节制闸高支模施工搭建工艺设计应用

陈晓峰 刘 念 张 亮

节制闸施工中，经常遇到高度10m左右的闸墩、胸墙、排架、工作桥和交通桥。其脚手架、模板的稳定性影响施工人员安全，应进行必要的验算。本文通过对江苏省沭阳县友谊河节制闸高支模专项施工方案的研究，对类似工程在高支模专项方案编制、审核起到一定的借鉴作用。

一、工程概况

沭阳县友谊河节制闸为3孔节制闸。闸墩每孔净宽5m，闸边墩宽1.2m，中墩宽1.5m，高7.5m；底板厚度1m（▽0.0～1.0m）；排架高程从▽8.5～15.7m总高7.2m。分三次浇筑，第一次从底板浇筑至▽0.0，第二次浇筑至▽1.0～8.5m，第三次浇筑至▽15.7m。采用落地式扣件脚手架，从▽0.0搭设至▽15.7m为高支模工程且承载重量大，为重大危险源。

二、脚手架的设计及校核计算

1.工作桥脚手架

（1）基本参数

钢管类型为Φ48×2.7mm。

按一孔工作桥最大荷载作为控制计算，每孔工作桥钢筋混凝土重30t，脚手架步距1.5m，立杆纵距L1=0.6m，横距L2=0. 6m，总高度14.7m，工作桥混凝土数量为7.5m3。

（2）荷载计算

①模板荷载：q1=0.35kN/m2

②钢筋混凝土荷载： q2=25kN/m3×7.5m3/（4.2m×6.5m）=6.8kN/m2

③施工荷载：q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2

主要荷载为施工人员、施工设备荷载、振捣荷载和风荷载。施工人员、料具及施工设备按1.0kPa计算，振捣混凝土产生的荷载按2.0kPa计算，考虑几种荷载同时作用的概率很小，为此取2.5kN/m2进行计算：Q=6.8+0.35+2.5=9.65kN/m2。合计：P=9.65×4.2×6.5=263.45kN/m2。

（3）立杆稳定性计算

钢管位于内、外钢楞十字交叉处，每区格面积为0.6×0.6=0.36m2。

纵横向间距均为60cm，计每孔为96根立柱，各立柱间布置双向水平撑，上下共两道，并在垂直方向设置连续剪刀撑。

按强度计算每根立杆承受荷载为 N=263.45/96=2.74kN。

使用Φ48×2.7mm钢管，A=384mm2。

钢管的回转半径为：15.9mm。

支柱的受压应力为：σ=N/A=2.74/384×1000=7.14N/mm2。

按稳定性计算支柱的受压应力为：长细比λ=L/i=1500/15.9=94.3。

查表得φ=0.634。

σ=N/φA=2.74×1000/（0.634×384）=11.25N/mm2＜f=205N/mm2，满足要求。

（4）横杆的强度和钢度验算

因为工作桥有四根主梁，主梁底作用在横杆上，梁底有两根檩条，视作承受集中荷载。每根梁荷载71.45×6.5=464.4kN，P=464.4/96=4.84。

横杆最大应力：

横杆最大扰度：

2.胸墙脚手架

（1）基本参数

按一孔胸墙最大荷载0.7m×3m×6.5m作为样本进行计算，每孔胸墙钢筋混凝土重25.87t，脚手架步距1.5m，立杆纵距L1=0.5m，横距L2=0.5m，总高度7.5m。

（2）荷载计算

①模板荷载：q1=0.35kN/m2

②钢筋混凝土荷载：q2=25.87×10kN/m3/（1.3m×5.0m）=39.8kN/m2

③施工荷载：q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2

主要荷载为施工人员、施工设备荷载、振捣荷载和风荷载。施工人员、料具及施工设备按1.0kPa计算，振捣混凝土产生的荷载按2.0kPa计算，考虑几种荷载同时作用的概率很小，为此取2.5kN/m2进行计算：q=39.8+0.35+2.5=42.65kN/m2。合计：P=42.65×1.3×5.0=277.23 kN/m2。

