外模主要起重設備為手拉葫蘆，共用20 個，按照每個手拉葫蘆3 000 元考慮，則手拉葫蘆費用為3 000×20=60 000 元。

提拉模板外模采用現場塔吊配合人工進行拼裝，使用塔吊共計5 個臺班，塔吊租賃單價按照2 500 元/臺班考慮，則塔吊費用為2 500 × 5 =12 500 元。

則提拉模板總費用為522 500 元。

通過提拉模板與傳統鋼模板的對比，可以看出提拉模板工藝節約成本1 492 900 元，節省工期52.5 個有效工作日。

5 結論和建議

1）整個提拉模板屬于柔性結構，通過內模來實現整體形狀的控制，在施工的過程中內模木模板的支立應需注意剛度的控制，以提高結構的整體性。

2）由于提拉模板的加固采用φ14 mm 鋼絲繩完成，受模板壓力后有一定的伸長值，為防止產生漲模，在加固過程中應重點關注鋼絲繩的緊固程度，確保模板加固到位。同時混凝土澆筑過程中及時調整鋼絲繩緊固度。

3）施工過程中提拉模板和內部木模板同高，在上口位置采用自制卡子卡住木模板和鋼模板（卡子距離根據墻體厚度確定），間距50 cm 左右，可進一步保證模板上口尺寸，如圖4 所示。

圖4 緊固卡子施工照片Fig.4 Picture of fastening clip construction

變徑提拉模板的使用可有效節約機械設備投入，提高施工效率，加快施工進度，降低成本，確保施工質量。

該工藝對于類似的變截面混凝土結構施工有一定的參考價值，可在類似工程中推廣使用。