塑料模板在山區(qū)高速公路中的應(yīng)用

涂少林

中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151

山區(qū)高速公路因地形特點(diǎn)，一般都是深挖路塹和高填路堤，為滿足防護(hù)、排水以及通行要求，會(huì)設(shè)計(jì)很多涵洞、擋墻、框格梁等結(jié)構(gòu)物。這些結(jié)構(gòu)物在應(yīng)用傳統(tǒng)的模板時(shí)會(huì)選擇大塊鋼模板和木模板，但是在實(shí)際施工過程中，這兩種模板受山區(qū)交通、便道、雨水以及機(jī)械的影響，達(dá)不到預(yù)期的效果。然而若選擇高性能塑料復(fù)合模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)模板則可以達(dá)到節(jié)約成本、縮短工期、提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的效果。

國外塑料模板有完整的模板體系，技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)良，尤其是德國對塑料模板的研究和應(yīng)用較早，技術(shù)先進(jìn)成熟，品種多樣，使用面廣[1]。近年來，隨著我國“以塑代鋼”的倡導(dǎo)，塑料模板也越來越廣泛地被應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)物施工中。

1 傳統(tǒng)模板的特點(diǎn)

1.1 鋼模板的特點(diǎn)

鋼模板因其強(qiáng)度高、組合剛度大、變形小、模板整體性好以及可多次循環(huán)周轉(zhuǎn)使用等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種混凝土結(jié)構(gòu)物中，尤其是大體積混凝土工程。

但是，鋼模板因自重大，單靠人工無法操作，模板的安裝、拆卸、轉(zhuǎn)運(yùn)都需要起重設(shè)備配合，依賴機(jī)械程度高。尤其在山區(qū)高速公路小型結(jié)構(gòu)物多且分散，雨季施工便道條件差的情況下，機(jī)械成本高，還無法保證工期。另外，鋼模板的采購費(fèi)用也高。

1.2 木模板的特點(diǎn)

木模板因其板面平整光滑、質(zhì)量輕、拆裝方便、現(xiàn)場易加工、操作簡單以及工程進(jìn)展速度快等特點(diǎn)，被經(jīng)常應(yīng)用于小型結(jié)構(gòu)物中。

木模板的支撐系統(tǒng)一般為方木加鋼管，因其質(zhì)量輕、穩(wěn)定性差，如果加固不好容易變形。木模板經(jīng)不起雨淋日曬，周轉(zhuǎn)消耗大，周轉(zhuǎn)使用次數(shù)少，補(bǔ)損后一般可周轉(zhuǎn)3 ～4次。隨著對結(jié)構(gòu)物外觀質(zhì)量要求越來越高，實(shí)際上很多只能循環(huán)2 次，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，滿足不了平整度及外觀要求。采用木模板需要消耗大量木材，不能回收利用，浪費(fèi)較大，破壞森林環(huán)境，不符合綠色施工宗旨。

2 塑料模板的特性

塑料模板是指以熱塑性硬質(zhì)塑料為主要材料，以玻璃纖維、植物纖維、防老化劑、阻燃劑等為輔助材料，在高溫條件下經(jīng)過擠出、模壓、注塑等工藝一次性加工制成的一種用于混凝土結(jié)構(gòu)工程的模板。塑料模板是一種新型的綠色環(huán)保和節(jié)能型模板，使用塑料模板方便快捷，滿足各種施工需要，具有廣闊的應(yīng)用空間[2]。

3 塑料模板的優(yōu)點(diǎn)

3.1 使用快捷方便

塑料模板可塑性強(qiáng)，可根據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)物尺寸需求加工成不同的規(guī)格，滿足施工要求。常見的尺寸見表1[3]。

塑料模板自重輕，重量遠(yuǎn)小于鋼模板，比木模板略重一點(diǎn)，不需要機(jī)械吊裝，模板輕巧方便可手抓搬運(yùn)，兩塊模板之間有專用的卡扣連接，安裝、拆卸簡單方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。

3.2 性能優(yōu)越

塑料模板的表面平坦光潔，不黏混凝土，拼縫嚴(yán)實(shí)，脫模后混凝土結(jié)構(gòu)表面平整度、光潔度均能達(dá)到清水混凝土模板的技術(shù)要求。耐高溫和嚴(yán)寒，可在-20 ～60℃氣溫條件下使用。耐潮濕，不易老化，不怕雨淋日曬。使用過程基本無損耗，可周轉(zhuǎn)使用30 ～50 次。

