李冰黎，由廣君，毛海濱

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

模板工程作為混凝土工程的控制性工序之一，與工程質(zhì)量、成本、工期以及施工安全等息息相關(guān)[1]。本文依托草街船閘工程，闡述了大片鋼模板的設(shè)計與施工具體過程。

1 模板的設(shè)計原則

模板設(shè)計一般遵循以下原則：

1）通用性：混凝土施工中，常見的建筑物尺寸并不是一成不變的，通用性的考慮，就是盡量讓一套甲部位的模板可以直接應(yīng)用或經(jīng)過簡單修改后使用在乙部位。

2）易用性：就是便于支拆。模板工程的工序只有兩道，支立和拆除。便于支拆對人工成本、設(shè)備成本和工期都有直接的影響。

3）經(jīng)濟性：在模板設(shè)計時要考慮到投入與產(chǎn)出之間的關(guān)系。

4）安全性：通過受力計算和安全保證措施來實現(xiàn)。

模板設(shè)計除了要考慮以上原則，也要考慮設(shè)備能力和一線操作人員的作業(yè)習(xí)慣和相關(guān)經(jīng)驗。

2 混凝土結(jié)構(gòu)的施工分縫

混凝土結(jié)構(gòu)的施工分縫包括水平施工縫、豎向施工縫。水平施工縫劃分的確定，即明確了模板面板的高度；豎向沉降伸縮縫和豎向施工縫即明確了模板組合的長度。

2.1 水平施工縫的劃分

1）混凝土防裂要求

為了避免由于基礎(chǔ)溫差和內(nèi)外溫差等導(dǎo)致混凝土澆筑塊發(fā)生溫度應(yīng)力裂縫，防裂要求是決定水平施工縫間距即澆筑層厚的主要依據(jù)。底部分層考慮基礎(chǔ)約束，層高較小，約束區(qū)外大多數(shù)工程根據(jù)施工季節(jié)和結(jié)構(gòu)部位的不同，澆筑層厚在2～6m 之間[2]。

2）混凝土結(jié)構(gòu)的要求

混凝土結(jié)構(gòu)的施工分縫要避開應(yīng)力集中部位。應(yīng)力集中主要在結(jié)構(gòu)輪廓突變部位，如牛腿、廊道、懸臂等，同時還應(yīng)考慮鋼筋、埋件等因素。

3） 設(shè)備澆筑能力

應(yīng)從設(shè)備覆蓋范圍、入倉效率、配備數(shù)量等方面綜合考慮，避免因澆筑能力不足造成混凝土內(nèi)部冷縫。

4） 經(jīng)濟比較

考慮到模板支拆、水平施工縫的縫面處理、倉面待強時間等，在遵循以上幾項原則的基礎(chǔ)上，采用較厚的澆筑層厚較為經(jīng)濟。

綜合以上分析，結(jié)合原有施工經(jīng)驗，草街船閘工程的約束區(qū)外水平施工縫間距以3 m為主，遇結(jié)構(gòu)特殊部位有所調(diào)整。

2.2 豎向施工縫的劃分

出于防止不均勻沉降、溫度伸縮、防裂和便于施工的考慮，設(shè)計圖紙一般均會對豎向的沉降伸縮縫進行規(guī)定，結(jié)構(gòu)段長一般在20m以內(nèi)，也有因為結(jié)構(gòu)的原因，沉降伸縮縫間距較大，為了防裂和便于施工，需進行豎向施工縫的劃分。豎向施工縫一般采用錯縫或設(shè)置后澆帶的形式。豎向施工縫的劃分也應(yīng)遵循以上原則進行綜合考慮。

3 模板設(shè)計

在船閘工程中，模板采用常規(guī)的大片鋼模板工藝。大片鋼模板具有安裝和拆除簡便、尺寸準(zhǔn)確、板面平整的特點；施工工藝簡單、進度快、質(zhì)量好；工業(yè)化、機械化施工程度較高，綜合經(jīng)濟技術(shù)效益好，同時其周轉(zhuǎn)率在常用的幾種模板中最高。

