塑料模板在山区高速公路中的应用

涂少林

中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏 苏州 215151

山区高速公路因地形特点，一般都是深挖路堑和高填路堤，为满足防护、排水以及通行要求，会设计很多涵洞、挡墙、框格梁等结构物。这些结构物在应用传统的模板时会选择大块钢模板和木模板，但是在实际施工过程中，这两种模板受山区交通、便道、雨水以及机械的影响，达不到预期的效果。然而若选择高性能塑料复合模板代替传统模板则可以达到节约成本、缩短工期、提高项目经济效益的效果。

国外塑料模板有完整的模板体系，技术先进，性能优良，尤其是德国对塑料模板的研究和应用较早，技术先进成熟，品种多样，使用面广[1]。近年来，随着我国“以塑代钢”的倡导，塑料模板也越来越广泛地被应用于各种建筑结构物施工中。

1 传统模板的特点

1.1 钢模板的特点

钢模板因其强度高、组合刚度大、变形小、模板整体性好以及可多次循环周转使用等特点，被广泛应用于各种混凝土结构物中，尤其是大体积混凝土工程。

但是，钢模板因自重大，单靠人工无法操作，模板的安装、拆卸、转运都需要起重设备配合，依赖机械程度高。尤其在山区高速公路小型结构物多且分散，雨季施工便道条件差的情况下，机械成本高，还无法保证工期。另外，钢模板的采购费用也高。

1.2 木模板的特点

木模板因其板面平整光滑、质量轻、拆装方便、现场易加工、操作简单以及工程进展速度快等特点，被经常应用于小型结构物中。

木模板的支撑系统一般为方木加钢管，因其质量轻、稳定性差，如果加固不好容易变形。木模板经不起雨淋日晒，周转消耗大，周转使用次数少，补损后一般可周转3 ～4次。随着对结构物外观质量要求越来越高，实际上很多只能循环2 次，周转次数多，满足不了平整度及外观要求。采用木模板需要消耗大量木材，不能回收利用，浪费较大，破坏森林环境，不符合绿色施工宗旨。

2 塑料模板的特性

塑料模板是指以热塑性硬质塑料为主要材料，以玻璃纤维、植物纤维、防老化剂、阻燃剂等为辅助材料，在高温条件下经过挤出、模压、注塑等工艺一次性加工制成的一种用于混凝土结构工程的模板。塑料模板是一种新型的绿色环保和节能型模板，使用塑料模板方便快捷，满足各种施工需要，具有广阔的应用空间[2]。

3 塑料模板的优点

3.1 使用快捷方便

塑料模板可塑性强，可根据现场结构物尺寸需求加工成不同的规格，满足施工要求。常见的尺寸见表1[3]。

塑料模板自重轻，重量远小于钢模板，比木模板略重一点，不需要机械吊装，模板轻巧方便可手抓搬运，两块模板之间有专用的卡扣连接，安装、拆卸简单方便，劳动强度低。

3.2 性能优越

塑料模板的表面平坦光洁，不黏混凝土，拼缝严实，脱模后混凝土结构表面平整度、光洁度均能达到清水混凝土模板的技术要求。耐高温和严寒，可在-20 ～60℃气温条件下使用。耐潮湿，不易老化，不怕雨淋日晒。使用过程基本无损耗，可周转使用30 ～50 次。

表1 带肋塑料模板规格 单位：mm

3.3 经济效益

塑料模板使用过程中不需要起重机械设备，节省了大量机械费用，而且可多次周转使用，综合考虑后一般成本为30 ～40 元/m2。木模板的安装、拆卸虽然也不需要机械，但损耗浪费大，周转次数少，综合成本一般为40 ～50 元/m2。而且钢模板本身采购费用较贵，再加上机械费用，综合成本一般为70 ～80 元/m2[4]。对比可知，采用塑料模板可降低成本，提高经济效益。

3.4 缩短工期

塑料模板因其质量轻、拼装简单、拆卸方便，工人操作方便易上手，相比钢模板、木模板的安装拆卸节省了大量时间。山区高速公路往往便道条件差，受雨水影响，钢模板经常受机械限制耽误施工，而塑料模板易清理，不受雨水、机械影响，可加快施工进度。

3.5 节能环保

塑料模板损耗小，施工完后报废模板可全部回收，经处理后可再生成塑料模板或其他产品，整个施工过程中无环境污染，是一种绿色施工的生态模板[5]，且塑料模板的生产能耗远低于钢模板，还节约了木材，符合绿色施工理念。

4 塑料模板的应用实例

4.1 工程概况及模板的选择

以河惠莞高速公路为例，该项目TJ6 合同段位于广东省龙川县，地势起伏大，地形复杂。其中，5.9km 长的路基设计有19 座盖板涵（含互通匝道），涵洞均位于山坡或山谷底，沿线大部分为深挖路堑、高填路堤，路堑一二级边坡防护形式为锚杆、锚索框格梁。

综合考虑该项目小型结构物多、山区地形复杂、便道条件差、雨水多以及机械进出场困难等因素，对比钢模板、木模板的特点后，最终选择了福建易安特厂家生产的塑料模板进行小型结构物的施工。

4.2 塑料模板的应用

（1）盖板涵的基础、墙身。合同段内涵洞数量多，多数涵洞长在40m 以上，单座最长达107m，涵洞高度有2m 和4m 两种，墙身厚度有0.5m 和0.7m 两种。根据实际需要，跟厂家定制了1200mm×1500mm、600mm×1200mm、300mm× 1200mm 三种规格的塑料模板。

