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摘要：介绍涵洞施工工艺,对钢筋混凝土盖板涵洞墙身模板进行简易计算,验算模板的强度及刚度,对模板支立进行控制,以达到很好的浇筑效果,同时也为涵洞的施工确定合理的施工方案。
关键词：墙身；模板；计算
1.工程概述
道安高速TJ10标项目K95+880及K96+507涵洞为钢筋混凝土盖板暗涵,结构尺寸均为:1-4.0×3.0,基础为1.55米高的素C15砼,墙身高度3.0米、宽度0.5米、C15素砼,盖板为C30钢筋混凝土、跨度为4.0米,八字翼墙素C15砼。涵洞采用组合钢模板施工,以保证结构的浇筑效果,提高浇筑的外观质量。
2.施工工艺及材料选择
2.1施工工艺流程
场地清理 测量放样 基坑开挖 安装模板 浇筑基础砼 支设涵台、翼墙模板 浇筑涵台、翼墙砼 盖板施工
洞口铺砌 台背分层填筑。
在进行砼浇筑时,基础模板的允许偏差值较大,而墙身模板规范要求严格,且允许偏差小,为使模板不变形或变形小于规范设计要求,需要对模板进行验算,保证模板的强度、刚度满足要求。
2.2材料选取
φ48×3mm钢管(内、外楞)、0.6×1.2m2钢模板、φ12对拉螺旋杆(包括螺帽和垫片)。
3.墙身模板的计算
3.1计算依据
根据所选取材料的物理力学性质,由材料的允许强度、刚度对支立的模板进行计算,当浇筑砼产生的侧压力对钢管楞及钢模板造成的压力小于最小允许值,则满足要求;反之,则另行设计,至满足。
3.2设计荷载
3.2.1竖向荷载
模板和支架的自重相对于砼的容重可不计,故只取砼容重24KN/m3 ;施工人员及料荷载以集中荷载2.5KN验算;倾倒砼的冲击荷载(用0.3m3的容器)为4.0Kpa;振捣砼产生的荷载4.0Kpa。
3.2.2水平荷载
对于涵洞墙身的竖直模板,新浇筑的砼的侧压力是它的主要荷载(采用内部振捣):
浇筑速度v=9 m3÷2.5h÷3㎡=1.2m/h 浇筑温度 T=220C
v/T=0.0545>0.035
有效压头高度h=1.53+3.8×v/T=1.703m
则作用于侧面模板的压力
Pm=K·r·h=1×24×1.703=40.872KN/㎡
振捣砼时对侧面模板产生的水平荷载,按4.0KPa计;
H—混凝土浇筑层(在水泥初凝时间内)的高度,m;
则模板受到的侧向总压力 P=Pm+4.0=44.872KPa
3.3墙身模板计算
3.3.1内楞间距l1的选定
钢楞系直接支在模板上，承受模板传递的多点集中荷载，为简化计算，此按均布荷载计算。每块模板上宜有两处支承，每个支承上有两个钢楞，本涵洞施工采用1.2×0.6m2的组合钢模板，模板自身为横向和竖向的扁钢在加工厂制作而成, 钢板长120cm,板宽为60cm,模板间连接用U形卡, 按照《路桥施工计算手册》（后文简称为手册）表8-38说明,可不进行计算,模板本身满足要求。内楞间距经验值取600mm,故本结构内钢楞间距l1取600mm
3.3.2内楞跨度（外钢楞间距l2）的计算
外钢楞的间距以内楞钢管的刚度和强度控制，内楞钢管在外楞的间距内，承受模板传递的均布荷载，其值与砼的液化高度（砼初凝以前的灌注高度，等于砼浇筑速度乘初凝时间）和内楞间距有关。此涵洞施工液化高度H=1.2m/h×3h=3.6m>0.6m,内楞的均布荷载为间距l1范围内的荷载，且按多跨连续梁计算，计算公式如下：
按刚度要求：查《手册》公式(8-25)
P——侧模板的侧压力，KN
MMAX——内楞计算最大弯矩，N·mm；
q——作用在内楞上的荷载，N/mm;
l2——外楞间距（内楞计算跨度），mm；
l1——内楞的间距，mm
W——内楞截面最小抵抗矩（mm3）；
——容许挠度值，对钢楞不得超过3mm
I——内楞截面惯性矩，mm4;
[f]——钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值，采用Q235钢，取215MPa;
E——弹性模量，钢材取2.1×105MPa
查《手册》表8-29钢管Ф48×3.0，截面积A=424mm2, 截面惯性矩I=10.78×104mm4, 截面最小抵抗矩W=4.49×103（mm3）
由公式（2），将、E、I、P及l1代入得
