提拉模板工艺在薄壁变截面筒体结构施工中的应用

崔珂琳，杜闯

（中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

1 工程简介

某灯塔工程为钢筋混凝土剪力墙结构，地上14 层，建筑高度50 m 以上。整体结构形状为竖向87°倾角渐变收缩筒状结构，其中第1～3 层为3层圆环结构，第4～13 层为单层圆环结构，第14层及屋面为双层圆环结构。设计使用年限50 a，耐火等级一级，抗震设防烈度为6 度。其中第1～3 层和第14 层采用木模板工艺施工，第4～13 层采用提拉模板工艺施工。

2 施工工艺

2.1 提拉模板系统组成

提拉模板是针对变截面灯塔外侧模板而设计的新型模板系统，模板系统由A、B 型模板面板（3 mm 厚钢板），紧固系统（由手拉葫芦或紧张器及φ14 mm 钢丝绳组成）和提升装置组成，提升装置布置示意图如图1 所示。一次施工高度在1.8 m左右。

施工时，通过收放紧固系统的钢丝绳调整模板的松、紧，从而调整模板形状，能很好适应固定截面、变截面的结构。通过与内模板之间设置的限位装置可以保证模板定位，通过设置的手拉葫芦提升装置实现模板提升。为保证模板系统的稳定性，在整个施工过程中，模板时刻保持悬吊状态。

图1 提升装置布置示意图Fig.1 Schematic diagram of lifting device layout

2.2 提拉模板构造

模板结构形式由A 型模板及B 型模板拼接组成，A 型模板尺寸根据灯塔截面确定，如果为固定截面，则A 为长方形；如果灯塔为变截面形式，则A 型模板根据半径变化规律制作成梯形，本工程A 型模板选用下底长1 250 mm，上底长1 230 mm，高1 850 mm 的等腰梯形，厚度3 mm。根据灯塔截面半径计算所需A 型模板数量，B 型模板（长2 000 mm，宽60 mm，厚3 mm）和A 型模板配套加工，组装时在相邻两块A 型模板之间接缝处拼接B 型模板，通过铆钉固定成一个整体，并在连接板处上端安装吊装吊耳。根据本工程结构半径确定共拼装3 块大型模板，通过调整3 块模板之间的搭接长度实现变径控制。根据计算的钢丝绳间距在连接板上安装钢丝绳限位环，并穿入钢丝绳，钢丝绳绕一圈后通过手拉葫芦或紧张器连接两头，以供模板尺寸调整时收缩用。模板组装如图2 所示，钢丝绳一般采用1670 级φ14 mm，手拉葫芦或紧张器的选用根据实际计算结果确定[1-2]。

图2 提拉模板组装图Fig.2 Assembly drawing of lifting formwork

2.3 提拉模板支设

在施工前，模板结构先根据设计规格按照上述拼装模式进行拼装，待灯塔结构钢筋绑扎、内模板支设完成后，在模板顶口和中间部位梅花形均匀设置混凝土支撑块，控制外墙厚度。提拉模板用吊车吊至待安装位置，初定位后将预置的提升装置与提拉模板吊装吊耳连接，同步收紧紧固装置安装到位；紧固装置如图3 所示。模板调整时，先收紧模板下端设置的2 道钢丝绳，锁住已浇筑混凝土；模板最上端的1 道钢丝绳同步收紧。测量辅助进行精确调整后，锁死上下的固定钢丝绳，中间部分钢丝绳逐步收紧。验收后浇筑混凝土结构。待上节段钢筋绑扎完成设置好支撑块后，略微放松模板背带钢丝绳使面板脱离混凝土面，然后收紧提升架上悬挂的手拉葫芦将模板提升到位，按上述方式重复后续施工。