3.1 模板結(jié)構(gòu)計算

1） 荷載組合計算

按照J(rèn)TS 202—2011《水運工程混凝土施工規(guī)范》[3]中混凝土側(cè)壓力的計算公式進行計算。綜合考慮現(xiàn)場澆筑及拌和樓混凝土的供應(yīng)和運輸能力，取澆筑量30～40 m3/h，依最小倉面尺寸計算平均上升高度為1 m/h左右。計算得出最大水平荷載組合：混凝土最大側(cè)壓力與傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載之和為50.72 kN/m2。

2） 模板結(jié)構(gòu)計算

模板的結(jié)構(gòu)計算順序由混凝土側(cè)向外側(cè)依次進行，分別為面板、面板加勁肋、橫向背帶、縱向背帶。計算過程為：依據(jù)荷載情況和初設(shè)結(jié)構(gòu)情況計算出最大彎矩值，然后計算所需鋼板或型鋼的抵抗彎矩，根據(jù)抵抗彎矩和鋼板或型鋼的截面特性進行鋼板或型鋼的選型，確定選型后，計算其最大應(yīng)力，最后進行撓度驗算。草街船閘工程模板結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

圖1 模板斷面示意圖Fig.1 Sketch of formwork cross-section

3）緊固、連接件計算

緊固、連接件根據(jù)模板計算時得出的約束反力（或稱支座反力），通過試算的方法，確定其布置間距和材料選型。船閘工程模板結(jié)構(gòu)的緊固、連接件包括底口錨栓和頂口拉筋的計算，其中頂口拉筋計算時取與倉面底面45°角。

草街船閘工程的模板經(jīng)以上計算過程（因模板周轉(zhuǎn)次數(shù)較多，計算中安全系數(shù)取大值），選材及布置見表1。

表1 模板選材及布置Table1 M aterialselection and arrangementof formwork

4）單位面積模板重量計算

根據(jù)表1計算出的單位面積模板重量進行模板分塊設(shè)計，供考慮設(shè)備起重能力時參考。草街船閘工程的模板單位面積重約為180 kg/m2，單位長度模板（取3.15m高）重量為567 kg/m。

3.2 模板的分塊設(shè)計

模板的分塊設(shè)計應(yīng)充分考慮起重設(shè)備的起重能力，在其允許范圍內(nèi)，模板的分塊力求定型化、整體化、模數(shù)化和通用化，盡量減少拼縫。分塊位置應(yīng)避開縱向背帶部位，緊固、連接件的布置應(yīng)達(dá)到規(guī)律性、周期性和通用性，即盡量將縱帶間距布置為統(tǒng)一數(shù)值。

草街船閘工程的模板分塊根據(jù)以上原則劃分。在上引導(dǎo)墻施工時，因豎向縫間距變化較為繁雜，且采用的起重設(shè)備起重能力較小，因此模板劃分為4 m、5 m、6 m三種模數(shù)，以滿足10 m、15 m、16 m、18m、20 m不同結(jié)構(gòu)段長的要求。在同期進行的下引導(dǎo)墻施工時，結(jié)構(gòu)段長較為一致（15 m），且起重能力有所提高，模板采用7.5 m一種模數(shù)。在后期進行船閘主體施工時，結(jié)構(gòu)段長較為一致（20 m），且采用起重能力大的門式高架起重機，將導(dǎo)墻模板分塊進行拼接，調(diào)整為采用10m一種模數(shù)。

3.3 模板的配備數(shù)量

模板的配備數(shù)量應(yīng)依據(jù)工期要求、作業(yè)面長度、起重設(shè)備數(shù)量、單倉混凝土澆筑時間、單倉模板支拆時間等綜合考慮，一般可通過繪制混凝土結(jié)構(gòu)升程圖的方式輔助確定。

