淺析鐵路薄壁空心墩模板設計及應用

李健

摘 要：鐵路橋梁高墩施工具有一定的復雜性和特殊性，尤其是在工期較緊的情況下，在保證施工質量和安全性的基礎上，還需要加強工程成本控制，這就要求對施工模板采用什么材質提出了高的要求。本文以張臺地方鐵路峪口河一號大橋中的3號薄壁空心高墩的模板設計為列對模板的設計及驗算進行論述，以促進鐵路橋梁工程的順利開展。

關鍵詞：薄壁空心墩；模板；校核；設計

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

1.工程概況

峪口河1號大橋位于張臺地方單線鐵路上，為跨越G309公路、襄臺公路及峪口河而設，本橋位于直線上，線路縱坡為15‰。本標段峪口河一號大橋起止里程為DK56+712.75～DK57+017.75，中心里程為DK56+861.5，全長305m。梁部結構為4-32m+1-24m+4-32m后張法預應力混凝土梁，本橋3號墩高53m，墩體采用薄壁空心設計。

2.施工方案的確定

高墩施工主要有滑模、爬模及翻模3種形式，經過分析本橋墩采用翻模進行施工。現場塔吊選擇附著式塔吊，起吊高度60m，回轉半徑50m。塔吊基礎采用方形鋼筋混凝土基礎，基底承載根據驗算δ≥200kPa，現場實際施工時，地基承載力必須達到δ≥400kPa以上，且能滿足抗傾覆要求。塔吊的安放如圖1所示。塔吊由具有特種設備作業資質的專業隊伍進行安裝、操作及拆除，安裝時嚴格遵守《大型起重機械的選型、安裝和拆卸管理規定》和《起重設備安裝工程施工及驗收規范》GB50278-98的相關規定。安裝完畢后，經地方安監部門檢驗合格并備案后，投入進行使用。

3.模板的設計

3.1 荷載計算

水平荷載統計：新澆混凝土對模板的水平側壓力標準值。

按照（JGJ74-2003）附錄B，模板荷載及荷載效應組合B.0.2規定：

F=Min（F1，F2） F1=0.22γct0β1β2V1/2 F2=γcH

各工藝參數為：γc——取25kN/m3；t0——初凝時間為6h；V——澆筑速度為2.0m/h；H——混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度（m）；取10m；β1——取1.2；β2——取1.15。

則砼側壓力標準值F為：F1=0.22×25×6×1.2×1.15× 21/2=65kN/m2 F2=25×10=250kN/m2

有效壓頭高度為：

在有效壓頭高度之外，模板強度驗算時采用荷載設計值，安全系數取1.2，F×1.4=65×1.2=78kN/m2

在有效壓頭高度之外，模板剛度驗算時采用荷載標準值，為F×1.0=65×1.0=65kN/m2

3.2 墩柱外模

3.2.1 墩柱外模面板計算

計算所用軟件為《結構力學求解器》2.0版本。

取1mm為計算單元。Wx=6mm3 Ix=18mm4 Ax=6mm2

模板結構形式為：面板為6mm鋼板，豎肋為10#槽鋼，間距為300mm。

①強度校核

強度線荷載q=0.065×1.2=0.0724N/mm，面板計算簡圖見圖2，面板彎矩圖見圖3。面板最大彎矩在第2單元為560.98N.mm：σ=M/w=560.98/6=93.5MPa<[σ]=215MPa，面板強度滿足要求。

②剛度校核

剛度線荷載q=0.065×1=0.065N/mm，面板變形圖見圖4。面板最大變形處在3和10單元1/2處（跨距400mm）：Vmax= 0.56m<[v]=400/400=1mm，因此模板剛度滿足要求。

3.2.2 外模板豎向主肋校核

[10#槽鋼參數：

Wx=39700mm3 Ix=1980000mm4 A=1270mm2

①強度校核

q=65kN/m2×0.3m×1.2=23.4kN/m，背楞從上向下間距依次為450mm、1100mm、450mm。模型圖見圖5，彎矩圖見圖6。

Mmax=1433250N·mm

σmax=Mmax/w=1433250/39700=36.1N/mm2

所以豎肋[10#強度滿足要求。

②剛度校核

q=65kN/m2×0.4m=26N/mm，變形圖見圖7。豎肋[10#單元1、3端部最大變形為0.13mm：Vmax<[v]=350/500=0.7mm，單元2跨中最大變形為0.02mm：Vmax<[v]=800/500=1.6mm，因此剛度滿足要求。