图3 紧固装置示意图Fig.3 Schematic diagram of fastening device

3 荷载验算

本工程混凝土一次浇筑高度H 为1.8 m，面板采用3 mm 厚薄钢板，外绑1670 级钢丝绳直径14 mm，钢丝绳间距15 cm。混凝土采用塔吊吊装吊斗浇筑方案，吊斗最大尺寸不超过0.8 m3，浇筑速度V 为10 m3/h。混凝土重度γc取25 kN/m3，环境温度T 为35 ℃，混凝土初凝时间t0取4 h，底半径R1为5.134 m，顶半径R2为3.247 m，壁厚δ 为0.3 m，阵风系数取1.51，风压高度变化系数取2.03，风荷载体型系数取1.3，基本风压取1.8 kN/m2，风荷载为7.173 kPa，钢材弹性模量E取2.06×108kPa。

3.1 底节新浇筑混凝土产生的侧压力

混凝土水平投影面积A1=πR12-π（R1-δ）2=9.39 m2，混凝土浇筑速度为v1=V/A1=1.065 m/h，查JTS 202—2011《水运工程混凝土施工规范》[3]获得混凝土坍落度（140～160 mm）影响修正系数β 为1，则混凝土侧压力[4]F1=0.43γct0βv11/4=43.682 kPa，F2=γcH=25×1.8=45.0 kPa，两者取小值。

3.2 顶节新浇筑混凝土产生的侧压力

混凝土水平投影面积为A2= 5.835 m2，混凝土浇筑速度为v2= 1.714 m/h，同理计算，则顶节混凝土侧压力F=45.0 kPa。

3.3 底节钢面板验算

3.3.1 钢面板垂直方向应力验算

计算承载力时的荷载组合为q1=1.35×43.682+0.9×1.4×7.173=68.01 kPa，计算变形时的荷载组合为q2=1.35×43.682=58.97 kPa。垂直方向钢面板按照简支梁计算钢板承载力，简支梁间距l=0.15 m，取1 m 宽钢板进行验算，则最大弯矩Mmax1=1/8×q1×0.152=0.19 kN·m，截面惯性矩 I=1/12×1×0.0033，截面模量W=1/6×1×0.0032，则垂直方向应力为：σ底1=M/W=127.53 MPa ＜215 MPa，满足要求；垂直方向变形为：f底1=5q2l4/（384EI）=0.926mm＜2 mm，满足要求。

3.3.2 钢面板水平方向应力验算

不考虑面板截面参与受力，仅考虑由于钢丝绳环向变形引起的面板应力增加值，面板总变形率为：ε底=0.028/32.257 87=0.000 868，面板水平方向应力为 σ底2=2.06×108×0.000 868=178.81 MPa＜215 MPa，满足要求。

3.4 顶节钢面板验算

同底节面板验算，顶节钢面板垂直方向应力σ顶1=141.467 MPa＜215 MPa，f顶1=0.9 mm＜2 mm；面板总变形率ε顶=0.013 2/20.402=0.000 65，面板水平方向应力σ顶2=133.9 MPa＜215 MPa，满足要求。

3.5 底节钢丝绳内力计算

钢丝绳缠绕在模板外，呈圆形，计算承载力时钢丝绳的内力为N底1=R1q1=349.157 kN/m；变形时钢丝绳的内力为N底2=R1q2=302.756 kN/m。

3.6 顶节钢丝绳内力计算

同理，计算承载力时钢丝绳的内力为N顶1=245.016 7 kN/m；计算变形时钢丝绳的内力为N顶2=215.670 3 kN/m。

3.7 钢丝绳选用

钢丝绳抗拉强度1 670 MPa，安全系数取4[5]，取14 mm 直径钢丝绳，查得该钢丝绳破断拉力取118 kN，设计承载力为：118/4=29.5 kN，计算直径d=349.157/29.5=11.84＜14，钢丝绳间距0.15 m，可满足要求。

3.8 钢板铆钉

提拉模板A、B 型模板间采用铆钉连接，铆钉直径8 mm，间距3 cm，普通8.8 级承压型螺栓抗剪强度取320 MPa，则铆钉受力情况为0.004×0.004×3.141 5×（1/0.03）×320 000=502.64 kN/m，大于混凝土侧压力产生的拉力5.134×68.01=349.157 kN/m，满足要求。

