嘉陵江草街航電樞紐船閘工程模板的設計與施工

李冰黎，由廣君，毛海濱

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

模板工程作為混凝土工程的控制性工序之一，與工程質量、成本、工期以及施工安全等息息相關[1]。本文依托草街船閘工程，闡述了大片鋼模板的設計與施工具體過程。

1 模板的設計原則

模板設計一般遵循以下原則：

1）通用性：混凝土施工中，常見的建筑物尺寸并不是一成不變的，通用性的考慮，就是盡量讓一套甲部位的模板可以直接應用或經過簡單修改后使用在乙部位。

2）易用性：就是便于支拆。模板工程的工序只有兩道，支立和拆除。便于支拆對人工成本、設備成本和工期都有直接的影響。

3）經濟性：在模板設計時要考慮到投入與產出之間的關系。

4）安全性：通過受力計算和安全保證措施來實現。

模板設計除了要考慮以上原則，也要考慮設備能力和一線操作人員的作業習慣和相關經驗。

2 混凝土結構的施工分縫

混凝土結構的施工分縫包括水平施工縫、豎向施工縫。水平施工縫劃分的確定，即明確了模板面板的高度；豎向沉降伸縮縫和豎向施工縫即明確了模板組合的長度。

2.1 水平施工縫的劃分

1）混凝土防裂要求

為了避免由于基礎溫差和內外溫差等導致混凝土澆筑塊發生溫度應力裂縫，防裂要求是決定水平施工縫間距即澆筑層厚的主要依據。底部分層考慮基礎約束，層高較小，約束區外大多數工程根據施工季節和結構部位的不同，澆筑層厚在2～6m 之間[2]。

2）混凝土結構的要求

混凝土結構的施工分縫要避開應力集中部位。應力集中主要在結構輪廓突變部位，如牛腿、廊道、懸臂等，同時還應考慮鋼筋、埋件等因素。

3） 設備澆筑能力

應從設備覆蓋范圍、入倉效率、配備數量等方面綜合考慮，避免因澆筑能力不足造成混凝土內部冷縫。

4） 經濟比較

考慮到模板支拆、水平施工縫的縫面處理、倉面待強時間等，在遵循以上幾項原則的基礎上，采用較厚的澆筑層厚較為經濟。

綜合以上分析，結合原有施工經驗，草街船閘工程的約束區外水平施工縫間距以3 m為主，遇結構特殊部位有所調整。

2.2 豎向施工縫的劃分

出于防止不均勻沉降、溫度伸縮、防裂和便于施工的考慮，設計圖紙一般均會對豎向的沉降伸縮縫進行規定，結構段長一般在20m以內，也有因為結構的原因，沉降伸縮縫間距較大，為了防裂和便于施工，需進行豎向施工縫的劃分。豎向施工縫一般采用錯縫或設置后澆帶的形式。豎向施工縫的劃分也應遵循以上原則進行綜合考慮。

3 模板設計

在船閘工程中，模板采用常規的大片鋼模板工藝。大片鋼模板具有安裝和拆除簡便、尺寸準確、板面平整的特點；施工工藝簡單、進度快、質量好；工業化、機械化施工程度較高，綜合經濟技術效益好，同時其周轉率在常用的幾種模板中最高。

3.1 模板結構計算

1） 荷載組合計算

按照JTS 202—2011《水運工程混凝土施工規范》[3]中混凝土側壓力的計算公式進行計算。綜合考慮現場澆筑及拌和樓混凝土的供應和運輸能力，取澆筑量30～40 m3/h，依最小倉面尺寸計算平均上升高度為1 m/h左右。計算得出最大水平荷載組合：混凝土最大側壓力與傾倒混凝土產生的荷載之和為50.72 kN/m2。

2） 模板結構計算

模板的結構計算順序由混凝土側向外側依次進行，分別為面板、面板加勁肋、橫向背帶、縱向背帶。計算過程為：依據荷載情況和初設結構情況計算出最大彎矩值，然后計算所需鋼板或型鋼的抵抗彎矩，根據抵抗彎矩和鋼板或型鋼的截面特性進行鋼板或型鋼的選型，確定選型后，計算其最大應力，最后進行撓度驗算。草街船閘工程模板結構斷面見圖1。