4 模板加工、支立、拆除及維護

4.1 模板加工

模板加工外委專業(yè)加工廠進行。原材料由項目部購進，保證鋼材質(zhì)量。加工過程中由項目總工牽頭，技術(shù)質(zhì)量部專人控制模板加工質(zhì)量，嚴(yán)格按照加工圖紙及加工要求驗收后進入施工現(xiàn)場。模板的開孔均使用鉆床。模板后側(cè)噴涂防銹漆及藍(lán)色面漆，模板外觀見圖2。

圖2 模板支立外觀Fig.2 Formwork supportappearance

4.2 模板入場及存放

模板進入施工現(xiàn)場后，以不影響施工布置和施工道路為原則，按照施工部位和施工順序分區(qū)域存放。模板存放時，面板向上，平鋪，注意保護面板和縱帶。

對于未使用或不再使用的模板，進行除銹和涂刷脫模劑后，用彩條布覆蓋或用塑料膜貼于模板表面，防止雨水沖刷脫模劑造成銹蝕。

4.3 模板支立

模板支立前根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和位置由測量人員測設(shè)模板支立界線，支立時測量人員全程監(jiān)控。

模板底口坐在通過圓臺螺母連接至墻面外的φ30mm絲桿上后，用兩端由鋼管接長的緊張器在模板內(nèi)側(cè)調(diào)節(jié)模板頂口位置，準(zhǔn)確無誤后，焊接每塊模板頂口兩端的拉筋，然后通過加厚的螺母固定模板底口，各個螺絲應(yīng)按順序均勻擰緊兩遍，使螺絲的整體受力達(dá)到最佳，保證模板底部連接牢固，最后將模板頂口的φ22 mm拉筋和預(yù)埋錨筋焊接，拉筋要求順直、受力一致。焊接完成后，按順序擰緊各拉筋絲桿。預(yù)埋錨筋要求至少外露30 cm，與水平方向成45°角，拉筋與其搭接至根部，滿焊。

各塊模板的拼縫處，采用緊張器固定拼接，保證拼縫平整嚴(yán)密。為防止混凝土漏漿，拼縫處應(yīng)貼雙面膠止?jié){。

在模板支立準(zhǔn)確無誤后，在兩側(cè)堵頭模板上靠近前片位置拉線，混凝土澆筑過程中，為避免振搗引起的震動導(dǎo)致絲桿脫扣，倉面每上升1 m，參照堵頭拉線將所有絲桿按順序均勻擰緊一遍。

4.4 模板拆除

拆除模板時，先掛好吊索具，將各加固點有序放松，由專人指揮進行拆除，在模板吊離過程中應(yīng)十分小心，嚴(yán)格服從指揮人員指揮，以免模板或混凝土結(jié)構(gòu)物受到損傷。

4.5 模板維護

模板拆除后，立即用絞磨機對模板表面進行全面除銹，經(jīng)主辦工程師驗收后方可進行涂刷脫模劑工序。脫模劑涂刷時間選在支立前，避免飛蟲或灰塵等細(xì)小雜物附著。如混凝土澆筑前發(fā)現(xiàn)面板有污染，需用干凈抹布將模板表面擦拭干凈，重新涂刷脫模劑。脫模劑封閉保存，避免飛蟲或灰塵等雜物污染。

在每次模板拆除后，對其進行檢驗，如發(fā)現(xiàn)有局部變形或損壞，由專業(yè)模板加工隊伍赴現(xiàn)場修理，如發(fā)現(xiàn)較大變形，運回后方加工平臺修理后運返現(xiàn)場。施工過程中，對于局部較小面積的凹陷部位，采用傳統(tǒng)的烘烤敲擊方式修理，如效果不理想，可采用原子灰對表面凹陷部位進行補缺后刮平，效果極佳。