3.2.3 外模板背楞計算

2[16#槽鋼參數：

Wx=108.3×2cm3 Ix=866.2×2cm4 A=21.95×2cm2

①強度校核

q=65×1.2×0.8=62.4kN/m2采用四根對拉，模型圖見圖8，彎矩圖見圖9。

Mmax=7987200N·mm

σmax=Mmax/w=7987200/（108.3×2×1000）=36.87 N/mm2

因此強度滿足要求。

②撓度校核

q=65×0.8=52kN/m2，變形圖見圖10。

1單元端部最大變形為0.04mm：

[v]=400/1000=0.4mm Vmax=0.04mm<[v]；

2單元跨中最大變形為0.14mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.14mm<[v]；

3單元跨中最大變形為0.06mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.06mm<[v]；

因此強度滿足要求。

3.3 墩柱內模

3.3.1 內模面板計算

計算所用軟件為《結構力學求解器》2.0版本。

取1mm為計算單元。Wx=6mm3 Ix=18mm4 Ax=6mm2

模板結構形式為：面板為6mm鋼板，豎肋為8#槽鋼，間距為300mm。

①強度校核

強度線荷載q=0.065×1.2=0.0724N/mm，面板計算簡圖見圖11，面板彎矩圖見圖12。面板最大彎矩在第2單元為560.98N·mm：σ=M/w=560.98/6=93.5MPa<[σ]=215MPa，因此面板強度滿足要求。

②剛度校核

剛度線荷載q=0.065×1=0.065N/mm，面板變形圖見圖13。面板最大變形處在3和10單元1/2處（跨距300mm）：Vmax= 0.48m<[v]=300/400=0.75mm，因此剛度滿足要求。

3.3.2 內模板豎向主肋校核

[8#槽鋼參數：Wx=25300mm3 Ix=1013000mm4 A=1270mm2

①強度校核

q=65kN/m2×0.4m×1.2=31.2kN/m

背楞從上向下間距依次為350mm、800mm、350mm。模型圖見圖14，彎矩圖見圖15。

Mmax=1433250N·mm

σmax=Mmax/w=2369250/23500=N/mm2

所以豎肋[8#強度滿足要求。

②剛度校核

q=65kN/m2×0.4m=26N/mm，變形圖見圖16。

豎肋[8#單元1、3端部最大變形為0.27mm：

Vmax<[v]=350/500=0.7mm

單元2跨中最大變形為0.039mm：Vmax<[v]=800/500=1.6mm

因此剛度滿足要求。

3.3.3 內模板背楞計算

2[12#槽鋼參數：

Wx=57.7×2cm3 Ix=346×2cm4 A=15.35×2cm2。

①強度校核

q=65×1.2×0.8=62.4kN/m2采用4根對拉，模型圖見圖17，彎矩圖見圖18。

Mmax=7987200N·mm

σmax=Mmax/w=7987200/（57.7×2×1000）=69.21N/mm2

因此強度滿足要求。

②撓度校核

q=65×0.8=52kN/m2，變形圖見圖19。

1單元端部最大變形為0.06mm：

[v]=400/1000=0.4mm Vmax=0.06mm<[v]；

2單元跨中最大變形為0.32mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.32mm<[v]；

3單元跨中最大變形為0.15mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.15mm<[v]；

因此擾度滿足要求。

4.模板的施工

鋼筋安裝完成后，進行模板的拆除、支立和提升，模板安裝采用塔吊及人工配合吊裝模板，吊裝時先吊外模，再吊內模。模板吊裝時先拼裝墩身一個面的外模，然后逐次將整個墩身的第一節外模板組拼完畢。外模板安裝后吊裝內模板；然后上拉筋。每節模板安裝時，可在兩節模板間的縫隙間塞填薄鋼板糾偏。模板提升到位后對內、外模板進行整體校正。支立模板前模板先進行打磨除銹，然后用棉紗多次擦光。模板間用高強螺栓連接，并拉設Φ22拉模鋼筋，拉模鋼筋兩側用螺帽加墊圈緊固。模板接縫處填塞雙面膠帶，內側用高強膩子堵縫，杜絕漏漿。模板安裝完后對模板進行檢查，首先檢查模板的接縫及錯臺，模板的接縫控制在1mm以內，模板的錯臺控制在2mm以內；用鋼尺檢查模板的幾何尺寸，拉線檢查模板的順直度，水準儀檢查模板頂面高程，然后用全站儀測量墩頂模板位置。嚴格控制軸線偏位在5mm以內。如果有不合格的情況，用手拉葫蘆和千斤頂進行調整。拆除的模板清除掉板面上的混凝土、涂刷脫模劑進行下道工序。

結語

混凝土工程施工中，模板質量關系到質量、安全、工程進度和經濟效益。在工程施工中模板設計必須滿足要求，確保工程安全和質量；加強模板的管理，讓模板發揮更好的經濟效果。

參考文獻

[1]王正艷.薄壁空心墩模板設計及施工示例[J].科技信息，2010（21）：458-460.

[2]盛國軍.超高模板及支撐設計[J].山西建筑，2007（10）：201-202.