LET-D复合模板运用于市政综合管廊施工中的应用研究

雷中平

摘 要 成都天府国际机场市政土建工程三标段综合管廊工程在国内首次采用LET-D模板技术，相比其他材质模板，这种模板具有轻质高强、周转次数多、绿色环保、混凝土成型外观质量高的特点。以该项目为例，对LET-D模板应用中的工期效益、经济效益、关键问题及解决方案、施工工艺流程、可靠性进行了分析和研究，为后续LET-D模板推广应用提供理论支撑。

关键词 市政工程;综合管廊;LET-D复合模板;混凝土;施工

引言

LET-D复合材料组合模板是一种新型、绿色、低能耗、高品质的建筑模板，是继木模、钢模、铝模后中国模板行业第四代节能环保的高新技术产品，具有轻质高强、易于施工、脱模容易、操作简单、可塑性好等优点，能够充分满足市政综合管廊结构对于混凝土外观质量的极高要求。LET-D模板施工方法和质量控制是保证管廊工程混凝土成型质量的关键，直接影响管廊工程施工质量，结合工程应用实例分析和研究上述关键技术。

1工程概况

成都天府国际机场市政土建工程三标段综合管廊工程是四川省一号重点民生工程。施工段包括东西干道管廊和东三环管廊2段道路，总长度1826.7m，基坑深度15.29m～23.9m，管廊内含电力、信号、燃气、自来水等管道，并配置进排风口、吊装口、逃生口、高压细水雾泵房、立交T口等节点。管廊断面按照单层两仓形式布设，最大结构尺寸为6.9米宽、4.95米高，标准断面采用矩形断面。

综合管廊结构主体采用明挖现浇法施工，纵向施工分段按照变形缝综合结构特点考虑，每段25～30m，减少施工接缝，有效提高结构防渗漏的能力。明挖现浇管廊施工法常采用模板有：木模板、铝合金模板、钢模板、LET-D模板等。该项目标准段廊身拟采用LET-D模板浇筑成型;非标准段、口部结构、特殊结构等可采用钢模板成型，端部采用木模板[1]。

2LET-D模板产品优点对综合管廊工程的适用性分析

2.1 材料特性

传统高分子塑料模板如PVC模板摊销费用较低，为胶合板的30%～50%，具有价格优势，但强度与刚度较小，表面硬度差。而LED-T复合材料是纤维增强聚合物领域的一种新型高级轻量化材料。以热塑性树脂为基体，以长纤维（主要为玻璃纤维和碳纤维，10～25mm）为纤维增强材料的热塑性复合材料，模板刚度较PVC板提高7.25倍，弹性模量提高4倍，能充分解决以往高分子模板多次周转后模板绕曲变形等缺点。

2.2 组装性能

通过快捷组装手柄（插销）的使用，相较钢模板插销安装难度大，快捷组装手柄能快速连接和锁定，LET-D复合模板具备快速拼装特性，由此带来的工效、人工指标优势。

2.3 综合管廊钢筋混凝土结构特点和明挖现浇法施工条件分析

（1）综合管廊主要采用单/多舱+单/多层横截面布置形式，内舱轮廓多为直线型，并且侧墙和顶板外表面通常需敷设防水层或保护层，因此，内外层混凝土外观质量总体要求是表面平整、顺直、方正，为LET-D复合模板大幅面整体组拼创造了使用条件。

（2）同类型横截面纵向成段延伸，更有利于穿行式移动模架用于混凝土浇筑。

（3）从成本控制考虑，明挖基坑宽度通常有一定限制，侧墙外模板支撑体系安装空间狭窄，LET-D复合模板大幅面组拼后，整体自稳性强、刚度较高，相较传统竹胶木模板、钢模板体系，相应支撑体系可大为简化，能有效克服该不利施工条件。

2.4 LET-D复合模板产品优点对综合管廊工程的适用性分析

通过对LET-D复合模板数值模拟、仿真分析、工艺试验等手段，确定模板体系最优方案（移动模架），充分发挥LET-D复合模板产品优点（大幅面整体组拼和快拆），满足综合管廊工程在混凝土结构外观质量、施工效率、防水功能等方面的要求。

3LET-D模板系統关键工艺方案

3.1 LET-D复合模板+移动模架方案设计

（1）模板体系的构成

为了解决传统模板工程中存在的问题，同时提高综合管廊的施工效率，LET-D模板项目组开发了简易式可移动满堂脚手架体系。如图1所示。

LET-D模板采用简易式可移动满堂脚手架体系，并且经过施工方案深化设计，实现了整体移动周转使用的功能，一次拼装后可整体（包含支架、顶板模板、顶板木方）移动至下一个施工段。避免散装散拆的施工弊端。