圖1 模板斷面示意圖Fig.1 Sketch of formwork cross-section

3）緊固、連接件計算

緊固、連接件根據模板計算時得出的約束反力（或稱支座反力），通過試算的方法，確定其布置間距和材料選型。船閘工程模板結構的緊固、連接件包括底口錨栓和頂口拉筋的計算，其中頂口拉筋計算時取與倉面底面45°角。

草街船閘工程的模板經以上計算過程（因模板周轉次數較多，計算中安全系數取大值），選材及布置見表1。

表1 模板選材及布置Table1 M aterialselection and arrangementof formwork

4）單位面積模板重量計算

根據表1計算出的單位面積模板重量進行模板分塊設計，供考慮設備起重能力時參考。草街船閘工程的模板單位面積重約為180 kg/m2，單位長度模板（取3.15m高）重量為567 kg/m。

3.2 模板的分塊設計

模板的分塊設計應充分考慮起重設備的起重能力，在其允許范圍內，模板的分塊力求定型化、整體化、模數化和通用化，盡量減少拼縫。分塊位置應避開縱向背帶部位，緊固、連接件的布置應達到規律性、周期性和通用性，即盡量將縱帶間距布置為統一數值。

草街船閘工程的模板分塊根據以上原則劃分。在上引導墻施工時，因豎向縫間距變化較為繁雜，且采用的起重設備起重能力較小，因此模板劃分為4 m、5 m、6 m三種模數，以滿足10 m、15 m、16 m、18m、20 m不同結構段長的要求。在同期進行的下引導墻施工時，結構段長較為一致（15 m），且起重能力有所提高，模板采用7.5 m一種模數。在后期進行船閘主體施工時，結構段長較為一致（20 m），且采用起重能力大的門式高架起重機，將導墻模板分塊進行拼接，調整為采用10m一種模數。

3.3 模板的配備數量

模板的配備數量應依據工期要求、作業面長度、起重設備數量、單倉混凝土澆筑時間、單倉模板支拆時間等綜合考慮，一般可通過繪制混凝土結構升程圖的方式輔助確定。

4 模板加工、支立、拆除及維護

4.1 模板加工

模板加工外委專業加工廠進行。原材料由項目部購進，保證鋼材質量。加工過程中由項目總工牽頭，技術質量部專人控制模板加工質量，嚴格按照加工圖紙及加工要求驗收后進入施工現場。模板的開孔均使用鉆床。模板后側噴涂防銹漆及藍色面漆，模板外觀見圖2。

圖2 模板支立外觀Fig.2 Formwork supportappearance

4.2 模板入場及存放

模板進入施工現場后，以不影響施工布置和施工道路為原則，按照施工部位和施工順序分區域存放。模板存放時，面板向上，平鋪，注意保護面板和縱帶。

對于未使用或不再使用的模板，進行除銹和涂刷脫模劑后，用彩條布覆蓋或用塑料膜貼于模板表面，防止雨水沖刷脫模劑造成銹蝕。

4.3 模板支立

模板支立前根據結構尺寸和位置由測量人員測設模板支立界線，支立時測量人員全程監控。

模板底口坐在通過圓臺螺母連接至墻面外的φ30mm絲桿上后，用兩端由鋼管接長的緊張器在模板內側調節模板頂口位置，準確無誤后，焊接每塊模板頂口兩端的拉筋，然后通過加厚的螺母固定模板底口，各個螺絲應按順序均勻擰緊兩遍，使螺絲的整體受力達到最佳，保證模板底部連接牢固，最后將模板頂口的φ22 mm拉筋和預埋錨筋焊接，拉筋要求順直、受力一致。焊接完成后，按順序擰緊各拉筋絲桿。預埋錨筋要求至少外露30 cm，與水平方向成45°角，拉筋與其搭接至根部，滿焊。

