基于大橋高墩翻模法施工的模板設計計算探究
0 引言
橋梁項目是高速公路工程的關鍵組成，隨著公路事業(yè)的飛速發(fā)展，特別是高墩柱大橋的施工與設計技術的極大提升，在進行高墩柱大橋施工時，尤其是山區(qū)地帶，因受地形狀況等要素的影響，常常需要采取高墩翻模法對高墩柱開展施工活動，高墩柱翻模的模板計算和設計工作，是確保工程安全的必要途徑與重要條件，而怎樣對大橋高墩翻模模板開展計算和設計，則是驗證大橋高墩翻模法工程是否安全的重點內容。
1 工程概況
1.1 工程簡介
本文所研究大橋工程處于達陜高速某合同路段，該橋梁處在分離型路基之上，有許多高墩柱，墩柱最高可達約74m，高墩總計約1452延米。本橋超過50m的高墩有11座；在大橋施工設計過程中，高墩工程采取翻模法施工方式。該橋梁的上部結構在左線位置采取20～40m的預應力混凝土T型簡支梁，共有五聯(lián)，其右線處選用13×40mT型梁+133m路基+3×40mT型梁，也分為五聯(lián)，大橋為簡支結構。橋梁下端結構按照墩高選擇雙柱半幅變截面空心薄壁型墩和雙柱半幅圓型墩，并且樁基礎選擇挖孔灌注樁形式。橋臺選型方面采取樁柱式橋臺類型，并選擇挖孔灌注樁基礎。該橋有12根徑為1.5m的樁，共計104m；104根徑為1.8m的樁，共計788m；36根方樁，共計720m；根據(jù)樁基礎設計進行材料統(tǒng)計，C30混凝土總需求量為1227.5m3，C40混凝土總需求量為4843m3，鋼材總需求量為618.934T。
1.2 高墩翻模設計理念
傳統(tǒng)大橋高墩翻模法施工過程中，為了便于施工人員的裝設和加固，只在高墩外模裝設寬約50cm、與模板為一個整體的簡易型操作平臺，不可放置材料、機具，不但操作施工較慢，還容易出現(xiàn)施工者高空墜落等事故，在進行模板拆除時，還要將操作平臺一起拆除。若利用技術創(chuàng)新，使得模板和操作平臺實現(xiàn)分離，則模板翻升與提升操作平臺將不再互相干擾，可以確保支架體系上施工者安全施工，還可臨時堆放部分施工器具與材料，模板拆除后墩體四周的裝飾工作也方便開展。在該項目橋梁高墩翻模法施工設計時，采用空心薄壁型高墩，每隔3m翻模并向上分節(jié)進行灌注成型。在進行操作平臺設計時，應認真研究模板翻升和操作平臺分離，兩者伴隨高墩的提高而提高互相不產(chǎn)生影響，從而達到環(huán)保、安全、便于施工、提升工作效率的效果。
2 大橋高墩翻模法模板設計和施工分析
2.1 翻模設計
大橋高墩翻模結構主要包括外模板、內模板、穿過高墩的對拉拉桿、水平圍帶、模板支架、工程吊籃、操作平臺及安全防護裝置等。
鋼結構模板共分成三節(jié)，各節(jié)均高為3m。外模、內模分為橫橋向側模與順橋向端模，在內模中缺少角模。翻模板厚為6mm，板間豎向距離40cm，選擇80mm槽鋼作為豎帶，在四個角處分別選取75mm×75mm×8mm角鋼來作為鄰近兩個鋼模接連法蘭的封邊。板間接連法蘭采??？準22螺栓固定，螺栓的間隔設置為30cm。3m模板采取三層水平圍帶，其最大距離1.0m，其它的分別是0.4m與0.6m懸臂端（0.6m懸臂端設置于每個模板上端），在外、內模上水平圍帶可分別由2[12、2[10槽鋼構成。拉桿的直徑為？準22，采取普通型A3鋼材。內外模板利用拉桿以穿出墩體混凝土，并對拉在獨自水平圍帶之上，拉桿兩頭采取螺母進行固定。外操作平臺在其頂端沿著四周設置防護欄，并在護欄外側到支架的底端設置封閉安全網(wǎng)，以保證安全。 內操作平臺可分為人員簡易施工平臺與澆灌混凝土施工平臺，人員簡易施工平臺可支撐于內模圍帶之上，澆灌混凝土施工平臺可通過實地焊接形成高70cm梯形體結構，該結構可直接置于墩體內模之上，以鋼板與型鋼制成一個整體以方便裝吊，按每次澆筑0.5m3混凝土計算。吊籃掛于外模之上，以作混凝土修補面和模板拆除操作平臺用。各翻模結構的翻升利用塔吊實現(xiàn)，在模板拆除時需采取倒鏈以臨時起掛外側或內側相應模板。
2.2 翻模施工
首先，做好翻模施工的準備工作，已澆筑段節(jié)混凝土的強度當達2.5MPa后，通過吊車拆掉下節(jié)的翻模，并對其表面進行清理并抹上脫模劑，扎綁待澆筑鋼筋，當檢查鋼筋合格之后，將已澆筑段節(jié)模板的上口作基準，裝上待澆筑模板段，檢測調節(jié)，使下、上模板的接口保持直順，無漏漿和錯縫。
其次，固定模板，調節(jié)模板到位后，以螺栓進行擰緊，裝設對拉螺桿，并用螺帽固定，校核檢測模板的裝設精度，在外內模板的上口處安裝支撐，避免在調節(jié)時發(fā)生形變。當實現(xiàn)固定后，要最后再認真檢查一下外內模板尺寸大小、對拉螺桿、接連螺栓和支架等，避免發(fā)生意外。
