摘要：文章依托合山特大橋?qū)嶋H工程，系統(tǒng)闡述了懸臂模板的設(shè)計方法及施工技術(shù)，并建立有限元模型進行整體驗算，證明了懸臂模板設(shè)計的合理性。該技術(shù)解決了由于各項目技術(shù)水平參差不齊，設(shè)計出的懸臂模板結(jié)構(gòu)安全存在一定風(fēng)險的問題，可為同類工程參考借鑒。

關(guān)鍵詞：實心方墩；懸臂模板；高墩；有限元模型

中圖分類號：U445.4? ?文獻標(biāo)識碼：A

女意編號：1673-4874（2024）04-0138-04

0 引言

隨著交通建設(shè)進入高質(zhì)量發(fā)展階段，公路建設(shè)更加重視與環(huán)境的協(xié)調(diào)，從選線設(shè)計上就盡量避免大填大挖，取而代之的是跨越能力更強的高墩橋梁。

高墩施工通常采用翻模技術(shù)，其安拆繁瑣，安拆過程有較大安全風(fēng)險。高質(zhì)量施工需要更高效的施工組織以及先進的施工設(shè)備［1］。

于是誕生了液壓爬模、懸臂模板等新設(shè)備。液壓爬模需要更精密的操作系統(tǒng)及硬件結(jié)構(gòu)，相比懸臂模板成本更高，一次投入過大。因此更為經(jīng)濟安全的懸臂模板得到了大規(guī)模的應(yīng)用。懸臂模板架體具有施工簡單、迅速和一次澆筑高度調(diào)節(jié)范圍大的特點。相對于傳統(tǒng)的翻模施工工藝，懸臂模板架體自帶后移裝置在進行模板安裝和拆除時施工工藝更為簡單快捷。

但是各項目的技術(shù)水平參差不齊，設(shè)計出的懸臂模板結(jié)構(gòu)安全存在一定風(fēng)險，本文通過實際工程案例，根據(jù)實際項目的施工要求，對懸臂模板的施工關(guān)鍵工況進行分析，并建立有限元模型進行整體驗算，對細(xì)部結(jié)構(gòu)進行受力驗算，目前應(yīng)用橋梁墩柱已超前完成施工，證明了懸臂模板設(shè)計的合理性［2］。

1 工程概況

武宣—來賓—合山—忻城公路1-4分部主線樁號K70+670～K86+000，主線樁號全長15.33 km，采用100 km/h設(shè)計速度，整體式路基寬26 m，分離式路基寬13 m，路基長6.841 km，橋梁4.574 km、隧道3.915 km，橋隧比約為55%。其中合山特大橋為分部線路的控制性工程，橋梁全長1 489 m，共37跨，設(shè)計采用40 mT梁，墩身設(shè)計為空心薄壁墩及實心方墩，其中實心方墩最大墩高43.24 m（見圖1），因建設(shè)規(guī)模大工期緊，36根實心方墩采用懸臂模板施工。

2 懸臂模板設(shè)計及施工要求

懸臂模板的設(shè)計和施工是需要同步考慮、互相協(xié)調(diào)的。以“安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，受力明確，經(jīng)濟合理，施工便捷”為原則進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實現(xiàn)高效服務(wù)現(xiàn)場施工，打造品質(zhì)工程的目的。懸臂模板的設(shè)計應(yīng)綜合考慮墩柱的施工工藝，所使用的機具設(shè)備及安全防護措施等成套施工體系。

實心方墩施工為分節(jié)段施工，節(jié)段模板吊裝擬采用吊車吊裝，因此模板結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮輕便，通過有限元分

析軟件，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡量優(yōu)化減輕構(gòu)件的重量，通過采用木梁膠合模板及木工字形梁等木質(zhì)結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)自重，以方便施工過程中的吊裝、安拆等［3］。

應(yīng)進行重要構(gòu)件、埋件的計算，其為模板體系的關(guān)鍵受力節(jié)點，在設(shè)計驗算滿足要求的前提下，現(xiàn)場施工應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計要求安裝預(yù)埋件，確保整個模板體系的安全穩(wěn)固。

3 懸臂模板設(shè)計

3.1 懸臂模板結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

墩身模板架體由項目聯(lián)合專業(yè)廠家根據(jù)合山特大橋墩身特點設(shè)計制造，采用PJ200懸臂模板架體。PJ200懸臂模板架體分為三角架和模板兩個主要部分，架體結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖2、圖3。三腳架主要作用為防止模板后移裝置和安裝模板時的施工平臺。模板分為墩身模板和挑架兩個部分，在模板安裝完畢后，挑架作為施工平臺進行鋼筋安裝以及混凝土澆筑、振搗工作。