5 特殊部位的模板施工

1） 安裝間牛腿尺寸大（外伸4.5 m），距下方高度達(dá)到31.5 m，如在外側(cè)采用鋼管腳手架作為支撐，則工程量較大且于工期不利；如采用施工平臺搭配鋼管腳手架作支撐，施工平臺的吊裝拆除又具有極大的安全隱患。經(jīng)詳細(xì)計算和多次討論，其模板的支撐均采用內(nèi)拉法施工，即在內(nèi)側(cè)埋設(shè)型鋼立柱，將模板與立柱通過鋼筋焊接拉緊。內(nèi)拉模板簡化了施工工藝，加快了施工進度。

2）在導(dǎo)墻龕式系船柱模板支立時，先用型鋼架立定位架，測量確定標(biāo)高后將定位板固定在定位架上，再將系船柱模板坐在定位板上，一次就位，此工藝大大節(jié)省了支立時間。

3） 導(dǎo)墻爬梯兩側(cè)豎向間距1.5 m設(shè)有預(yù)埋件，施工中，在預(yù)埋件中心位置開孔，背面焊接螺母，在模板的對應(yīng)位置同樣開孔，用配套的螺絲，通過爬梯模板的內(nèi)部將預(yù)埋件固定在模板表面，拆除模板時將螺絲卸掉，模板即可拆除，預(yù)埋件位置準(zhǔn)確、平整、效果良好。

4）混凝土表面施工縫和沉降、位移縫的錯臺和漏漿是模板工藝的一項常見通病，為此在模板沉降縫、位移縫和施工縫處增設(shè)硬質(zhì)梯形塑料條進行倒角，形成明縫，在模板下方與已澆混凝土接觸部位設(shè)置彈性變形性能極佳的發(fā)泡橡膠條止?jié){，從實體效果看，錯臺、漏漿等通病基本杜絕。

施工后期發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)梯形塑料條與鋼模板的粘接容易在模板支拆過程中松動脫落，且周轉(zhuǎn)次數(shù)較少。后將塑料條更換為鋼管條，直接焊接在模板上，大大增加了周轉(zhuǎn)次數(shù)，并節(jié)約了處理塑料條的時間，縮短了模板支拆周期。

5）在船閘閘首閥門井施工中，為了保證豎井的內(nèi)壁質(zhì)量，同時考慮模板便于支拆，取消了傳統(tǒng)施工中常用的“穿心板”工藝，采用了可調(diào)的柔性陰角鋼模板工藝。即采用較薄的鋼板作為面板，轉(zhuǎn)角部位后側(cè)不設(shè)加勁肋結(jié)構(gòu)，形成柔性陰角鋼模，通過焊接在陰角內(nèi)側(cè)的調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)陰角模板的角度。支立時后支角模，拆除時先拆角模，支拆簡便，實體質(zhì)量優(yōu)良，實踐效果極佳，見圖3。

圖3 閘首閥門井模板拼裝圖Fig.3 Formwork assembling of lock head valve chamber

6 經(jīng)驗總結(jié)

6.1 懸臂模板

懸臂模板即支撐構(gòu)件以懸臂作用保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的模板形式，其原理是依靠模板底口單點與已澆筑混凝土連接，懸臂底端設(shè)軟性支墊抵在已澆筑的混凝土面上，形成兩點支撐的穩(wěn)定的懸臂形式，較傳統(tǒng)大片鋼模板節(jié)省施工拉筋等加固件，且安裝和拆除更為簡單快捷。

草街船閘工程大片鋼模板的形式初擬采用懸臂形式，但在計算后發(fā)現(xiàn)，模板背帶型鋼型號較大、模板重量較大、緊固件需選用高強鋼材，且模板頂口撓度變形較大，故放棄了懸臂模板方案，使用了常規(guī)的大片鋼模板。

但如在對混凝土的表觀質(zhì)量要求不高的工程中應(yīng)用懸臂模板，將大大節(jié)約施工成本，縮短施工工期。

6.2 模板結(jié)構(gòu)計算程序化

模板結(jié)構(gòu)計算中，每一個步驟環(huán)環(huán)相扣。計算中會出現(xiàn)如選取的材料在撓度驗算中結(jié)果大于允許最大撓度，需要后退到上一步驟重新計算的反復(fù)情況，或者由于計算初期選用的鋼材發(fā)生變化，需重新計算，計算量極大且耗時。