最后，模板翻升，把下節(jié)模板掛到上節(jié)模板上，并松開抽掉此節(jié)段模板間拉筋，以手拉葫蘆來松動翻模模板，使凸凹縫全部分離，用吊車來運到地面，清除模板并刷涂脫模劑，之后根據(jù)上述工序固定裝設，循環(huán)操作直到墩頂。
3 模板基本尺寸、材料性能與荷載計算分析
3.1 基本尺寸
在本次橋梁工程中，高墩翻模法施工的模板全為鋼質模板，鋼板厚約為h=6mm；豎肋采用[10號槽鋼，豎肋間水平距離L1=30cm；橫肋采用厚14mm的鋼板，其豎向距離為L2=55cm；吊鉤選擇？準20圓鋼，拉筋部位外、內模板間采用？準25mm的PVC硬管，便于拔抽拉筋和重復使用，這里，拉筋采??？準20mm圓鋼，在模板間采??？準18mm螺栓固定；每節(jié)段的鋼模高約2.0m，每節(jié)段分為兩片構成，共可以制成12片（12m），從而滿足工程進度要求，且在模板拆除后可周轉利用，它的下、上和水平接連都采取M14的螺栓固定，其接縫部位嵌進2mm的橡膠條。
3.2 材料性能
按照《公路橋涵施工技術規(guī)范JTG/T F50-2011》、《公路橋涵鋼結構設計規(guī)范》以及實際地質勘查資料，文中在開展橋梁高墩模板計算過程中，所選用水泥混凝土的重力密度是26kN/m3，摻入外加劑；澆灌混凝土溫度是20℃；澆灌混凝土的速度是2m/h；模板鋼選用Q235鋼，其重力密度是78.5kN/m3；許可應力是215MPa，沒有考慮系數(shù)提升；彈性模量205GPa。
3.3 載荷計算
在利用大橋高墩翻模方法進行施工過程中，在模板形成側向壓力的載荷主要包括兩類：振動器形成的載荷，計算設計值為4.0kN/m2；澆筑混凝土形成的沖擊載荷，計算設計值為4.0kN/m2，兩者不應一同計算，安全系數(shù)是1.4，新澆筑混凝土對于模板側向壓力，此時強度計算檢驗系數(shù)為1.2，而剛度計算檢驗系數(shù)為1.0。
該橋梁高墩翻模法工程中，采取內部振搗設備，而澆灌混凝土的速率控制到6m/h之下，此時按照《橋梁施工工程師手冊》，新灌注混凝土對模板作用的側向壓力最大值可依據(jù)以下公式進行計算：
P=kγh
當v/T0.035時，h=1.53+3.8v/T
式中，P是新澆筑混凝土在模板上作用的最大側向壓力，單位是kPa；h是有效壓頭高度，單位m；v是澆灌混凝土速率，單位m/h；T是混凝土進模時溫度，單位℃；γ是混凝土容重，單位kN/m3；k是外加劑作用修正系數(shù)，未摻入外加劑可取k=1.0，摻入緩凝外加劑可取k=1.2。
按照文中材料的基本特性與載荷計算等條件計算可得：
v/T=2.0/20=0.1>0.035，
h=1.53+3.8×0.1=1.91m
據(jù)公式P=kγh可得，高墩模板側向壓力最大計算值為：
P=kγh=1.2×26×1.91=59.59 kN/m3
所以，強度檢算時的載荷最大設計值是：q′=1.2×59.59+1.4×4.0=77.91 kN/m3；剛度檢算時載荷的最大標準值是：
q″=59.59 kN/m3。
3.4 模板面板計算
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在豎肋與橫肋間支承面板，兩橫肋之間的距離為55cm，兩豎肋之間的距離為30cm，取豎橫肋之間面板作為單元進行計算，由此可簡化成四周嵌固板，受均布載荷q，長邊的跨中支承位置負彎矩最大，依下式進行計算：M=
-Aq′Ix2Iy
式中，A是計算彎矩系數(shù)，和Ix/Iy相關，這里Ix/Iy=
30/55=0.545，可根據(jù)《實用建筑結構靜力計算手冊》可得到A=0.0811；Ix、Iy分別是板短邊與長邊；q′是作用于模板的側向壓力。
板跨中處最大撓度計算式：
f=B×q″Ix4/Bc
式中，B為計算撓度系數(shù)，同樣可根據(jù)《實用建筑結構靜力計算手冊》可得到B=0.00245；Bc=Eδ3/12（1-μ2），彈性模量E，板厚δ，泊松比μ；Bc=0.4074×104N/m
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由式M=-Aq′Ix2Iy可得，板最大彎矩值為：
Mx0=-0.0811×77.91×0.32×0.55=-0.313 kN/m；
板的抗彎模量：
wx=1/6bδ2=1/6×0.55×0.0062=3.3×10-6m3；
σ=Mx0/ wx=0.313×103/3.3×10-6=94.7MPa
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