弧形擋土墻模板設(shè)計

李明輝

1 工程概況

鋼筋混凝土擋土墻作為廠房地下結(jié)構(gòu)的外墻,可以抵抗土的側(cè)壓力。弧形擋土墻在設(shè)計上具有諸多優(yōu)勢,但較難于施工。臺山核電廠一期常規(guī)島土建工程HM廠房擋土墻與HM廠房筏板基礎(chǔ)連成整體,標高-14.500m～-0.25m,布置在廠房的四周。本工程擋土墻結(jié)構(gòu)形式為:每間隔1個1 500mm×4 000mm的柱子有一段長度為 2m～4m弧形擋土墻,其彎弧半徑 2 m～4m。沿整個HM廠房四周弧形擋土墻總長度約為 250m,擋土墻混凝土總量約為 9 000m3。弧形擋土墻平面示意圖見圖 1。

2 弧形擋土墻一般模板設(shè)計

平直墻體模板一般做法為膠合板外側(cè)用木方做模板次龍骨,木方外側(cè)使用鋼龍骨(鋼管或槽鋼)做模板主龍骨。木方較脆,不能彎成弧形,因此對于弧形擋土墻一般模板設(shè)計思路為:膠合板外側(cè)使用豎向木方做模板次龍骨,木方外側(cè)使用弧形鋼龍骨做模板主龍骨(見圖 2)。按照上述思路設(shè)計的模板主要有兩方面缺點: 1)鋼龍骨彎成弧形加工成本高,因為其他結(jié)構(gòu)很少使用相同弧度的鋼龍骨,使用完后基本報廢。2)“豎向的木方次龍骨、橫向的鋼龍骨主龍骨”這樣的模板豎直方向由木方抗彎,木方的抗彎強度較鋼龍骨低,因此模板整體抗彎能力差,容易在混凝土側(cè)壓力及施工荷載的作用下發(fā)生傾覆破壞(該工程單次模板支設(shè)高度達7m)。

3 弧形擋土墻創(chuàng)新型模板設(shè)計

本文將要介紹的弧形擋土墻模板設(shè)計方法完全克服了以上兩方面缺點。模板設(shè)計主要思路為:膠合板外側(cè)使用橫向疊合板(多層膠合板)做模板次龍骨,疊合板外側(cè)使用豎向鋼龍骨做模板主龍骨。下面介紹本工程模板設(shè)計,以供類似工程做參考。

3.1 材料及其主要力學(xué)性能

根據(jù)項目部物資儲備情況,本工程模板主要使用 9mm厚膠合板、15mm厚膠合板、20mm×50mm木條、10號普通槽鋼、M 16高強拉桿、鋼杯、蝶形螺母等。膠合板彈性模量為 9 500N/mm2,抗彎強度設(shè)計值為13N/mm2,抗剪強度設(shè)計值為1.5N/mm2;10號普通槽鋼彈性模量為210 000 N/mm2,抗彎強度設(shè)計值為205N/mm2,抗剪強度設(shè)計值為 125 N/mm2,截面慣性矩 1 980 000mm4,截面抵抗矩39 700mm3;M 16高強拉桿抗拉強度設(shè)計值80.5 kN。

3.2 弧形擋土墻模板設(shè)計

本工程弧形擋土墻彎曲半徑為 2m～4m,較厚的膠合板不能按此半徑進行彎曲,故模板面板使用9mm厚膠合板,膠合板外側(cè)豎向密布20mm×50mm木條(凈距小于10mm)對模板面板進行加強。

疊合板使用 15mm厚膠合板按照設(shè)計弧度切割做成,疊合板寬度取100mm,疊合板(模板次龍骨)豎向間距取200mm,疊合板的疊合層數(shù)通過計算確定(見圖3)。

根據(jù)混凝土側(cè)壓力計算值,施工荷載等,按照《建筑施工計算手冊》相關(guān)公式進行計算,當疊合板的疊合層數(shù)為 3層,外側(cè)豎向背靠背雙10號槽鋼(模板主龍骨)間距800mm,模板加固M 16高強拉桿間距 800mm×800mm時,模板強度、剛度均能滿足要求。本工程模板設(shè)計示意圖見圖 4,圖 5。

3.3 弧形擋土墻模板加工制作

模板的加工:按照設(shè)計弧度將15mm厚膠合板切割成100mm寬的板條(長度為弧形擋土墻長度2m～4m);9mm厚膠合板面板與20mm×50mm木條之間使用膠水粘結(jié);由三層膠合板組合而成的疊合板的各層板之間也使用膠水粘結(jié);雙槽鋼與疊合板之間進行連接(見圖 6);模板面板與疊合板之間使用釘子釘牢。模板涂刷脫模劑,設(shè)置吊耳等。

4 經(jīng)濟效益分析

根據(jù)項目部最新物資采購單價,模板主要材料價格如下: 9mm厚膠合板(精細模板)單價為46元/m2,15mm厚膠合板(普通模板)單價為37元/m2,20mm×50mm木條單價為1 800元/m3, 50mm×100 mm木方單價為 2 130元/m3,10號槽鋼單價為4 150元/t,按設(shè)計加工成型的弧形槽鋼構(gòu)件價格為 7 500元/t。

在模板加工制作過程中,按 9mm厚膠合板、20mm×50mm木條、50mm×100mm木方使用率90%,15mm厚膠合板使用率70%,10號槽鋼使用率 97%,加工成型的弧形槽鋼使用率 100%進行計算。弧形擋土墻一般模板設(shè)計中,加工 10m2模板需 9mm厚膠合板11.11m2,價格511.11元;需20mm×50mm木條0.222m3,價格400元;需50mm×100mm木方0.278m3,價格591.67元;需弧形槽鋼構(gòu)件 0.25 t,價格 1 875元;合計加工 10m2模板,材料成本為 3 377.78元。弧形擋土墻創(chuàng)新模板設(shè)計中,加工 10m2模板需9mm厚膠合板11.11m2,價格511.11元;需20mm×50mm木條0.222m3,價格400元;需15mm厚膠合板21.43m2,價格792.86元;需 10號槽鋼0.257 t,價格1 069.59元;合計加工10m2模板,材料成本為 2 773.556元。

通過上述計算可得每加工 10m2模板,弧形擋土墻創(chuàng)新型模板設(shè)計比弧形擋土墻一般模板設(shè)計節(jié)約成本 604.22元。本工程共需模板約5 000m2,共節(jié)約成本30.2萬元。同時在弧形擋土墻一般模板設(shè)計中,10號槽鋼(弧形)難以再次利用,而在弧形擋土墻創(chuàng)新模板設(shè)計中,10號槽鋼可以再次利用,相當于間接節(jié)約成本約 20萬元～30萬元。

5 結(jié)語

該模板體系做出了大膽嘗試,使用疊合板做模板次龍骨,在模板工程中是一次十分成功的創(chuàng)新。該模板體系在本工程中取得了良好的綜合效果,不僅經(jīng)濟效益明顯,而且模板體系的安全性,整體性十分好。模板拆除后混凝土表觀質(zhì)量十分完美。

[1] GB 50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2] DL/T 5210.1-2005,電力建設(shè)施工質(zhì)量驗收及評定規(guī)程[S].

[3] 許秋剛.探討重力式擋土墻設(shè)計理論及方法[J].山西建筑, 2009,35(3):153-154.