涵身整體澆筑移動模架的應(yīng)用分析

林春茂

（廣東省懷陽高速公路管理中心，廣東肇慶 526599）

1 工程概況

廣東省懷集至陽江港高速公路懷集至郁南段是廣東省高速公路網(wǎng)“九縱線”懷集至陽江港高速公路的重要組成部分。懷陽高速公路X1 合同段土建工程位于廣東省肇慶市境內(nèi)，線路由北向南經(jīng)封開縣金裝鎮(zhèn)及南豐鎮(zhèn)[1]。起止樁號為K25+200—K35+970，線路全長10.77km。全線蓋板涵洞共34 座，其中1-4×4m蓋板涵23 座。基礎(chǔ)、涵身采用C30 混凝土。為保證涵洞施工質(zhì)量，加快涵洞施工進(jìn)度，項(xiàng)目設(shè)計(jì)了涵身移動模架，專門用于1-4×4m 蓋板涵的施工。

2 涵身整體施工工藝

2.1 基礎(chǔ)處理

基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后，測量放出涵身平面位置，檢查涵身位置高程情況。對涵身及基礎(chǔ)接觸面進(jìn)行鑿毛及清理，施作模板調(diào)平層。

2.2 模板安裝及拆移

模板安裝：涵身根據(jù)各涵洞長度情況劃分節(jié)段長度，采用組合移動模板整體一次澆筑成型。將移動模架整體固定在基礎(chǔ)調(diào)平層上，通過調(diào)整滑塊、上吊桿及絲桿的位置將內(nèi)外模板精確就位，內(nèi)外側(cè)模板通過M20 精軋螺紋鋼進(jìn)行緊固。墻身模板安裝時(shí)，沉降縫做到兩端豎直、平整，上下貫通，模板各部位尺寸正確、板面平整、拼縫嚴(yán)密、支撐牢固[2]。

模板拆移：移動模架向前移動時(shí)，先拆除對穿拉桿，然后收緊調(diào)節(jié)絲桿使模板與混凝土體脫離；在模架前方放置兩個(gè)手拉葫蘆，使移動模板系統(tǒng)平順向前移動。

2.3 混凝土施工

第一，采用罐車運(yùn)送混凝土，澆筑時(shí)采用吊車和料斗配合進(jìn)行施工。

第二，涵身混凝土施工時(shí)水平分層連續(xù)澆筑，每層厚度不超過30cm，并控制混凝土澆筑速度，以避免由于混凝土局部較大的集中荷載而導(dǎo)致模架傾斜失穩(wěn)。

第三，混凝土振搗時(shí)，振搗棒要快插慢撥，振搗棒須垂直或略微傾斜插入混凝土中，確保振搗到位，減少氣泡，提高混凝土質(zhì)量。

第四，混凝土澆筑期間，安排專人檢查模架系統(tǒng)的穩(wěn)固情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有松動、變形、移位時(shí)，必須及時(shí)處理。

3 涵身整體澆筑移動模架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

3.1 移動模架設(shè)計(jì)

涵身施工采用移動模架進(jìn)行模板的安裝、調(diào)整、移動、拆除作業(yè)，該組合系統(tǒng)由桁架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和行走系統(tǒng)三部分組成，模板系統(tǒng)剛度大，能有效地加快立模、拆模速度，減少人工，確保外觀質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸[3]。

第一，模板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：面板采用5mm 鋼板，連接法蘭為12×80 扁鋼，主筋為8#槽鋼、次筋為10×80 扁鋼；模板背桿采用雙16 槽鋼。內(nèi)外模板由3～4 塊長度為6m 的模板拼裝而成，使用雙16#槽鋼作為背桿，現(xiàn)場焊接為一個(gè)整體，背桿的間距為900mm。采用M20 精軋螺紋鋼作為模板的對拉桿。

第二，承重及行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：門架立柱為H 鋼294×200，門架橫聯(lián)為20#工字鋼，下橫梁為雙拼20#槽鋼。

第三，吊掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：主梁（主桁架）采用雙拼20#槽鋼及16#槽鋼焊接而成，模板吊桿采用M32 精軋螺紋鋼。每套模板設(shè)置3 片主桁架，每個(gè)桁架設(shè)置4 個(gè)吊點(diǎn)，分別吊起兩側(cè)的內(nèi)外模。移動模架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 移動模架設(shè)計(jì)圖

3.2 移動模架受力驗(yàn)算

3.2.1 側(cè)壓力計(jì)算

模板的側(cè)板在澆筑時(shí)受到混凝土側(cè)壓力的作用。

根據(jù)測定，混凝土作用于模板的側(cè)壓力隨混凝土的澆筑高度而增加，當(dāng)澆筑高度達(dá)到某一臨界時(shí)，側(cè)壓力就不再增加，此時(shí)的側(cè)壓力即是新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力。側(cè)壓力達(dá)到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實(shí)踐檢驗(yàn)，可按式（1）、式（2）進(jìn)行計(jì)算，并取其最小值：