3.1.2 模板設(shè)計

墩柱模板采用可拆裝式木梁膠合模板，由面板、豎向木工字形梁、水平向背楞及其連接件、模板對拉螺桿組成，墩身模板結(jié)構(gòu)布置見圖4。木梁膠合模板的面板采用δ18 mm維薩板［4］；豎肋為H20木工字梁，最大間距為30 cm；背楞為雙拼［14#a槽鋼，間距為110 cm。

3.2 懸臂模板結(jié)構(gòu)檢算

3.2.1 模板及拉桿驗算

3.2.1.1 設(shè)計計算指標(biāo)設(shè)計采用值

（1）鋼材物理性能指標(biāo)：［14#a雙拼槽鋼采用Q235鋼材，其力學(xué)參數(shù)：σ=215 MPa，τ=125 MPa，拉桿采用Q345鋼材，其力學(xué)參數(shù)：σ=310 MPa，τ=180 MPa。

（2）木工字梁物理特性指標(biāo)：抗拉、抗壓、抗彎強度σ=14.5 MPa；抗剪強度τ=1.5 MPa。

（3）容許撓度（以最窄邊為例）：柱箍變形梁［δ］≤L/500=2 000/500=4 mm。

3.2.1.2 荷載計算

在實際工程中主要承受模板自重、鋼筋混凝土自重荷載、混凝土側(cè)壓、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載。混凝土自重在有限元軟件中可直接施加，因此無須計算。其他荷載計算如下：

（1）混凝土側(cè)壓力荷載：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范計算得混凝土的最大側(cè)壓力為42.23 kN/m2，有效壓頭高度h=42.23/26=1.63 m。

（2）傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載：根據(jù)《施工現(xiàn)場常用臨時結(jié)構(gòu)設(shè)施計算手冊》，用于串筒或?qū)Ч軆A倒時，產(chǎn)生的沖擊荷載為2 kPa。

（3）振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：根據(jù)《施工現(xiàn)場常用臨時結(jié)構(gòu)設(shè)施計算手冊》，對垂直面模板可采用4.0 kPa［5］，所以施工荷載和為6 kPa。

3.2.1.3 荷載工況組合

對模板荷載進行組合，采用極限荷載組合進行驗算，具體組合方式如下：

（1）強度驗算荷載組合工況一：1.2×模板自重+1.2×混凝土側(cè)壓+1.4×傾倒混凝土荷載+1.4×振搗混凝土荷載。

（2）模板剛度驗算工況二：1.0×自重+1.0×混凝土側(cè)壓力。

3.2.1.4 邁達斯建模驗算

根據(jù)懸臂模板結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸及材料規(guī)格型號，建立邁達斯計算模型，經(jīng)運算分析，提取計算結(jié)果如圖5所示。

（1）［14#a雙拼槽鋼驗算：計算顯示［14#a雙拼槽鋼最大組合應(yīng)力為71.0 MPa，＜f=215 MPa，［14#a雙拼槽鋼背楞抗彎強度滿足要求；最大剪應(yīng)力為29.7 MPa，＜f=125 MPa，剪應(yīng)力強度滿足要求；最大撓度值為1.385 mm，＜4 mm，滿足變形要求。

（2）木工字梁驗算：木工字梁最大組合應(yīng)力為5 MPa，＜f=14.5 MPa，抗彎強度滿足要求；最大剪應(yīng)力為1.3 MPa，＜f=1.5 MPa，剪應(yīng)力強度滿足要求；最大撓度值為1.54 mm＜4 mm，滿足變形要求。

（3）拉桿驗算：拉桿最大組合應(yīng)力為244.9 MPa，＜f=300 MPa，拉桿抗拉強度滿足要求。

（4）墩身模板整體剛度驗算：墩身模板最大撓度為1.56 mm，＜4 mm，滿足變形要求。

3.2.2 重要構(gòu)件、埋件的計算

懸臂支架支座反力如表1所示。

3.2.2.1 受力螺栓計算

螺栓的承載力應(yīng)按式（1）規(guī)定計算：

NVNbV2+NtNbt2≤1NV≤Nbc? ? ?（1）

代入式（1）得NVNbV2+NtNbt2=58.481502+76.232002=0.55，<1，滿足要求。

3.2.2.2 承載螺栓與混凝土接觸處的混凝土沖切承載力計算

當(dāng)承載螺栓與錐形承載接頭連接時：

F≤2.8（d+s-30）（s-30）ft=2.8×（100+350-30）（350-30）×1.1=376 kN，≥74.94 kN，滿足要求。

3.2.2.3 高強螺桿抗拉承載力計算

對拉高強螺桿為D20螺桿，則A=3.14×（20×20÷4）=314 mm2；高強螺桿拉力N=A×f=314×600÷1 000=188.4 kN，＞78.94 kN。

