浅析铁路薄壁空心墩模板设计及应用

李健

摘 要：铁路桥梁高墩施工具有一定的复杂性和特殊性，尤其是在工期较紧的情况下，在保证施工质量和安全性的基础上，还需要加强工程成本控制，这就要求对施工模板采用什么材质提出了高的要求。本文以张台地方铁路峪口河一号大桥中的3号薄壁空心高墩的模板设计为列对模板的设计及验算进行论述，以促进铁路桥梁工程的顺利开展。

关键词：薄壁空心墩；模板；校核；设计

中图分类号：U445 文献标识码：A

1.工程概况

峪口河1号大桥位于张台地方单线铁路上，为跨越G309公路、襄台公路及峪口河而设，本桥位于直线上，线路纵坡为15‰。本标段峪口河一号大桥起止里程为DK56+712.75～DK57+017.75，中心里程为DK56+861.5，全长305m。梁部结构为4-32m+1-24m+4-32m后张法预应力混凝土梁，本桥3号墩高53m，墩体采用薄壁空心设计。

2.施工方案的确定

高墩施工主要有滑模、爬模及翻模3种形式，经过分析本桥墩采用翻模进行施工。现场塔吊选择附着式塔吊，起吊高度60m，回转半径50m。塔吊基础采用方形钢筋混凝土基础，基底承载根据验算δ≥200kPa，现场实际施工时，地基承载力必须达到δ≥400kPa以上，且能满足抗倾覆要求。塔吊的安放如图1所示。塔吊由具有特种设备作业资质的专业队伍进行安装、操作及拆除，安装时严格遵守《大型起重机械的选型、安装和拆卸管理规定》和《起重设备安装工程施工及验收规范》GB50278-98的相关规定。安装完毕后，经地方安监部门检验合格并备案后，投入进行使用。

3.模板的设计

3.1 荷载计算

水平荷载统计：新浇混凝土对模板的水平侧压力标准值。

按照（JGJ74-2003）附录B，模板荷载及荷载效应组合B.0.2规定：

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

各工艺参数为：γc——取25kN/m3；t0——初凝时间为6h；V——浇筑速度为2.0m/h；H——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m）；取10m；β1——取1.2；β2——取1.15。

则砼侧压力标准值F为：F1=0.22×25×6×1.2×1.15× 21/2=65kN/m2 F2=25×10=250kN/m2

有效压头高度为：

在有效压头高度之外，模板强度验算时采用荷载设计值，安全系数取1.2，F×1.4=65×1.2=78kN/m2

在有效压头高度之外，模板刚度验算时采用荷载标准值，为F×1.0=65×1.0=65kN/m2

3.2 墩柱外模

3.2.1 墩柱外模面板计算

计算所用软件为《结构力学求解器》2.0版本。

取1mm为计算单元。Wx=6mm3 Ix=18mm4 Ax=6mm2

模板结构形式为：面板为6mm钢板，竖肋为10#槽钢，间距为300mm。

①强度校核

强度线荷载q=0.065×1.2=0.0724N/mm，面板计算简图见图2，面板弯矩图见图3。面板最大弯矩在第2单元为560.98N.mm：σ=M/w=560.98/6=93.5MPa<[σ]=215MPa，面板强度满足要求。

②刚度校核

刚度线荷载q=0.065×1=0.065N/mm，面板变形图见图4。面板最大变形处在3和10单元1/2处（跨距400mm）：Vmax= 0.56m<[v]=400/400=1mm，因此模板刚度满足要求。

3.2.2 外模板竖向主肋校核

[10#槽钢参数：

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

①强度校核

q=65kN/m2×0.3m×1.2=23.4kN/m，背楞从上向下间距依次为450mm、1100mm、450mm。模型图见图5，弯矩图见图6。

Mmax=1433250N·mm

σmax=Mmax/w=1433250/39700=36.1N/mm2

所以竖肋[10#强度满足要求。

②刚度校核

q=65kN/m2×0.4m=26N/mm，变形图见图7。竖肋[10#單元1、3端部最大变形为0.13mm：Vmax<[v]=350/500=0.7mm，单元2跨中最大变形为0.02mm：Vmax<[v]=800/500=1.6mm，因此刚度满足要求。