式（1）～式（2）中：F為新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓 力，kN/m2；γc為混凝土的重力密度，kN/m3，取25kN/m3；t0為新澆筑混凝土的初凝時(shí)間（h），當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用t0=200/(T+15)計(jì)算，取常溫為25℃，所以初凝時(shí)間為5h；V為混凝土的澆筑速度，m/h，取V=3m/h；H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m），取4.8m；β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻外加劑時(shí)取1.2；β2為混凝土坍落度影響系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30mm 時(shí)取0.85，在50～90mm 之間時(shí)取1，在110～150mm 之間時(shí)取1.15。

取二者中的較小值，即F=57.156kN/m2作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2，則計(jì)算模板強(qiáng)度的荷載值為：q=68.4kN/m2，F(xiàn)=0.22。

3.2.2 面板受力計(jì)算

外模面板采用5mm 普通鋼板，被筋板劃分為許多小格（大小為0.3m×0.5m），取其中一方格計(jì)算(按兩邊固定、兩邊自由計(jì)算)。

如圖2 所示，載荷為F1=68.4kN/m2，最大的應(yīng)力值為76.9MPa＜[σ]，滿足強(qiáng)度要求；最大的變形值為0.33mm，滿足剛度要求。

圖2 面板應(yīng)力圖

3.2.3 主筋受力計(jì)算

主筋支承在背桿上，可作為支承在背桿上的連續(xù)梁計(jì)算，支點(diǎn)的距離等于背桿的間距，背桿的間距為0.9m。主筋采用8＃槽鋼，最大間距為300mm，其均布載荷強(qiáng)度計(jì)算值為：Q1=F1×h=68.4kN/m2×0.3m=20.5kN/m。如圖3 所示，最大應(yīng)力值為54MPa＜[σ]，滿足強(qiáng)度要求；最大位移量為0.2mm，ω∕1=0.2/900＜1/400，故主筋滿足剛度要求。

圖3 主筋應(yīng)力圖

3.2.4 背桿受力計(jì)算

背桿為雙16#槽鋼，按0.9m 的間距進(jìn)行布置，混凝土側(cè)壓力的計(jì)算載荷為：Q2＝F1×h＝68.4×0.9＝61.56kN/m。模板的最大高度為4.8m，背桿對穿M20拉桿進(jìn)行緊固。如圖4 所示，經(jīng)受力分析建模可知，最大應(yīng)力值為78.7MPa＜[σ]，滿足強(qiáng)度要求；最大位移量為0.9mm，滿足剛度要求。

圖4 背桿應(yīng)力圖

3.2.5 主桁架受力計(jì)算

主桁架采用雙拼20#槽鋼及16#槽鋼焊接而成，主桁架主要懸吊兩側(cè)模板的重量，此外，在模板拆模時(shí)，要克服模板與混凝土體的黏結(jié)力[4]。如圖5 所示，單片內(nèi)外模的自重為3750kg，自重分布在3 片主梁上，所以主梁承受的節(jié)點(diǎn)荷載為12.5kN，此處考慮模板的黏結(jié)力，節(jié)點(diǎn)荷載按2 倍即25kN 進(jìn)行建模分析：最大應(yīng)力值為83.4MPa＜[σ]，滿足強(qiáng)度要求；最大位移量為2.7mm，ω∕1=2.7/2000＜1/400，滿足剛度要求。

圖5 主桁架應(yīng)力圖

4 結(jié)論

通過采用移動模架進(jìn)行涵身整體施工，優(yōu)勢明顯，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，模板與傳統(tǒng)拼裝模板相比，整體性更好，穩(wěn)定牢固，接縫少，拉桿孔少，減少了涵身的施工縫，涵身、涵臺澆筑完成后表面平整、外觀質(zhì)量好。第二，模板之間支撐采用工字鋼桁架及絲桿，安全穩(wěn)定。第三，移動模架下方設(shè)有行走輪，移動方便快捷，且不需要吊車等機(jī)械配合，只需手拉葫蘆便可移動，減少了機(jī)械及人力投入，提高了工效。第四，混凝土澆筑完成后，只需調(diào)整絲桿及上方的手拉葫蘆便可拆模，不需機(jī)械配合，且降低了拆模的安全風(fēng)險(xiǎn)。第五，涵洞結(jié)構(gòu)尺寸控制好，墻身厚度、凈寬、凈高等尺寸均滿足規(guī)范要求，且錯臺較小、線形順直。