各塊模板的拼縫處，采用緊張器固定拼接，保證拼縫平整嚴密。為防止混凝土漏漿，拼縫處應貼雙面膠止漿。

在模板支立準確無誤后，在兩側堵頭模板上靠近前片位置拉線，混凝土澆筑過程中，為避免振搗引起的震動導致絲桿脫扣，倉面每上升1 m，參照堵頭拉線將所有絲桿按順序均勻擰緊一遍。

4.4 模板拆除

拆除模板時，先掛好吊索具，將各加固點有序放松，由專人指揮進行拆除，在模板吊離過程中應十分小心，嚴格服從指揮人員指揮，以免模板或混凝土結構物受到損傷。

4.5 模板維護

模板拆除后，立即用絞磨機對模板表面進行全面除銹，經主辦工程師驗收后方可進行涂刷脫模劑工序。脫模劑涂刷時間選在支立前，避免飛蟲或灰塵等細小雜物附著。如混凝土澆筑前發現面板有污染，需用干凈抹布將模板表面擦拭干凈，重新涂刷脫模劑。脫模劑封閉保存，避免飛蟲或灰塵等雜物污染。

在每次模板拆除后，對其進行檢驗，如發現有局部變形或損壞，由專業模板加工隊伍赴現場修理，如發現較大變形，運回后方加工平臺修理后運返現場。施工過程中，對于局部較小面積的凹陷部位，采用傳統的烘烤敲擊方式修理，如效果不理想，可采用原子灰對表面凹陷部位進行補缺后刮平，效果極佳。

5 特殊部位的模板施工

1） 安裝間牛腿尺寸大（外伸4.5 m），距下方高度達到31.5 m，如在外側采用鋼管腳手架作為支撐，則工程量較大且于工期不利；如采用施工平臺搭配鋼管腳手架作支撐，施工平臺的吊裝拆除又具有極大的安全隱患。經詳細計算和多次討論，其模板的支撐均采用內拉法施工，即在內側埋設型鋼立柱，將模板與立柱通過鋼筋焊接拉緊。內拉模板簡化了施工工藝，加快了施工進度。

2）在導墻龕式系船柱模板支立時，先用型鋼架立定位架，測量確定標高后將定位板固定在定位架上，再將系船柱模板坐在定位板上，一次就位，此工藝大大節省了支立時間。

3） 導墻爬梯兩側豎向間距1.5 m設有預埋件，施工中，在預埋件中心位置開孔，背面焊接螺母，在模板的對應位置同樣開孔，用配套的螺絲，通過爬梯模板的內部將預埋件固定在模板表面，拆除模板時將螺絲卸掉，模板即可拆除，預埋件位置準確、平整、效果良好。

4）混凝土表面施工縫和沉降、位移縫的錯臺和漏漿是模板工藝的一項常見通病，為此在模板沉降縫、位移縫和施工縫處增設硬質梯形塑料條進行倒角，形成明縫，在模板下方與已澆混凝土接觸部位設置彈性變形性能極佳的發泡橡膠條止漿，從實體效果看，錯臺、漏漿等通病基本杜絕。

施工后期發現，硬質梯形塑料條與鋼模板的粘接容易在模板支拆過程中松動脫落，且周轉次數較少。后將塑料條更換為鋼管條，直接焊接在模板上，大大增加了周轉次數，并節約了處理塑料條的時間，縮短了模板支拆周期。

5）在船閘閘首閥門井施工中，為了保證豎井的內壁質量，同時考慮模板便于支拆，取消了傳統施工中常用的“穿心板”工藝，采用了可調的柔性陰角鋼模板工藝。即采用較薄的鋼板作為面板，轉角部位后側不設加勁肋結構，形成柔性陰角鋼模，通過焊接在陰角內側的調節桿，調節陰角模板的角度。支立時后支角模，拆除時先拆角模，支拆簡便，實體質量優良，實踐效果極佳，見圖3。

圖3 閘首閥門井模板拼裝圖Fig.3 Formwork assembling of lock head valve chamber

6 經驗總結

6.1 懸臂模板

懸臂模板即支撐構件以懸臂作用保持結構穩定的模板形式，其原理是依靠模板底口單點與已澆筑混凝土連接，懸臂底端設軟性支墊抵在已澆筑的混凝土面上，形成兩點支撐的穩定的懸臂形式，較傳統大片鋼模板節省施工拉筋等加固件，且安裝和拆除更為簡單快捷。

