定型钢模板设计应用与效果分析

杨　臻

(上海隧道工程有限公司，上海　200232)

定型钢模板设计应用与效果分析

杨臻

(上海隧道工程有限公司，上海200232)

摘要:简述了大模板技术在我国的发展历程与研究现状，结合上海市沿江通道工程实例，介绍了定型钢模板工艺的设计要点，针对大模板施工中存在的难题，提出了针对性的处理措施，指出采用定型钢模板施工能够获得良好的综合效益。

关键词:大模板，应力，施工难点，施工效果

大模板是根据施工要求进行专业设计以及工厂化生产制作的一种适用于混凝土结构工程的大体积模板。采用此种模板工艺施工时，其机械化程度高，施工方便，工作效率高，能够有效地缩短施工工期，且其对工程质量有保证，结构整体好，所浇筑的混凝土表面光滑、平整度高，综合技术经济效益良好。但同时由于其自身大体积大自重亦会带来诸多问题，需要在实际施工中予以解决［1］。1974年，我国首次对大模板的设计与施工技术进行了研究，并在此之后伴随着我国国民经济发展迅猛，基础设施的不断建设，混凝土大模板技术的应用也越来越多，经过多年的研究发展，大模板的种类也不断朝着多样化、实用化、经济化发展。上海沿江通道越江隧道新建工程工标浦西岸边段工程由浦西工作井、设备段、暗埋段和敞开段组成，共分23个节段，其中PX02-PX22车道层侧墙及中隔墙采用大模板施工，设备段及暗埋段施工范围为车道层下腋角顶至上腋角底，敞开段施工范围为底板至第一道混凝土支撑底部下1 m，其他范围结构采用常规模板施工。

1　大模板技术概述

大型模板或者大块模板均可简称为大模板，属于工具式模板，在混凝土结构施工过程中，大模板作为专用模板可以做到重复周转使用。大模板工艺即在混凝土墙体施工过程中采用各类大型模板施工的模板工艺，其工艺简单，施工迅速，且能较好的保障工程的质量，同时其对企业的技术经济效益还有很大提升。

1.1大模板技术在我国的发展历程与研究现状

在现浇混凝土结构工程中，模板工程一直占有着很大比重，因此，在如何提高混凝土结构工程的质量，加快施工进度，减少施工成本的问题上，模板工艺的改进成为格外重要的一环，在这种施工需要下，大模板工艺应运而生。

大模板技术在我国兴起较早，1974年开始，伴随着国民经济的发展，我国的高层建筑陆续在全国各地开始了建设热潮，大模板技术从此有了用武之地。近些年，大模板施工技术越来越受重视，且已经作为建设部10项工程新技术而被大力推广应用，从而使得大模板技术在我国建设行业取得了良好的发展［2］。

1.2大模板分类

按照应用工程的不同，大模板可划分为:墙壁大模板、电梯井大模板、筒仓大模板、坝体大模板、渠道大模板等;而按照模板的配置设计的不同，可划分为:整间大模板和组合大模板;按照模板制作材料的不同，可划分为:全钢大模板和铝合金大模板;按照其构造及组拼方式的不同，可分为:整体式大模板、组合式大模板、拼装式大模板和筒形模板及用于外墙面施工的装饰混凝土模板。

2　沿江通道工程中大模板工艺概述

本工程根据施工要求采用定型组装钢模板来对隧道主体结构中的内衬墙与中隔墙的钢筋混凝土结构进行施工，整套模板由单块模板组合而成，每块模板采用2.5 m宽，1 m高的长方形钢结构。面板的厚度是6 mm，背部用6号槽钢加强。四边设计小模板之间连接的卡爪结构，4个角上设计与模板支架连接的板。6个单元小模板组成一组大模板。敞开段最长27 m，最多需要9组模板组。

2.1模板设计

1)面板设计。本模板面板厚度为6 mm，背部采用6号槽钢加强。单元模具体由模具面板和模架组成螺栓连接而成，如图1～图3所示。通过24个M16的螺栓把面板总成和模架总成连接后组成大模板组的通用单元体。2)支架设计。三角架支撑总成由支撑三角架，支撑主杆，调整梯形螺杆，支撑调整座和连接螺栓组成。

图1　单元模板组

图2　单元模具架

2.2工况设计分析

本工况分析采用ABAQUS软件进行有限元受力的分析，其中共设计三种不同的工况，并根据实际情况，进行不同工况中材料的属性及受力变形分析。1)工况一:零件的应力及应变——面板厚度6 mm。分析面板在受到F =10.6 t/m2的载荷工况下，考察面板和架子及其他零件的变形和应力，面板的厚度为6 mm，底下的黑色件设置为刚体固定点。受力约束简图见图4。通过计算可以看出，面板的最大应变为1.28 mm，位置在面板的两侧，而中间的应变小于0.5 mm，这是由于计算时面板的两侧处于悬臂状态，真实状态两侧是模板组之间相连的，所以单元面板焊接总成满足应力应变要求。2)工况二:模拟整个大模板组吊起时的强度和硬度。模拟整个大模板组吊起时的应力应变，尤其是面板与面板之间的应力，各个安装点、连接点的应力应变。如图4所示箭头表示为铰链约束(与地面上接触，吊起时绕这个点旋转)，模具头部为吊装点。经过计算，7组单元最大挠度为5.16 mm，面板的最大应力4 MPa，满足整个大模板组的刚度和强度要求。3)工况三:骨架上拉分析。该工况是模拟在大模板脱模时个别单元模板组吸附在侧墙表面，需要强行脱模，假设需要20 t的拉力才可以把模具组强行脱下，设定最下面的单元模板面板固定(不是架子，模拟脱模时面板被混凝土吸住的情况)，大模板组上面加载一个总拉力20 t，检验模板组各个节点的强度，寻找最容易发生破坏的地方。其受力简图如图5所示。从图5可以看出，整个大模板组在受到20 t的拉力时，最大的位移量发生在顶部，最大应力发生在最下面的底座模架连接处，其强度是满足要求的。