3.2.3 外模板背楞计算

2[16#槽钢参数：

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

①强度校核

q=65×1.2×0.8=62.4kN/m2采用四根对拉，模型图见图8，弯矩图见图9。

Mmax=7987200N·mm

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

因此强度满足要求。

②挠度校核

q=65×0.8=52kN/m2，变形图见图10。

1单元端部最大变形为0.04mm：

[v]=400/1000=0.4mm Vmax=0.04mm<[v]；

2单元跨中最大变形为0.14mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.14mm<[v]；

3单元跨中最大变形为0.06mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.06mm<[v]；

因此强度满足要求。

3.3 墩柱内模

3.3.1 内模面板计算

计算所用软件为《结构力学求解器》2.0版本。

取1mm为计算单元。Wx=6mm3 Ix=18mm4 Ax=6mm2

模板结构形式为：面板为6mm钢板，竖肋为8#槽钢，间距为300mm。

①强度校核

强度线荷载q=0.065×1.2=0.0724N/mm，面板计算简图见图11，面板弯矩圖见图12。面板最大弯矩在第2单元为560.98N·mm：σ=M/w=560.98/6=93.5MPa<[σ]=215MPa，因此面板强度满足要求。

②刚度校核

刚度线荷载q=0.065×1=0.065N/mm，面板变形图见图13。面板最大变形处在3和10单元1/2处（跨距300mm）：Vmax= 0.48m<[v]=300/400=0.75mm，因此刚度满足要求。

3.3.2 内模板竖向主肋校核

[8#槽钢参数：Wx=25300mm3 Ix=1013000mm4 A=1270mm2

①强度校核

q=65kN/m2×0.4m×1.2=31.2kN/m

背楞从上向下间距依次为350mm、800mm、350mm。模型图见图14，弯矩图见图15。

Mmax=1433250N·mm

σmax=Mmax/w=2369250/23500=N/mm2

所以竖肋[8#强度满足要求。

②刚度校核

q=65kN/m2×0.4m=26N/mm，变形图见图16。

竖肋[8#单元1、3端部最大变形为0.27mm：

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

单元2跨中最大变形为0.039mm：Vmax<[v]=800/500=1.6mm

因此刚度满足要求。

3.3.3 内模板背楞计算

2[12#槽钢参数：

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

①强度校核

q=65×1.2×0.8=62.4kN/m2采用4根对拉，模型图见图17，弯矩图见图18。

Mmax=7987200N·mm

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

因此强度满足要求。

②挠度校核

q=65×0.8=52kN/m2，变形图见图19。

1单元端部最大变形为0.06mm：

[v]=400/1000=0.4mm Vmax=0.06mm<[v]；

2单元跨中最大变形为0.32mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.32mm<[v]；

3单元跨中最大变形为0.15mm：

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.15mm<[v]；

因此扰度满足要求。

4.模板的施工

钢筋安装完成后，进行模板的拆除、支立和提升，模板安装采用塔吊及人工配合吊装模板，吊装时先吊外模，再吊内模。模板吊装时先拼装墩身一个面的外模，然后逐次将整个墩身的第一节外模板组拼完毕。外模板安装后吊装内模板；然后上拉筋。每节模板安装时，可在两节模板间的缝隙间塞填薄钢板纠偏。模板提升到位后对内、外模板进行整体校正。支立模板前模板先进行打磨除锈，然后用棉纱多次擦光。模板间用高强螺栓连接，并拉设Φ22拉模钢筋，拉模钢筋两侧用螺帽加垫圈紧固。模板接缝处填塞双面胶带，内侧用高强腻子堵缝，杜绝漏浆。模板安装完后对模板进行检查，首先检查模板的接缝及错台，模板的接缝控制在1mm以内，模板的错台控制在2mm以内；用钢尺检查模板的几何尺寸，拉线检查模板的顺直度，水准仪检查模板顶面高程，然后用全站仪测量墩顶模板位置。严格控制轴线偏位在5mm以内。如果有不合格的情况，用手拉葫芦和千斤顶进行调整。拆除的模板清除掉板面上的混凝土、涂刷脱模剂进行下道工序。

结语

混凝土工程施工中，模板质量关系到质量、安全、工程进度和经济效益。在工程施工中模板设计必须满足要求，确保工程安全和质量；加强模板的管理，让模板发挥更好的经济效果。

参考文献

[1]王正艳.薄壁空心墩模板设计及施工示例[J].科技信息，2010（21）：458-460.

[2]盛国军.超高模板及支撑设计[J].山西建筑，2007（10）：201-202.