表1 帶肋塑料模板規(guī)格 單位：mm

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

塑料模板使用過程中不需要起重機(jī)械設(shè)備，節(jié)省了大量機(jī)械費(fèi)用，而且可多次周轉(zhuǎn)使用，綜合考慮后一般成本為30 ～40 元/m2。木模板的安裝、拆卸雖然也不需要機(jī)械，但損耗浪費(fèi)大，周轉(zhuǎn)次數(shù)少，綜合成本一般為40 ～50 元/m2。而且鋼模板本身采購費(fèi)用較貴，再加上機(jī)械費(fèi)用，綜合成本一般為70 ～80 元/m2[4]。對比可知，采用塑料模板可降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 縮短工期

塑料模板因其質(zhì)量輕、拼裝簡單、拆卸方便，工人操作方便易上手，相比鋼模板、木模板的安裝拆卸節(jié)省了大量時(shí)間。山區(qū)高速公路往往便道條件差，受雨水影響，鋼模板經(jīng)常受機(jī)械限制耽誤施工，而塑料模板易清理，不受雨水、機(jī)械影響，可加快施工進(jìn)度。

3.5 節(jié)能環(huán)保

塑料模板損耗小，施工完后報(bào)廢模板可全部回收，經(jīng)處理后可再生成塑料模板或其他產(chǎn)品，整個(gè)施工過程中無環(huán)境污染，是一種綠色施工的生態(tài)模板[5]，且塑料模板的生產(chǎn)能耗遠(yuǎn)低于鋼模板，還節(jié)約了木材，符合綠色施工理念。

4 塑料模板的應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況及模板的選擇

以河惠莞高速公路為例，該項(xiàng)目TJ6 合同段位于廣東省龍川縣，地勢起伏大，地形復(fù)雜。其中，5.9km 長的路基設(shè)計(jì)有19 座蓋板涵（含互通匝道），涵洞均位于山坡或山谷底，沿線大部分為深挖路塹、高填路堤，路塹一二級邊坡防護(hù)形式為錨桿、錨索框格梁。

綜合考慮該項(xiàng)目小型結(jié)構(gòu)物多、山區(qū)地形復(fù)雜、便道條件差、雨水多以及機(jī)械進(jìn)出場困難等因素，對比鋼模板、木模板的特點(diǎn)后，最終選擇了福建易安特廠家生產(chǎn)的塑料模板進(jìn)行小型結(jié)構(gòu)物的施工。

4.2 塑料模板的應(yīng)用

（1）蓋板涵的基礎(chǔ)、墻身。合同段內(nèi)涵洞數(shù)量多，多數(shù)涵洞長在40m 以上，單座最長達(dá)107m，涵洞高度有2m 和4m 兩種，墻身厚度有0.5m 和0.7m 兩種。根據(jù)實(shí)際需要，跟廠家定制了1200mm×1500mm、600mm×1200mm、300mm× 1200mm 三種規(guī)格的塑料模板。

模板與模板之間的連接不需要采用常規(guī)的螺栓方法，直接采用模板廠家提供的卡扣（手柄）旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行連接，正反交錯(cuò)設(shè)置，模板拼縫使用雙面膠條黏結(jié)。因該項(xiàng)目有庫存的［10 槽鋼，模板的加固方式豎向采用槽鋼雙拼間距600mm，橫向采用φ48mm×3.5mm 鋼管，模板對拉采用M18普通螺桿。經(jīng)過驗(yàn)算強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，均滿足要求。塑料模板在涵洞施工中的使用情況見圖1。

圖1 塑料模板在涵洞施工中的應(yīng)用

（2）錨桿、錨索框格梁。合同段內(nèi)共32 個(gè)邊坡設(shè)計(jì)有錨桿、錨索框格梁，數(shù)量繁多，傳統(tǒng)的模板施工速度慢，滿足不了邊坡開挖及時(shí)防護(hù)的要求，因此采用了塑料模板，主要用于側(cè)模。根據(jù)需要定制了1800mm×300mm、300mm×300mm 兩種規(guī)格，質(zhì)量輕，安拆方便，加快了循環(huán)進(jìn)度，節(jié)約了工期。塑料模板在框格梁中的使用情況見圖2。

圖2 塑料模板在框格梁中的應(yīng)用

（3）路肩墻、擋土墻。路肩墻、部分擋墻因尺寸不大，高度2m左右，寬度0.5～1m，也采用了涵洞施工用的塑料模板，達(dá)到了循環(huán)利用、施工速度快的經(jīng)濟(jì)效益。塑料模板在路肩墻中的使用情況見圖3。