图3　单元模板体

图4　受力约束简图

图5　施加20 t拉力受力图

3　应用分析

3.1工效分析

大模板技术相比于原来的普通模板施工速度快，效率高，模板整块起吊安装、拆除，运输方便，采用大模板施工平均5 d能够完成一个节段的内衬墙(约24 m长，5 m高)，而使用普通的模板一般需要1个星期甚至更多。拆模后，模板清理较为简便，对模板造成的损耗也远小于普通模板。由于模板的安装采用机械与人工配合，节省了人工的同时，也提高了模板安装的速度。在实际施工中，最初的模板单元拼装完成后，大模板便进入了周转使用的阶段。当前一节段的内衬墙身混凝土达到拆模强度时，下一节段的墙体钢筋已基本制作完成，对大模板进行清理、涂刷脱模剂后，便可用于下一节段的施工，对施工效率有显著的提升。

3.2质量情况

大模板施工形成的内衬墙墙体拼缝整齐、美观，同时由于模板本身平整度良好，强度、刚度较大，浇筑成型的墙体表面光滑、尺寸精度也较高，一般无需再次进行抹灰作业。在施工人员操作正确的情况下，墙身混凝土基本无蜂窝麻面、气孔、裂缝、缺角掉边等现象出现［3］。

3.3施工难点及处理

1)模板吊装问题。由于该模板自身体积大，自重大，且需要多次吊装周转使用，频繁吊装存在较大安全隐患，在现场施工中，大模板采用75 t汽车吊进行吊装，且指派专人现场负责指挥，并且将吊装区域进行隔离，提醒周围作业人员禁止进入。施工现场内布置专门的模板堆放场地。

2)高处作业问题。由于模板拼装及混凝土浇筑时需在模板顶部进行操作，存在高空作业危险，为保障工人生命安全，现场在模板顶部设计安装了操作平台，在外接的平台基础上利用脚手管进行临边围护，以保障施工人员的安全，操作平台基础与模板连接如图6所示。

图6　模板与操作平台连接图

3)模板定位问题。在模板安装过程中，首先利用模板地脚螺杆进行水平方向调节，如图7所示。

图7　模板地脚螺杆示意与实物图

在现场施工中，采用专业厂商加工的保护层垫块与侧墙主筋固定，使面板紧靠垫块，以确保结构的保护层厚度，并辅以顶部吊挂铅垂线方式进行垂直度微调，从而保证结构施工满足设计规范要求［4］。

4　结语

上海市沿江通道越江隧道新建工程工标浦西岸边段在定型钢模板的设计上进行了自我创新，施工上进行精细化管理，并且经过实践证明，定型钢模板在本工程的应用上取得了良好的效果。本项目采用的定型钢模板，其主要由面板、支架及支撑体系构成，并根据实际条件对模板进行了数值模拟，确保其在设计上满足实际设计规范要求，施工中满足现场需要。由于大模板其自身的特殊性，在施工中亦会遇到诸如吊装频繁、高处作业、定位困难等问题，在通过一系列的针对性措施后，这些问题均得到良好解决。通过现场应用表明，采用定型钢模板施工能够有效加快施工进度，缩短施工工期，且其机械化程度高，所制作的工程结构整体性好，混凝土表面平整光洁，具有良好的综合技术经济效益。

参考文献:

［1］贾宝良.大模板安全技术措施［J］.建筑安全，2003( 10) : 37-39.

［2］左海坤.大模板技术的应用［J］.混凝土，2005( 8) :62-63.

［3］邹英林，徐晓春.浅谈大模板施工及质量控制方法［J］.科技信息，2009( 11) :601-602.

［4］刘冠男，王作文，余乐.全钢大模板在建筑施工中存在的问题及处理［J］.山西建筑，2009，35( 2) :138-139.

Design application and effect analysis of the set-shaped steel formwork

Yang Zhen
( Shanghai Tunnel Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200232，China)

Abstract:The paper briefly describes the development history and research status of large formwork technology in China.Combining with Shanghai coastal channel engineering example，it introduces the design points of the set-shaped steel formwork technology.In light of large formwork construction difficulties，it puts forward corresponding processing measures.In the end，it points out that: applying the set-shaped steel formwork construction technology can achieve great comprehensive efficiency.

Key words:large formwork，stress，construction difficulties，construction effect

作者简介:杨臻(1983-)，男，硕士，工程师

收稿日期:2015-11-27

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0104-02

中图分类号:TU755.2

文献标识码:A