草街船閘工程大片鋼模板的形式初擬采用懸臂形式，但在計算后發現，模板背帶型鋼型號較大、模板重量較大、緊固件需選用高強鋼材，且模板頂口撓度變形較大，故放棄了懸臂模板方案，使用了常規的大片鋼模板。

但如在對混凝土的表觀質量要求不高的工程中應用懸臂模板，將大大節約施工成本，縮短施工工期。

6.2 模板結構計算程序化

模板結構計算中，每一個步驟環環相扣。計算中會出現如選取的材料在撓度驗算中結果大于允許最大撓度，需要后退到上一步驟重新計算的反復情況，或者由于計算初期選用的鋼材發生變化，需重新計算，計算量極大且耗時。

草街船閘工程模板結構計算中，利用了簡單易用的Microsoft excel軟件，將計算過程程序化，在荷載組合不變的前提下，完成一次計算僅需調整鋼板或型鋼的截面參數即可完成計算過程，較為方便省時。同時采用了結構力學計算器等小型的計算軟件，確保了計算準確性和效率。

6.3 模板組合拼裝圖的繪制

組合拼裝圖的繪制是模板設計的核心，能集中體現設計意圖，對于模板支拆工藝和模板分塊設計也比較直觀。組合拼裝圖繪制的水平，決定了后續結構計算和加工圖繪制的質量和速度。

草街船閘工程的模板設計之初，對組合拼裝圖的繪制重視不夠，造成了后期加工圖繪制的多次返工，同時也導致緊固、連接件的布置未能達到一致，在施工過程中造成一些不便。

6.4 大片組合鋼模板的運用

在混凝土結構的非外露面，如沉降伸縮縫位置等部位，對混凝土的表觀質量要求不高，在模板設計時可以考慮使用組合鋼模板作為面板，既能加快模板加工進度，支拆速度也較組合鋼模板快，同時能適度降低施工成本。

草街船閘工程中在閘室底板（僅頂面外露）的施工中即采用了組合鋼模板，以型鋼為橫向、縱向背帶，模板加工周期短，結構尺寸準確，支拆快速，且在底板施工結束后，組合模板與型鋼背帶仍可再利用，施工成本低。

6.5 組合鋼模板和膠合板模板的運用

在船閘工程的一些部位，通過經濟比較，也選用了更輕便、更利于保證結構尺寸的組合鋼模板及膠合板模板進行施工，見圖4、圖5。

組合鋼模板及膠合板模板在施工中需要注意兩點：一是支撐的受力穩定計算，二是拼縫部位的處理。受力穩定計算過程中，荷載情況與大片鋼模板類似，不同的是鋼管架的計算。拼縫部位的處理主要是以雙面膠帶貼在模板側面止漿，黃膠帶貼在模板表面平順拼縫。

6.6 擋板的應用

船閘工程使用的大片鋼模板作業平臺寬度達到1.2m，為了預防平臺上小型材料掉落，造成墜物隱患，在護欄下方設置了20 cm高的鋼板作為擋板，實際應用中取得了極佳效果，未出現模板平臺上墜物傷人事故。

圖4 膠合板模板支立Fig.4 Plywood formwork support

圖5 組合鋼模板及定型鋼模板支立Fig.5 The supportsof combined steel formwork and set-shaped steel formwork

[1] 顧勇新.清水混凝土工程施工技術及工藝[M].北京，中國建筑工業出版社，2006.GUYong-xin.Construction technology and processofbare concrete engineering[M].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2006.

[2]水利電力部水電建設總局.水利水電工程施工組織設計手冊：第三卷[M].北京：中國水利水電出版社，2001.General Administration of Water Resources and Hydropower Development of HHPDI.Construction organization design manual ofhydraulic and hydroelectric engineering:volume III[M].Beijing:ChinaWater Power Press,2001.

[3]JTS 202—2011，水運工程混凝土施工規范[S].JTS 202—2011,Specification for concrete construction of portand waterwayengineering[S].