圖3 塑料模板在路肩墻中的應(yīng)用

（4）CFG 樁帽。CFG 樁是常見的軟基處理的一種，合同段內(nèi)軟基設(shè)計(jì)有14686 根CFG 樁，樁頂設(shè)計(jì)有尺寸700mm×700mm×300mm 的樁帽，C25 現(xiàn)澆混凝土。軟基處理的施工，直接制約著路基土方填筑進(jìn)度。鋼模笨重、施工速度慢，木模損耗量大，不易加固。綜合考慮成本和工期，該項(xiàng)目定制了500 套塑料模板。尺寸統(tǒng)一，現(xiàn)場卡扣連接。因體積小，混凝土側(cè)壓力不大，不需要其他任何輔助加固措施，施工速度非?？?。在開挖、截樁頭工作超前的情況下，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為1.5d，分段循環(huán)施工，為工期提供了保證。塑料模板在CFG 樁帽中的使用情況見圖4。

圖4 塑料模板在CFG 樁帽中的應(yīng)用

（5）其他部位。該項(xiàng)目除了以上部位使用了塑料模板，在預(yù)制梁廠臺座、鋼筋廠龍門吊基礎(chǔ)、拌和站臨建以及橋臺搭板等小型結(jié)構(gòu)物上均合理地使用了塑料模板，真正做到了“以塑代鋼，以塑代木”。

4.3 塑料模板的應(yīng)用效果

河惠莞高速公路TJ6 合同段在小型結(jié)構(gòu)物施工中合理地使用了塑料模板，確保工程質(zhì)量的同時(shí)，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了工期，減少了成本，達(dá)到了理想的預(yù)期效果。

5 塑料模板選擇的可行性驗(yàn)算

以合同段內(nèi)K52+371.5 蓋板涵為例，墻身厚度0.5m，墻身高度2m，涵長100.5m。該涵洞墻身模板采用福建易安特復(fù)合材料模板，模板豎向背楞采用雙拼10#槽鋼，間距600mm，對拉螺栓M18，性能等級4.8，對拉間距橫向×豎向按照600mm×600mm 加固，計(jì)算高度按結(jié)構(gòu)一次性澆筑高度2m 進(jìn)行計(jì)算。

5.1 荷載組合

依據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162—2008），新澆混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值G4K，可按下列式（1）、式（2）計(jì)算，并取其中的較小值。

傾倒混凝土?xí)r對垂直面模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q3K取2kN/m2。

承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)值：

正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)值S正=G4K=48kN/m2

5.2 模板驗(yàn)算

易安特塑料模板截面慣性矩I 和截面抵抗矩W 見表2。該涵洞塑料模板寬度為1200mm，I=451.76×104mm4，W=69.43×103mm3，易安特模板彈性模量E=6100N/mm2，抗彎強(qiáng)度f=145N/mm2。

表2 塑料模板力學(xué)性能表

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：（1）轉(zhuǎn)化為線均布荷載q1=S承×0.6= 60.08×0.6=36.05kN/m；（2）跨中最大彎矩M=0.107q1L2= 0.107×36.05×0.62=1.39kN/m；（3）σ=M/W=1.39×106÷ (69.43×103)=20.02MPa ＜σ=145MPa，滿足要求。

撓度驗(yàn)算：（1）轉(zhuǎn)化為線均布荷載q2=S正×0.6=48× 0.6=28.8kN/m。（2）W=0.677q2L4/(100EI)=0.677×28.8× 6004÷(100×6100×451.76×104)=0.92mm ≤L/400=1.5 mm，滿足要求。

5.3 拉桿驗(yàn)算，按照最不利位置進(jìn)行驗(yàn)算

對拉螺桿采用M18 拉桿，A=174mm2，承載拉力設(shè)計(jì)值Nt=36.7kN。對拉螺桿橫向間距m=600mm，豎向間距n= 600mm。N=m×n×S承=0.6×0.6×60.08=21.63kN ＜Nt。采用M18 拉桿，性能等級4.8，滿足要求。

6 結(jié)束語

山區(qū)高速公路小型結(jié)構(gòu)物眾多，位置地形條件差，施工時(shí)采用傳統(tǒng)的模板往往施工進(jìn)度慢，成本高。通過河惠莞高速TJ6 合同段內(nèi)塑料模板在結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)用，塑料模板具有獨(dú)特的優(yōu)越性，切實(shí)給項(xiàng)目降低了成本，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，有良好的應(yīng)用價(jià)值，值得在山區(qū)高速公路施工中推廣。