3.2.2.4 承載螺栓與混凝土接觸處的混凝土局部受壓承載力計算

F≤2.0a2fc=2.0×100×100×10=200 kN，≥78.94 kN，滿足要求。

綜上，懸臂模板結(jié)構(gòu)設(shè)計及驗算的各項指標(biāo)滿足要求，可加工用于現(xiàn)場施工。

4 實心方墩懸臂模板施工技術(shù)

PJ200懸臂模板架體采用汽車吊配合進行安拆模板。墩柱每節(jié)澆筑高度按標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高度4.5 m進行施工。施工所用的鋼筋、模板等材料的垂直運輸設(shè)備采用汽車吊配合。鋼筋在工廠預(yù)制用車運到施工現(xiàn)場綁扎成型，主筋連接采用套筒連接。墩柱混凝土澆筑時采用汽車泵進行泵送［6］。

4.1 首節(jié)模板安裝

首節(jié)模板的安裝十分關(guān)鍵，模板底端應(yīng)用砂漿配合找平，防止根部出現(xiàn)漏漿爛根等現(xiàn)象。為控制模板的變形，模板需根據(jù)設(shè)計安裝對拉螺桿，對拉螺桿安裝見圖6。需要準(zhǔn)確安裝預(yù)埋件，施工過程中防止預(yù)埋件移位。

4.2 第二及以后節(jié)段施工

完成首節(jié)墩柱施工并且混凝土達到拆模強度（混凝土抗壓強度達到2.5 MPa）、卸下M30定位螺栓，將模板調(diào)離位置，將埋件支座、受力螺栓安裝在爬錐上如圖7所示。

埋件支座安裝完畢且混凝土抗壓強度達到20 MPa后，使用汽車吊將三腳架架體吊裝在埋件上并插上安全銷如圖8所示。

4.3 鋼筋安裝

下節(jié)墩柱混凝土澆筑并完成施工縫鑿毛清理后方可安裝上節(jié)鋼筋。首節(jié)墩身安裝鋼筋的高度為4.6 m，其他節(jié)段的鋼筋長度為4.5 m。用吊車安裝鋼筋骨架時，應(yīng)嚴(yán)格遵守起重操作規(guī)程，吊點注意防止骨架變形，必要時借助型鋼起吊。為便于骨架定位，鋼筋高度只有4.6 m，可用麻繩綁扎在骨架端部控制偏擺，也可進行臨時固定，防止鋼筋的擺動，保證骨架的穩(wěn)定。定位完成后，墩頂支座、防震塊等預(yù)埋鋼板、鋼筋、支座錨栓孔的預(yù)埋和預(yù)留均需測量定位，確保準(zhǔn)確牢靠。

4.4 安全步梯布置

安全步梯設(shè)在左右幅墩身之間，安全步梯頂部與懸臂模板架體的施工平臺采用工字鋼連通并在工字鋼上鋪設(shè)鋼板及安全圍欄。在墩身施工時預(yù)埋直螺紋鋼管并將鋼管兩端封堵防止混凝土進入鋼管內(nèi)，在墩身澆筑完畢拆模后刮除封補并安裝拉桿。將步梯附墻桿套入墩身預(yù)埋拉桿并在附強桿之間設(shè)置“X”形連接進行加固，安全步梯附墻桿層距為6 m。

采用混凝土澆筑安全步梯基礎(chǔ)并將安全步梯底座固定在基礎(chǔ)的頂面上，用膨脹釘固定，將底座的螺母調(diào)節(jié)至最低點，并保證4個螺母在同一水平線上。調(diào)節(jié)底座安裝完畢后，安裝立桿和橫桿并進行連接，在立桿和橫桿搭設(shè)完畢后，安裝橫撐和樓梯。

5 結(jié)語

本文系統(tǒng)闡述了懸臂模板的設(shè)計方法及施工技術(shù)，設(shè)計模板的過程充分考慮了現(xiàn)場施工不同階段的要求，結(jié)構(gòu)整體輕便簡單，易于安裝拆卸；同時在施工過程中也發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計上的缺陷，總結(jié)經(jīng)驗橋墩施工模板加固主要控制要點如下，可為同類模板結(jié)構(gòu)設(shè)計提供關(guān)鍵控制的思路：

（1）控制爆模的關(guān)鍵：法蘭螺栓數(shù)量、螺栓的強度、法蘭板焊縫破壞、法蘭連接方式可靠性。

（2）防止爆模最有效的方式是在模板外設(shè)環(huán)形加強箍。

（3）圓端形、矩形截面直面較寬時，需要設(shè)中間拉桿，控制剛度。

（4）圓端形墩柱圓弧端受力較大，法蘭連接是受力關(guān)鍵。

（5）控制混凝土澆筑速度，可以減小側(cè)壓力。橋墩混凝土采用泵送澆筑時，速度一般較快，因此容易出現(xiàn)因不控制速度而發(fā)生的爆模事故。

參考文獻

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作者簡介：覃漢輝（1986—），工程師，主要從事道路橋梁施工技術(shù)工作。