摘要：双钢板混凝土结构中采用自密实混凝土进行浇筑，而根据以往的施工经验得知，自密实混凝土施工对模板的侧压力不可忽视。以某工程为背景，从环境温度、混凝土坍落度、初凝时间和浇筑速度等参数，通过对自密实混凝土模板侧压力的影响对所采用的计算公式进行分析，从而揭示目前混凝土模板侧压力设计计算中存在的问题，为后续施工研究提供参考。
关键词：侧压力；初凝时间；钢板；计算
某核电站是全球首堆，其屏蔽厂房包围钢制安全壳的屏蔽墙设计为双钢板混凝土结构（简称SC结构）。SC结构具有辐射屏蔽、飞射物防护、非能动冷却、抵抗龙卷风和地震事件等主要功能，是核电站抵抗内外部事故最重要的构筑物之一。由于自密实混凝土具有高流动度且不离析、不泌水，能在免振捣情况下，完全依靠自身重力作用，充满模板内空间，达到充分密实和获得最佳性能。故SC结构中采用自密实混凝土进行浇筑。
借鉴某核电站截锥体自密实混凝土试验经验：在第一次浇筑过程中仅对对模板下部龙骨进行锚固，模板中上部却只进行了对拉，当混凝土浇筑高度接近3m后，上部混凝土压力大于对拉产生的竖向模板静摩擦力，模板上部发生轻微上浮，因位移较小，不至于使混凝土能轻易外流。由此可知自密实混凝土施工对模板的侧压力不可忽视，故在自密实混凝土模板侧压力所采用的计算公式的选择至关重要。
1 试验背景
SC结构自密实混凝土浇筑施工是SC结构施工的重要工序之一，其施工质量对SC结构整体施工质量有着至关重要的影响，目前，国内外掌握的类似结构的施工技术与施工经验难以有效满足SC结构自密实混凝土施工的设计指标要求。
SC结构外径23.985m、内径22.885m，标准层层高6m，混凝土理论方量约972m³，根据设计要求，SC结构墙体采用自密实混凝土浇筑，强度等级为C55，混凝土浇筑过程中作用到钢板上的允许浇筑静压力最大值为50kPa，同时要确保自密实混凝土产生的侧压力对钢板产生的变形满足设计要求（钢 板上口产生的变形在±3mm以内，其余部位的钢板变形量在±6mm以内）。故自密实混凝土产生的侧压力对钢板上口产生的变形需控制在±3mm以内，其余部位的钢板变形量控制在±6mm以内。
2 计算式对比分析
2.1 JGJ162—2008中相关计算
JGJ162—2008《建筑施工模板安全技术规范》4.1.1条规定：当采用内部振捣器，新浇筑的混凝土作用于模板的侧压力标准值可按下列算式计算，并取其中的较小值：
混凝土模板侧压力公式对比分析
F＝0.22γct0β1β2v1/2，F＝γcH
其中 t0＝200／（T＋15）
式中：γc为混凝土的重力密度，KN／m³；t0为新浇混凝土的初凝时间，ｈ；T为混凝土的温度；β1为外加剂影响修正系数，不掺外加剂取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂取1.2；β2为混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30ｍｍ时取0.85，当坍落度为50～90ｍｍ时取1.00，当坍落度为110～150ｍｍ时取1.15；v为混凝土浇注速度，ｍ／ｈ；H为混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土顶面的总高度，ｍ。
JGJ162—2008的模板侧压力算式与GB50204-92《混凝土结构工程施工及验收规范》中的相同，是以流体静压力原理为基础，并结合浇注速度与侧压力的国内试验结果而建立的，考虑了不同密度混凝土凝结时间、坍落度和掺缓凝剂的影响等因素。
2.2 GB50666-2011中相关计算
GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》附录Ａ.0.4规定：当采用插入式振动器且浇注速度不大于10m/h、混凝土坍落度不大于180mm时，新浇筑混凝土对模板侧压力的标准值可按下列算式分别计算，并应取其中的较小值。
F＝0.28γct0βv1/2，F＝γcH
其中：当浇注速度大于10ｍ／ｈ，或混凝土坍落度大于180ｍｍ时，侧压力的标准值可按F＝γcH计算。
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式中：β为混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度介于50～90ｍｍ时取0.85；当坍落度介于90～130ｍｍ时取0.9，当坍落度介于130～180ｍｍ时取1.0；其余符号与JGJ162—2008相同。
该式主要考虑混凝土坍落度、初凝时间及浇注速度对模板侧压力的影响。
2.3 JGJ74-2003中相关计算
JGJ74-2003《建筑工程大模块技术规程》附录B大模板荷载及荷载效应组合中规定，当采用内部振捣器时，新浇混凝土作用于模块的最大侧压力，可按下列两式计算，并取较小值。
F＝0.22γct0β1β2v1/2，F＝γcH
其余符号与JGJ162—2008相同。
3 侧压力理论计算
通过控制浇筑速度实现限制混凝土侧压力的措施。施工过程中，为保险起见，假定自密实混凝土浇筑过程中产生的侧压力近似于液体压力，进而计算得出侧压力允许值。显而易见，自密实混凝土和纯液体有很大区别，如假设为纯液体，就会极大限制混凝土的浇筑速度，增加施工工作量和难度。
3.1计算参数
混凝土重力密度γc（kN/m3）：23.5；
新浇混凝土初凝时间t0（h）：13.5；
外加剂影响修正系数β1：具有缓凝作用的外加剂1.2；
混凝土坍落度影响修正系数β2：取1.15；
混凝土浇筑速度V（m/h）：0.45；
混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度H（m）：6。
3.2理论设计值计算
根据公式的对比分析，新浇混凝土作用于模块的最大侧压力可按下式计算：
G4k=min{0.22γct0β1β2v1/2，γcH}＝min{0.22×23.5×13.5×1.2×1.15×0.451/2，23.5×6}＝min{64.61，141}＝64.61kN/m2
倾倒混凝土时对垂直面模块荷载标准值Q3k（kN/m2）：2.0
有效压头高度h＝G4k/γc＝64.61/23.5＝2.75m
承载能力极限状态设计值
Smax＝1.2G4k+1.4Q3k＝1.2×64.61+1.4×2.0＝80.33kN/m2
正常使用极限状态设计值
Sˊmax＝G4k＝64.61kN/m2
对泵送自密实混凝土无需振捣，浇筑过程中减少了振捣棒的干扰，在振捣混凝土基础上形成的新浇筑混凝土最大侧压力的理论研究及公式计算，不能完全适用于自密实混凝土。
3.3不同高度的侧压力计算
当设定新浇筑混凝土对模块的最大侧压力不超过50 kN/㎡时：
需控制混凝土浇筑速度不超过0.27m/h，或控制混凝土一次最大浇筑高度不超过下式：
H =（Smax -1.4Q3k）÷1.2÷γc
=（50-1.4×2.0）÷1.2÷23.5
=1.67m。
根据施工现场的现有设备，混凝土浇筑能力取25m³/h，50m长、1.1m宽SC结构混凝土浇筑速度可达0.45m/h。当正常使用极限状态设计值为64.61时，得出混凝土一次性浇筑高度为2.75m。即当浇筑高度超过2.75m时，需按照混凝土浇筑速度计算模块的最大侧压力值；当混凝土一次性浇筑高度低于2.75m时，按混凝土浇筑高度计算侧压力值。
论文作者:孙美娟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
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