3.2 LET-D复合模板单元与移动模架支撑的适配性分析

（1）理论计算分析

1）荷载统计。选择管廊标准段为对象进行分析。LET-D模板作为受弯构件，主要承受来自混凝土自重产生的侧压力和振捣混凝土时产生的荷载，采用式1，式2计算新浇筑的混凝土作用于模板的侧压力标准值。

①

②

式中：为混凝土的重力密度;t为混凝土的初凝时间;为混凝土缓凝剂调整系数;为混凝土坍落度调整系数;V为混凝土在高度方向上的浇筑速度;H为混凝土侧压力计算位置到新浇混凝土顶部的总高度。

混凝土的侧压力为：

F=0.22×25×5×1.0×1.15×1.51/2=38.73kN/m2        ①

F=25×3.5=87.5kN/m2                            ②

根据计算结果，取较小者，故取F=38.73kN/ m2;

考虑倾倒混凝土时对侧模产生水平荷载标准值为2kN/m2

计算得出组合荷载为：

F=1.2×38.73+1.4×2=49.28kN/m2;（验算抗弯强度用-设计值）

F′=38.73kN/m2;（验算挠度用-标准值）

2） 模板强度计算及挠度验算。模板按支承在钢管上的三跨连续梁进行受力分析。其中LET-D模板各项物理力学性能如下：

本算例中，模板截面惯性矩I和截面抵抗矩W从下表可知：

模板计算简图如图4所示。

①模板强度计算

线均布荷载为：

q1=F×0.5=49.28×0.5=24.64KN/m（验算抗弯强度用-设计值）

q2=F′×0.5=38.73×0.5=19.37KN/m（验算挠度用-标准值）

荷载作用下弯矩：M=0.107q1l2=0.107×24.64×0. 62=0.95 KN·m=0.95×106 N·mm

则模板弯曲应力：=0.95×106/（36.4×103）=26.08N/mm2=26.08Mpa<[σ]=145Mpa;

模板抗弯强度满足要求.

②模板挠度计算

ω=0.677q2l4/100EI=0.677×19.37×6004/（100×6100×

226.58×104）=1.22mm<[ω]=l/400=600/400=1.5mm

模板挠度满足要求

（2）数值模拟分析

1） 模型建立

根据填充墙现场浇筑试验的实际尺寸利用ANSYS软件建立有限元模型，除新型模板定义为非线性材料外，其余材料均为弹性.新型模板泊松比设定为1;铝合金边框的弹性模量定義为7.0×1011N/m2，泊松比为0.33;木材的弹性模量定义为9.5×109 N/rn2，泊松比为0.2.铝合金边框和面板采用壳单元，木楞采用实体单元.根据墙模板实际受力情况，将荷载简化为三角形分布荷载，模板底部所受荷载值最大，顶部荷载值取为0，对称地施加在墙两侧的模板之上，新型模板与木楞之间、木楞与方管之间、铝合金边框与方管之间，以及两块相邻的模板之间均定义了接触[2]。

2） 有限元数值模拟计算结果分析

模板的应力云图和变形图如图5和图6。

由计算结果可知：①新型模板的最大应力值为29.2MPa，小于容许应力值145MPa;②新型模板的变形挠度最大值1.32mm，小于规范限值1.5mm;

3）与理论计算值对比。由分析结果可知新型模板在混凝土侧压力的作用下，最大应力值为29.2MPa，出现在最下部两道横撑之间，最大应力值远小于材料本身的强度[σ]=145Mpa。

新型模板的最大变形出现在模板两道横撑之间，变形最大值为1.22mm，小于规范规定的限值1.5mm。因所受荷载沿高度方向由下到上逐渐变小，相应变形也逐渐变小。将新型模板应力与扰度对比数据列于表1。

由表可知，新型模板受力与挠度理论计算、数值模拟有限元分析数据结果相差不大，且符合相关规定要求。

3.3 移动模架快拆功能设计

依据国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》规定，板底模、模板跨度≤2.0m时，混凝土强度达到设计强度的50%时方可拆模。模板快拆施工技术的基本原理就是在施工阶段把结构跨度人为的划小，降低其内力，使模板能够早拆，而结构的安全度又不受影响，以实现“加快材料周转，减少投入，降低成本，提高工效，加快施工进度，缩短工期”的目的。

移动模架主要分为两部分：一部分为传统钢管与十字扣搭设的扣件式满堂架，一部分为预留晚拆部分的后拆段。施工时特别注意将主龙骨分为三节。

施工操作流程：搭设左右两个单元扣件式满堂架→拼装侧墙模板→安装侧墙模板加固并校直侧墙模板→铺设顶板主次龙骨→铺设顶板模板及倒角→安装中间独立支撑带→待检验合格后浇筑混凝土。等待侧墙混凝土达到拆模强度时，拆除侧墙模板加固及模板，调节顶板顶托，留下中间独立支撑的后拆段，该部分后拆段等到顶板混凝土强度达到拆除规范的要求再进行拆除。