模板与模板之间的连接不需要采用常规的螺栓方法，直接采用模板厂家提供的卡扣（手柄）旋转90°进行连接，正反交错设置，模板拼缝使用双面胶条黏结。因该项目有库存的［10 槽钢，模板的加固方式竖向采用槽钢双拼间距600mm，横向采用φ48mm×3.5mm 钢管，模板对拉采用M18普通螺杆。经过验算强度、刚度及稳定性，均满足要求。塑料模板在涵洞施工中的使用情况见图1。

图1 塑料模板在涵洞施工中的应用

（2）锚杆、锚索框格梁。合同段内共32 个边坡设计有锚杆、锚索框格梁，数量繁多，传统的模板施工速度慢，满足不了边坡开挖及时防护的要求，因此采用了塑料模板，主要用于侧模。根据需要定制了1800mm×300mm、300mm×300mm 两种规格，质量轻，安拆方便，加快了循环进度，节约了工期。塑料模板在框格梁中的使用情况见图2。

图2 塑料模板在框格梁中的应用

（3）路肩墙、挡土墙。路肩墙、部分挡墙因尺寸不大，高度2m左右，宽度0.5～1m，也采用了涵洞施工用的塑料模板，达到了循环利用、施工速度快的经济效益。塑料模板在路肩墙中的使用情况见图3。

图3 塑料模板在路肩墙中的应用

（4）CFG 桩帽。CFG 桩是常见的软基处理的一种，合同段内软基设计有14686 根CFG 桩，桩顶设计有尺寸700mm×700mm×300mm 的桩帽，C25 现浇混凝土。软基处理的施工，直接制约着路基土方填筑进度。钢模笨重、施工速度慢，木模损耗量大，不易加固。综合考虑成本和工期，该项目定制了500 套塑料模板。尺寸统一，现场卡扣连接。因体积小，混凝土侧压力不大，不需要其他任何辅助加固措施，施工速度非常快。在开挖、截桩头工作超前的情况下，平均周转时间为1.5d，分段循环施工，为工期提供了保证。塑料模板在CFG 桩帽中的使用情况见图4。

图4 塑料模板在CFG 桩帽中的应用

（5）其他部位。该项目除了以上部位使用了塑料模板，在预制梁厂台座、钢筋厂龙门吊基础、拌和站临建以及桥台搭板等小型结构物上均合理地使用了塑料模板，真正做到了“以塑代钢，以塑代木”。

4.3 塑料模板的应用效果

河惠莞高速公路TJ6 合同段在小型结构物施工中合理地使用了塑料模板，确保工程质量的同时，降低了工人劳动强度，加快了工期，减少了成本，达到了理想的预期效果。

5 塑料模板选择的可行性验算

以合同段内K52+371.5 盖板涵为例，墙身厚度0.5m，墙身高度2m，涵长100.5m。该涵洞墙身模板采用福建易安特复合材料模板，模板竖向背楞采用双拼10#槽钢，间距600mm，对拉螺栓M18，性能等级4.8，对拉间距横向×竖向按照600mm×600mm 加固，计算高度按结构一次性浇筑高度2m 进行计算。

5.1 荷载组合

依据《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162—2008），新浇混凝土作用于模板的最大侧压力标准值G4K，可按下列式（1）、式（2）计算，并取其中的较小值。

倾倒混凝土时对垂直面模板荷载标准值Q3K取2kN/m2。

承载能力极限状态设计值：

正常使用极限状态设计值S正=G4K=48kN/m2

5.2 模板验算

易安特塑料模板截面惯性矩I 和截面抵抗矩W 见表2。该涵洞塑料模板宽度为1200mm，I=451.76×104mm4，W=69.43×103mm3，易安特模板弹性模量E=6100N/mm2，抗弯强度f=145N/mm2。

表2 塑料模板力学性能表

抗弯强度验算：（1）转化为线均布荷载q1=S承×0.6= 60.08×0.6=36.05kN/m；（2）跨中最大弯矩M=0.107q1L2= 0.107×36.05×0.62=1.39kN/m；（3）σ=M/W=1.39×106÷ (69.43×103)=20.02MPa ＜σ=145MPa，满足要求。

挠度验算：（1）转化为线均布荷载q2=S正×0.6=48× 0.6=28.8kN/m。（2）W=0.677q2L4/(100EI)=0.677×28.8× 6004÷(100×6100×451.76×104)=0.92mm ≤L/400=1.5 mm，满足要求。

5.3 拉杆验算，按照最不利位置进行验算

对拉螺杆采用M18 拉杆，A=174mm2，承载拉力设计值Nt=36.7kN。对拉螺杆横向间距m=600mm，竖向间距n= 600mm。N=m×n×S承=0.6×0.6×60.08=21.63kN ＜Nt。采用M18 拉杆，性能等级4.8，满足要求。

6 结束语

山区高速公路小型结构物众多，位置地形条件差，施工时采用传统的模板往往施工进度慢，成本高。通过河惠莞高速TJ6 合同段内塑料模板在结构物中的应用，塑料模板具有独特的优越性，切实给项目降低了成本，经济环保，有良好的应用价值，值得在山区高速公路施工中推广。