圓形混凝土結構模板支撐方案探討

高 峰

(中鐵十八局集團有限公司華南工程公司，廣西南寧530022)

1 新型圓模板支撐方案簡介

在常規的圓形混凝土結構施工過程中，模板支撐主要是采用鋼管、方木做圓形或折線型加固，這是一個相當復雜的、花費時間又多的施工環節，并且經常會出現扣件松動或破壞，造成混凝土施工時經常會出現爆模的情況，嚴重影響圓形混凝土構筑物的外觀和內在質量，無法滿足目前工程工期緊、質量要求高的需要。

在實踐工程中經過摸索，改為使用鋼筋做成圓形的鋼筋箍，直接使用圓形鋼筋箍和鋼管及對拉螺桿加固模板。該方法不僅施工速度快、循環周期短，而且材料浪費少。

柳江縣拉堡污水處理廠近期處理能力為25×103m3/d，遠期處理能力為50×103m3/d，主要圓形混凝土構筑物有兩個二沉池(直徑32m)和兩個氧化溝的半圓弧段(直徑6m)。二沉池池壁高度為4.6 m，氧化溝池壁高度為6 m。在這幾個水處理結構使用新的模板支撐結構，取得了較好的經濟和社會效益。

2 圓形混凝土構筑物模板支撐設計

根據柳州當地材料的實際情況及圖紙設計，采用木板加對拉螺桿制作模板。對拉螺桿使用10，螺桿間距為50 cm(寬)×60 cm(高)，鋼管48間距為20 cm，環形鋼筋箍使用20，間距為60 cm。構筑物內部加鋼管斜頂，豎向間距為1.5 m，水平間距2 m，效果圖如圖1、圖2。

圖1 內支撐效果

2.1 對拉螺桿的強度驗算

計算假設條件:混凝土為液體，ρ=2.5×103kg/m3，混凝土直到澆筑完成后才凝固，對拉螺桿為10圓鋼，并設置止水環。

圖2 外支撐效果

分析:根據以上假設條件，肯定是接近池底的螺桿受力最大，若要出現斷裂，肯定是這一圈的對拉螺桿先出現問題，然后才會涉及更上一層的螺桿，越接近池頂面對拉螺桿的受力越小，也就越安全。

計算對拉螺桿可以承受的拉力:

最下層螺桿受混凝土的壓力:

式中:ρ為液體的密度;h為液體高度。

我國目前市場上最常用的的振動棒正常的最大頻率應在9 000～12 000次/分鐘之間，作用直徑約計1 m。

振動棒激振力的計算:

式中:W為振動器的輸入功率;e為振動器偏心距離，本次計算e=0.0015 m;ω=2πn/60(n為振動頻率);

由于對拉螺桿在設計尺寸是50 cm×60 cm，那么每1 m2受力為F3，單根對拉螺桿的受力F3/2=64 kN。

因此對拉螺桿在理論上設計是安全的，實際上通過現場實際檢驗，也是安全的。

2.2 環形鋼筋箍的強度驗算

環形鋼筋箍因為不是一根整體的鋼筋箍，因此對環形鋼筋箍的檢算主要是檢算鋼筋箍的焊接點和焊接長度能否滿足要求。鋼筋箍設計為雙面15 d搭焊。假設條件與上述2.1條相同。當混凝土澆筑完成后靠近底板的箍筋受力肯定是最大的，因此只要這道箍筋的焊接強度能滿足要求，其他的箍筋肯定可以達到要求。

單位弧度壓力如圖3。計算簡圖如圖4。計算鋼筋箍的內應力:

圖3 受力分析簡圖

圖4 計算簡圖

焊接縫的拉應力:鋼筋使用20HRB335鋼筋，焊條使用E4303，焊縫厚度為8 mm，雙面焊，其熔敷金屬抗拉強度為鋼筋抗拉強度的0.85，鋼筋的抗拉強度為490 kN(查材料力學附表)。

焊縫的面積為2×300×8=4800 mm2F2=1999.2 kN＞F1=1692.8 kN，因此鋼筋箍也是穩定的。

2.3 整體剛度的驗算

分析:混凝土內支撐如圖1，其3根內斜撐中距池底最近的那根受力最大，越接近池頂受力越小，因此只要這根支撐不變形，其余支撐肯定不會變形，整個支撐結構也就是安全的。

壓桿受力及變形臨界壓力計算:通過上述2.2條計算可以知道，單位長度環形鋼筋箍受力為105.8 kN/m，環型鋼管支撐間距2 m，因此單根鋼管受力為f1=105.8 kN。

鋼管受壓力變形保持平衡狀態臨界最小軸向壓力:

式中:E為鋼材彈性模量;I為鋼管慣性距，I=πd4/64;l為鋼管的長度;PCR＞f1，說明該鋼管是穩定的，因此整個支撐結構也是穩定的。

2.4 新老支撐方案經濟效益對比

根據在施工過程中的經驗，支撐材料費用、支撐材料人工加工費、后期費等幾方面區別比較大，而支撐結構安裝使用人工費相差不多，所以人工費也就不再比較了。比較結果見表1。

表1 兩種方案比較

通過表1的比較不難發現，新方案需要的費用僅是舊方案的12%，直接節省工程成本，減少浪費，是一種比較經濟、節約、環保的方案。

3 應用實例

水處理結構施工對結構物表面及結構物的防滲漏能力的要求很高，因此模板及模板支撐的設計和施工就非常重要，既要保證模板支撐的力學要求，又要確保模板的形狀、尺寸、位置、連接等要求，因此怎樣設計模板支撐結構顯得十分重要。因為支撐結構的復雜程度直接決定整個工程的工期和造價，筆者的拉堡污水處理廠二沉池模板支撐方案設計，通過現場施工的應用和檢驗得出，該模板支撐方案設計是合理可行的。圖4是柳江縣拉堡污水處理廠二沉池在使用該支撐方案后的實物照片，通過這張照片可以很清楚地看到，混凝土構筑物基本沒有蜂窩麻面等質量通病。當然產生混凝土的蜂窩麻面質量通病的原因不是唯一的，但模板是最主要的因素之一。

4 經驗總結

在拉堡污水處理廠施工過程中，有6 m和4.6 m兩種混凝土壁板，經過實踐得出了一些數據，詳見表2。

圖4 柳江縣拉堡污水處理廠二沉池澆筑完成后實物圖

表2 實際施工數據

[1]孫衛丁，李建軍.混凝土梁板改造加固技術的應用[J].工程建設與設計，2004(8)

[2]王金妙，曹大斌.模板支撐體系倒塌事故的原因和預防[J].建筑安全，2005(8)

[3]林璋璋，楊俊杰.多層模板支撐體系的實測分析[J].施工技術，2005(3)

[4]葉權良，劉書遼.多層模板支撐體系受力機理及其管理要點[J].建筑安全，2006(3)