安装阶段：待满堂支撑架、顶板主次龙骨及顶板安装完成后，于后拆段底部另设立杆支撑，间距900mm布置。

拆模阶段：待混凝土强度达到设计强度的50%时，拆除满堂支撑架、上部主次龙骨及侧边模板先行移动到下一施工段，后拆段模板、下部龙骨及支撑立杆待混泥土强度达到规范要求后再进行拆除[3]。

3.4 防水构造设计

主体采用钢筋混凝土结构自防水，确立钢筋混凝土结构自防水体系，采取措施控制结构混凝土裂缝开展，增强混凝土防渗能力，改善钢筋混凝土结构的工作环境，进一步提高其耐久性。同时以施工缝、变形缝等接缝防水为重点，辅以附加防水层加强防水。

3.5 特殊节点设计

（1）管廊倒角模板设计：新模板设计充分考虑传统模板漏浆现象，采用铝合金倒角模在pvc倒角模改进。利用连接手柄链接，施工操作更加方便、省工。

（2）加固体系设计：采用横纵布置新型C型加固件，使用顶托支撑。加固材料采用壁厚3.0mm的新型C型加固件，理论周转次数高达300次，突出体现了重量轻，承载能力强操作简便，比使用传统圆管加固的工段，人工费用节约30%，材料费用节约7%。

（3）管廊吊环方案设计：与传统模板需要预留吊环槽口工艺相比，新型模板采用预埋式吊环施工方案，不需使用割据等危险器具，工效提高20%左右，有效节约材料成本。

（4）哈芬槽设计：与传统模板在使用绑扎或者焊接将固定哈芬槽固定在主筋上相比，新型模板直接将哈芬槽粘接在模板上，然后绑扎在主筋上，使得哈芬槽与模板紧密贴合，减少漏浆，哈芬槽科可以作为内撑构件，提高施工效率。

（5）管廊端头链接设计：用定型木模作为结构变形缝和垂直施工缝的端头模板。结构变形缝处的端头模板处设填缝板，填缝板与嵌入式止水带中心线和变形缝中心线重合，并用模板固定牢固，止水带不得穿孔或用铁钉固定。

3.6 施工工艺

（1）二次浇筑方案：侧墙分二次浇筑，侧墙底部倒角和底板首先成型，侧墙底部成型后作为复合模板特别是侧墙外模定位和固定的基础;底板提供穿行式移动模架行走、架设通道和作业面。

根据定位线安装压脚板。

安装内外侧模板，倒角位置采用铝合金倒角模，安装必要时采用临时斜撑固定（外部限位、内部限位通过对拉螺杆控制）。

外侧墙加固：底板模板离地200mm处采用对撑加固，模板采用先竖后横的加固方式，横向为单拼φ48mm×2.75mm钢管，竖向双拼φ48mm×2.75mm钢管配合M14对拉螺杆间距进行对拉加固。

内墙加固：倒角配合定位筋（间距900mm）进行定位加固，模板采用竖向双拼φ48mm×2.75mm钢管配合M14对拉螺杆进行对拉加固。

（2）线形控制：模板平整度、直线度（侧墙垂直度）指标，工艺控制措施。

（3）防水构造施工质量控制：侧墙水平缝止水带、节段环向止水带安装定位工艺措施，内外模防水拉杆安拆工艺。

变形缝的设计要满足密封防水、适应变形、施工方便、检修容易等要求。

结构层中央埋置中埋式止水带，外侧嵌缝材料嵌缝，并在外墙迎水面设置防水卷材加强层。在浇筑变形缝一侧的混凝土时，为防止另一侧止水带受到破坏，模板的挡头板应做成箱型，同时止水带部位的混凝土应振捣密实，以保证变形缝部位的防水效果。

施工缝预处理：在原混凝土表面上，应清除水泥薄膜和松动石子以及软弱混凝土层，并加以充分湿润和冲洗干净，且不得积水。即要做到：去掉乳皮，微露粗砂，表面粗糙。在原混凝土基面上均匀涂抹厚度10～15mm的环氧混凝土界面剂一层。结构层中央止水带，同时外墙迎水面设置防水卷材加强层。

（4）快拆工艺控制：主要是先/后拆模段的划分原则和拆模时间要求，支架分离工艺。

顶板采用快拆模板体系，板底模、模板跨度≤2.0m時，混凝土强度达到设计强度的50%时方可拆模。如表2所示：

悬臂梁和悬臂板达到100%。模板快拆施工技术的基本原理就是在施工阶段把结构跨度人为的划小，降低其内力，使模板能够早拆，而结构的安全度又不受影响，以加快材料周转，减少投入，降低成本，提高工效，加快施工进度，缩短工期的目的。