4 提拉模板工艺的优点

通过对比提拉模板和传统普通钢模板两种施工工艺，在进度、质量和成本分析几个方面，体现出提拉模板工艺的优点。

4.1 缩短工期，保证质量

采用变径提拉模板施工，平均每1.5 d 可以完成一次混凝土浇筑任务，即每天可完成主体施工1.8 m，故第4～13 层主体施工总高度为37.8 m（第1～3 层及第14 层结构复杂，考虑使用木模板）工期为31.5 个有效工日；传统全套模板工艺每4 d 可以完成主体施工1.8 m，故第4～13 层主体施工工期为84 个有效工日。

由于提拉模板的外部属于大片模板，混凝土浇筑后表面观感较好，达到预期效果，满足设计要求。

通过对比分析可以看出提拉模板工艺不仅节省52.5 个有效工作日，而且在提高施工效率，加快施工进度的同时，保证了灯塔主体的表观质量。

4.2 节约成本，提高效益

4.2.1 传统钢模板工艺经费预算

1）材料费用

外模采用传统钢模板总量为176.4 t，按综合单价（包含模板材料费、加工费，至施工现场运费）11 000 元/t 考虑，则材料费用为176.4 × 11 000 =1 940 400 元。

2）机械费用

单独考虑外模施工机械费用，考虑使用塔吊30 个台班用于外模支模，塔吊租赁单价按照2 500 元/台班考虑，则机械费用为2 500 × 30 =75 000 元。

综合所述，传统钢模板方案的费用合计为2 015 400 元。

4.2.2 提拉模板工艺经费预算

1）材料费

提拉模板工艺使用钢模板厚度为3 mm，总量为20 t，按照每吨综合单价（含加工、材料费、至前场运费）20 000 元/t，则模板费用为20 000×20=400 000 元。

提拉模板工艺使用的1670 级钢丝绳直径为φ14，总量为356 m，按照综合单价（含加工、材料费、至前场运费）15 元/m 考虑，则钢丝绳费用为 356×15=5 340 元。

其他材料如固定手拉葫芦钢管，紧固器等综合考虑总费用为50 000 元。

2）机械费

提拉模板外模主要起重设备为手拉葫芦，共用20 个，按照每个手拉葫芦3 000 元考虑，则手拉葫芦费用为3 000×20=60 000 元。

提拉模板外模采用现场塔吊配合人工进行拼装，使用塔吊共计5 个台班，塔吊租赁单价按照2 500 元/台班考虑，则塔吊费用为2 500 × 5 =12 500 元。

则提拉模板总费用为522 500 元。

通过提拉模板与传统钢模板的对比，可以看出提拉模板工艺节约成本1 492 900 元，节省工期52.5 个有效工作日。

5 结论和建议

1）整个提拉模板属于柔性结构，通过内模来实现整体形状的控制，在施工的过程中内模木模板的支立应需注意刚度的控制，以提高结构的整体性。

2）由于提拉模板的加固采用φ14 mm 钢丝绳完成，受模板压力后有一定的伸长值，为防止产生涨模，在加固过程中应重点关注钢丝绳的紧固程度，确保模板加固到位。同时混凝土浇筑过程中及时调整钢丝绳紧固度。

3）施工过程中提拉模板和内部木模板同高，在上口位置采用自制卡子卡住木模板和钢模板（卡子距离根据墙体厚度确定），间距50 cm 左右，可进一步保证模板上口尺寸，如图4 所示。

图4 紧固卡子施工照片Fig.4 Picture of fastening clip construction

变径提拉模板的使用可有效节约机械设备投入，提高施工效率，加快施工进度，降低成本，确保施工质量。

该工艺对于类似的变截面混凝土结构施工有一定的参考价值，可在类似工程中推广使用。