（3）立杆稳定性计算

纵向间距为40m，横向间距为60cm.双排钢管共计44根。

每根立杆承受荷载为：277.23/44=6.3kN。

使用Φ48×2.7mm钢管，A=384mm2管的回转半径为：15.9mm。

每孔采用44根，各立柱间布置双向水平撑，上下共两道，并在垂直方向设置连续剪刀撑。

按强度计算，支柱的受压应力为：σ=N/A=6.3/384×1000=16.40N/mm2。

按稳定性计算支柱的受压应力为：长细比λ=L/i=1500/15.9=94.3。

查表得φ=0.634。

σ=N/φA=6.3×1000/（0.634×384）=25.88N/mm2＜f=205N/mm2，满足要求。

（4）横杆的强度和刚度验算

把胸墙视作为梁，胸墙底作用在横杆上，墙底有两根檩条，视作承受集中荷载。每个胸墙荷载：P=277.23/44=6.3kN。

横杆最大应力：

横杆最大扰度：

3.墩墙模板

墩墙施工其高度均为7.5m。混凝土对模板产生的侧向压力及相关数值是否满足要求，进行以下设计计算。

（1）混凝土对模板产生侧向压力位置

采用江正荣编著的《建筑施工计算手册》中混凝土对模板的侧压力计算。采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力，可按下列两式计算，并取两式中的最小值：

式中：

F—新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2）；

γc—混凝土的重力密度（kN/m3）；

to—新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。当缺乏试验资料时，可采用计算；

T—混凝土的温度（°）；

V—混凝土的浇灌速度（m/h）；

β1—外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；

β2—混凝土塌落度影响修正系数，当塌落度小于30mm时取0.85，坍落度50～90mm时取1.0，坍落度110～150mm时取1.15（见图1）。

（2）墩墙模板受混凝土侧向压力值计算

①侧向压力值计算

β1=1.0，β2=0.85，T=10，H=7.5

F=0.22γctoβ1β2V0.5=0.22×25×1.58=59.09 kN/m2

F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2

按取最小值，故最大侧压力为59.09kN/m2。

有效压头高度h=F/γc=59.09/25=2.36m。

②拉杆选用

拉杆承受的拉力：设横向间距0.5m，纵向间距0.7m。

P=59.09×1000×0.5×0.7=20681N。

查表8-10得P=21000N。

查表8-11选用M16，其容许拉力为24500N＞20681N。

③排架计算（H=7.2m）

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.2=180kN/m2

根据以上公式计算，最大侧压力为59.09kN/m2，有效压头高度h=59.09/25=2.36m，因此，排架拉杆同于墩墙，选用M16。

（3）墩墙模板强度、刚度校核计算

1）木模厚度和内模截面、间距

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2及F=γcH=25×7.2=180kN/m2

取二者中较小值F=59.09kN/m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生水平荷载标准值4kN/m2，分别取荷载分项系数1.2、1.4，则作用于模板的总荷载：

q=59.09×1.2+4×1.4=70.91+5.6=76.51 kN/m2

2）木模计算

①强度计算

设木模板的厚度为13mm

W=1000×132/6=2.82×104N3/mm

M=l/10·ql2= l/10×64.68×0.22=0.26kN·m（l为内模计算跨距，l=0.2m）

模板截面强度δ=M/W=0.26×106/2.82×104=9.2＜13N3/mm。

故满足强度要求。

②刚度验算

刚度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载作用，则：

q2=59.09×1=59.09kN/m2

I=l/12bh3=l/12×8×43=4.27×105

W=59.09×2004/（150×9×103×4.27×105）=0.16＜[W]=L/400=400/ 400=1.0

故，刚度满足要求。

（4）内模计算

设内模截面50mm×100mm，W=8.33×104，I=4.27×105，外间距200mm。

①M=l/10·ql2=l/10×59.09×0.22=0.236kN·m

δ=M/W=0.236×106/8.33×104=2.83＜13kN/m2

②刚度验算

内木模挠度由式得：

W=59.09×2004/（150×9×103×4.27×105）=0.16＜[W]=L/400=400/400=1.0

刚度满足要求。

三、结论

图1 混凝土对模板产生侧向压力示意图

表1 各部位钢管脚手及模板核算成果汇总表

通过以上对工作桥、胸墙、墩墙脚手架及模板整体稳定性的计算，从中选取了相关材料的型号、尺寸，从而避免发生跑模、炸模和失稳现象的发生，确保整体施工安全，有效保证工程质量的合同目标。另外，要注重以下几点： （1）脚手架纵横距离要严格按方案进行布设，其间距不得大于方案所明确的数据，同时在满堂脚手架搭设的高度上，按三层进行布设的，因此，剪力撑布设严格按不小于三层进行布设，防止产生失稳现象。（2）木制的内外模距离、尺寸必须按方案实施，防止产生刚度不够而出现跑、炸模的问题。（3）方案所涉及的其他数据尺寸，在施工中一定不小于方案明确的布设数据。（4）成果汇总表，见表1■