草街船閘工程模板結(jié)構(gòu)計算中，利用了簡單易用的Microsoft excel軟件，將計算過程程序化，在荷載組合不變的前提下，完成一次計算僅需調(diào)整鋼板或型鋼的截面參數(shù)即可完成計算過程，較為方便省時。同時采用了結(jié)構(gòu)力學(xué)計算器等小型的計算軟件，確保了計算準(zhǔn)確性和效率。

6.3 模板組合拼裝圖的繪制

組合拼裝圖的繪制是模板設(shè)計的核心，能集中體現(xiàn)設(shè)計意圖，對于模板支拆工藝和模板分塊設(shè)計也比較直觀。組合拼裝圖繪制的水平，決定了后續(xù)結(jié)構(gòu)計算和加工圖繪制的質(zhì)量和速度。

草街船閘工程的模板設(shè)計之初，對組合拼裝圖的繪制重視不夠，造成了后期加工圖繪制的多次返工，同時也導(dǎo)致緊固、連接件的布置未能達(dá)到一致，在施工過程中造成一些不便。

6.4 大片組合鋼模板的運用

在混凝土結(jié)構(gòu)的非外露面，如沉降伸縮縫位置等部位，對混凝土的表觀質(zhì)量要求不高，在模板設(shè)計時可以考慮使用組合鋼模板作為面板，既能加快模板加工進度，支拆速度也較組合鋼模板快，同時能適度降低施工成本。

草街船閘工程中在閘室底板（僅頂面外露）的施工中即采用了組合鋼模板，以型鋼為橫向、縱向背帶，模板加工周期短，結(jié)構(gòu)尺寸準(zhǔn)確，支拆快速，且在底板施工結(jié)束后，組合模板與型鋼背帶仍可再利用，施工成本低。

6.5 組合鋼模板和膠合板模板的運用

在船閘工程的一些部位，通過經(jīng)濟比較，也選用了更輕便、更利于保證結(jié)構(gòu)尺寸的組合鋼模板及膠合板模板進行施工，見圖4、圖5。

組合鋼模板及膠合板模板在施工中需要注意兩點：一是支撐的受力穩(wěn)定計算，二是拼縫部位的處理。受力穩(wěn)定計算過程中，荷載情況與大片鋼模板類似，不同的是鋼管架的計算。拼縫部位的處理主要是以雙面膠帶貼在模板側(cè)面止?jié){，黃膠帶貼在模板表面平順拼縫。

6.6 擋板的應(yīng)用

船閘工程使用的大片鋼模板作業(yè)平臺寬度達(dá)到1.2m，為了預(yù)防平臺上小型材料掉落，造成墜物隱患，在護欄下方設(shè)置了20 cm高的鋼板作為擋板，實際應(yīng)用中取得了極佳效果，未出現(xiàn)模板平臺上墜物傷人事故。

圖4 膠合板模板支立Fig.4 Plywood formwork support

圖5 組合鋼模板及定型鋼模板支立Fig.5 The supportsof combined steel formwork and set-shaped steel formwork

[1] 顧勇新.清水混凝土工程施工技術(shù)及工藝[M].北京，中國建筑工業(yè)出版社，2006.GUYong-xin.Construction technology and processofbare concrete engineering[M].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2006.

[2]水利電力部水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊：第三卷[M].北京：中國水利水電出版社，2001.General Administration of Water Resources and Hydropower Development of HHPDI.Construction organization design manual ofhydraulic and hydroelectric engineering:volume III[M].Beijing:ChinaWater Power Press,2001.

[3]JTS 202—2011，水運工程混凝土施工規(guī)范[S].JTS 202—2011,Specification for concrete construction of portand waterwayengineering[S].