安装阶段：待满堂支撑架、顶板主次龙骨及顶板安装完成后，于模板后拆段底部另设立杆支撑，间距900mm布置。

拆模阶段：待混凝土强度达到设计强度的50%时，拆除满堂支撑架、上部主次龙骨及侧边模板先行移动到下一施工段，后拆段模板、下部龙骨及支撑立杆待混泥土强度达到规范要求后再进行拆除

（5）复合模板安装、拆除、清理、保养工艺要求。

1）模板安装

模板安装前，应先清除污垢，并涂刷脱模剂。组装模板时，其间使用螺栓联成整体，外围用纵横向型钢和拉杆加固，模型底部在底板施工时预埋φ20短钢筋头以控制模型位置。架立完成后对其平面位置、顶部标高、垂直度、节点联结及纵横向稳定性使用测量仪器及必要工具进行检查、确认，发现问题及时解决[4]。

2）模板拆除

模板支撑拆除前，混凝土强度必须达到设计要求，并经申报批准后才能进行。顶板底模拆除时的混凝土强度要求见表3：

4结束语

4.1 效益分析

（1）工期效益分析

分析以一个单舱管廊标准段为例：管廊长21.6m，侧墙净高3m，净宽3m，墙厚300mm，侧墙内外模面积272.16㎡，顶板模板面积64.8㎡，总面积336.96㎡;工日以：10小时/工天为标准进行计算。通过定量分析可知，针对一节总面积为336.96㎡标准管廊，采用LET-D模板要比使用木模板节约总工期6.5工日，比组合钢模板节约18.5工日，比铝模板节约2.5工日。总工期节约效益明显。采用LET-D模板，大工占总工时的6%，中工占62%，小工占32%，相比而言，组合钢模板大工占比21.8%，中工占比75.9%，小工占比2.3%;铝合金模板大工占比9.1%，中工占比76.4%，小工占比14.5%;木胶合板大工占比36.5%，中工占比50.8%，小工占比12.7%。复合模板中工占比最多，其次为小工，大工使用较少，比其他类型模板占比少了3%～30%。复合模板施工便捷，安装作业标准化、快捷化、集成化。

（2）经济效益分析

1）人工成本。现浇混凝土成本费用主要由材料与人工费构成。其中工费以大工320元/工天，中工220元/工天，小工160/工天的标准进行计算。

2）施工单价。每平方模板成本模板成本按照下式计算：每平方模板成本=材料单价×（1-残值率）/周转次数+人工单价

木模板包工包料，周转次数10次，残值率为0，使用后直接报废。铝模板材料单价900元/每平方米，残值率为36%。LET-D模板单价400元每平方米，残值率40%。

通过对三种模板随着周转次数施工单价趋势的分析，随着模板周转次数的增多，LET-D模板的施工单价明显低于铝模板与木胶合板，在周转次数达到50次时，施工单价比木模板便宜31.86元，比铝模板便宜21.86元，效益明显。

4.2 BIM技术优化

LET-D模板体系在工程建设行业有证广阔的应用前景，然后二维平面图纸难以直观、清晰表达模板配模设计，可能会存在工程量计算烦琐、施工协调困难等问题。利用BIM技术建立LET-D模板配模三维仿真模型，能够更加方面，直观、有效的表达模板拼装方式、拼装效果，反映拼装全过程。项目技术人员能通过计算机平台进行虚拟支模，模拟实际模板施工，能有效解决在现场施工遇到的问题和错误，如复杂节点位置的拼装过程等。

4.3 展望

本文介绍了一种应用于市政综合管廊明挖法施工的LET-D模板系统，通过本文分析，其标准段采用LET-D模板施工较采用钢模板与木模板施工有着多方面优势。LET-D模板强度高，刚度大，不易变形，韧性较好，不易爆模，较铝合金模板更易于脱模，保证了混凝土施工质量。LET-D模板采用早拆式移动支架系统节约工期，周转次数达到50次以上长期使用不变形，节约管理费用，较其他模板明显降低成本。LET-D模板符合我国“以塑代木”“以塑代钢”的绿色施工、低碳环保的要求[5]。

参考文献

[1] 城市综合管廊工程技术规范：GB50838-2015[S].北京：中国计划出版社，2015.

[2] 罗启灵，王卫仑，刘洪海，等.铝合金模板早拆时间确定方法研究[J].施工技术，2015，44（17）：67-69.

[3] 许海岩，苏亚鹏，李修岩.城市地下综合管廊施工技术研究与应用[J].安装，2015（10）：21-23，30.

[4] 沈芳，陈景，高分子塑料模板在高层住宅中的经济分析[J].江苏建筑，2019（2）：77-79.

[5] 建筑LET-D复合模板工程技术规程：JGJT352-2014[S].北京：中国计划出版社，2014.