比较计算结果，知内楞跨度由其强度控制，其最大允许容许跨度为599mm，故取外楞钢管间距为550mm。
3.3.3外楞跨度（对拉杆间距l3）的计算
外楞双根钢管做立柱，其为集中荷载作用下的连续梁，拉杆的间距,以外钢楞的强度和刚度来控制计算.其计算按《手册》表8-13公式：
Q ——拉杆的集中荷载，KN;
EI——双根外楞钢管的抗弯强度，N·mm2
f——钢管的挠度值，一般小于l/400,l为钢楞的计算跨度
其它符号意义同上
拉杆间距l3，以外钢楞的强度和刚度控制。根据经验初步假定对拉杆布置为：水平方向每排外钢楞均布设，间距为550mm；竖直方向每隔一根内钢楞布设一根对拉杆，间距l3=1200mm。
外楞承受集中荷载Q等于内楞上的均布荷载乘拉杆的水平间距，即
Q=44.9×0.55×0.6=14.817KN
故满足抗弯强度和挠度的要求。
3.3.4对拉杆型号的确定
已确定拉杆的间距为550mm×700mm,拉杆承受的集中荷载Q等于内楞上的均布荷载乘拉杆的竖向间距，即
Q=44.9×0.55×0.7=17.287KN
拉杆的拉力N等于Q为17.287KN,查《手册》附表3-16选取直径为12mm的两端带螺纹的一级钢筋，其截面积为As=113.1mm2
则对拉杆允许拉力[N]= As×[f]=215×113.1=24.317KN
N<[N],故拉杆满足抗拉强度要求。
4.墙体整体稳定性验算
图示墙身与基础连接处预埋φ16钢筋,将模板外边缘底角固定,墙身部位使用同内外楞的钢管φ48×3mm为斜支撑,模板自身验算合格，但支立模板时的允许偏差，在浇筑混凝土的自重及施工人员的外部荷载作用下，造成墙身产生倾斜，为防止事件的发生，对斜支撑进行稳定性验算。墙身及组合模板在验算满足强度及刚度的条件下，可视为一个刚体，作为整体受力分析。其布置方式为：水平方向及竖直方向均每隔一道楞加斜支撑，即水平距离为110厘米，竖直距离为120厘米。
查《公路工程质量检验评定标准》,墙身允许偏差为300cm×0.003=9mm
钢管支撑以最不利荷载计算，取单独一根支撑分析，另外两根取掉，受力简图（图7）
承受压力G为G1(5.5m沉降缝的砼自重)和G2（外部荷载）受力的和
G=G1+G2=0.5×5.5×3×24+2.5=200.5KN
由（图7），N、G对铰支点取矩
则有: N×6×0.9=G×0.9/2
5.施工注意事项
①钢模板安装前应检查模板表面,保持模板表面平整光洁,以保证砼的外观质量。
②模板在安装过程中，应设置防倾覆设施；侧模安装应防止模板移位和凸出。
③钢模的脱模剂应选用合格产品，避免因此影响混凝土表面质量。
④斜支撑的撑脚应安装在坚实的地基上，或在地基上加设垫块。
⑤浇筑在混凝土中的拉杆，应按照施工要求，决定其是否拔出，并采取相应措施。
⑥模板在安装完毕后，应对其平面位置、顶部高程、节点联系及纵向稳定性进行检查，再进行混凝土的浇筑施工。
⑦浇筑过程中必须有专人对模板进行检查，发现模板有超过允许变形及漏浆现象时，应及时纠正。
结语：
结合上述理论计算，在施工中根据实际地形，结合现场，确定可行的施工方案，在本标段K95+880及K96+507涵洞施工时，由于地质条件不均，有的是坚石、有的是土地基，钢管支撑需加垫块；再者施工人员水平有限，在浇筑之前严格验收模板，浇注时必须派专人检查模板，以免造成不良后果。，
参考文献：
[1] 周水兴、何兆益、邹毅松等编著.《路桥施工计算手册》.北京：人民交通出版社，2004
[2] 叶见曙主编.《结构设计原理》. 北京：人民交通出版社，1997
[3] 交通部行业标准.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ022-85）. 北京：人民交通出版社，1986
[4] 刘吉士、阎洪河、李文琪主编.《公路桥涵施工技术规范实施手册》.北京：人民交通出版社，2002
论文作者:李伟兵
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第07期
论文发表时间:2019/7/2
标签：荷载论文; 模板论文; 间距论文; 拉杆论文; 涵洞论文; 钢管论文; 刚度论文; 《工程管理前沿》2019年第07期论文;