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模板工程

混凝土施工中使新浇混凝土成型的模具以及支承模板的一整套构造体系;其中接触混凝土并控制预定尺寸、形状、位置的构造部分称为模板。支持和固定模板的杆件、桁架、联结件、金属附件、工作便桥等构成支承体系。对于滑动模板、自升模板还需增设提升动力以及平台、提升架等构造。模板工程是一种临时结构,需在施工过程中支承自身和新浇混凝土的重量,并且支承材料、设备、工作人员等活荷载,高空作业时还要考虑风荷载。

混凝土施工中使新浇混凝土成型的模具以及支承模板的一整套构造体系;其中接触混凝土并控制预定尺寸、形状、位置的构造部分称为模板。支持和固定模板的杆件、桁架、联结件、金属附件、工作便桥等构成支承体系。对于滑动模板、自升模板还需增设提升动力以及平台、提升架等构造。

模板工程是一种临时结构,需在施工过程中支承自身和新浇混凝土的重量,并且支承材料、设备、工作人员等活荷载,高空作业时还要考虑风荷载。在混凝土施工中,模板工程尽管是辅助性和临时性结构,但又是必不可少的。水工混凝土施工中模板工程费用约占混凝土工程总造价的15~30%,在无钢筋或少钢筋的大体积混凝土工程中约占5~15%,模板制作与安装劳动消耗量约为28~45%,并耗用大量优质木材与钢材,因而合理选择与使用模板直接关系到结构物的工程质量和造价。

模板的分类 有各种不同的分类方法。按照形状分为平面和曲面两种模板;按照受力条件分为承重和非承重两种模板,前者需承受混凝土的重量,后者只承受混凝土的侧压力;按照所用材料分为木模板钢模板、钢木混合模板、重力式混凝土模板、钢筋混凝土镶面板,铝合金模板、塑料模板、纸模板等;按照结构和使用特点分为拆移式、固定式两种;按照其特种功能,有滑动模板、真空吸盘或真空软吸盘模板、保温模板、钢模台车等。

发展过程 中国水利工程在20世纪60年代以前主要采用木质模板。木材易于制作成各种形状,有些形状特殊的构筑物,如水电站尾水管混凝土浇筑,通常均采用木料制作模板(见图1)。森林资源丰富的国家,近代仍多采用木质模板或钢木混合结构。在模板工程中木模板至今仍占有一定地位。

图1 木制水电站尾水管模板

70年代以来,中国在混凝土坝施工中多采用大型钢木混合模板、混凝土模板等,随后广泛发展了滑动模板以及由此而带来了混凝土浇筑工艺的革新,显示了明显的经济优势,其中有许多有代表性的典型工程。1973年丹江口水库下游引水工程排子河渡槽的114个空心墩,采用了滑动模板施工方案,浇筑混凝土10000立方米,累计滑升高度2710米,仅用4个月,比常规方法施工缩短工期一年。1975年密云水库溢洪道工程的溢流堰和泄槽陡坡混凝土衬砌,采用了沿轨道行走的拖板式滑动模板,成功地拖出了大面积的光滑平整的曲面和平面。1977年在曲率变化复杂的北京苇子水库双曲拱坝上采用了滑动模板施工方案,并相应采取了连续垂直浇筑法。近代世界上有两座拱坝采用滑动模板施工:其一为瑞典的瓦格福斯单曲拱坝,高45米;其二为上述双曲拱坝,高59米。1984年另有两座工程采用上述方案。在这一时期,还有竖井、隧洞、渠道、拦污栅等工程采用滑动模板施工。

图2 滑动模板在双曲拱坝中的应用

1908年开始采用钢材制作模板和模板支承。20世纪70年代以来,国际市场上有各种专利模板。中国有组合钢模板,这种模板采用模数拼块,可以拼成各种规格和形状,拼缝严密,用途十分广泛,尽管购置价格较高,但周转次数高达几千次,可以取得较高的经济效益。中国水利工程中已广泛采用(见钢模板)。

悬臂模板 浇筑大体积混凝土的专用模板,1946年在美国问世,先在狼溪(wolfcreek)坝应用,随后在使用中不断改进,颇受欢迎,传播于许多国家。中国在20世纪50年代已采用木质半悬臂模板,70年代中期研制了多种悬臂模板。

钢模台车是隧洞工程的专用移动式模板,中国自70年代开始,已研制出多种类型。

50年代中国为提高泄水建筑物溢流面的混凝土抗压强度和抗冲刷能力,采用木质真空模板,但平整度难保证,近年很少采用。80年代又研制了真空软吸盘模板,已用于渠道的混凝土衬砌。

立模面积系数 指混凝土水工建筑物的立模面积和混凝土浇筑量的比值。此值与坝的类型、结构特点以及坝高有关。已知浇筑量和立模系数,可框算立模面积。各种坝型的立模系数见表1。

表1 各种坝型的立模系数

混凝土对模板的侧压力侧压力是设计模板的主要依据。新拌制的混凝土是一种塑性材料,随着时间的推移而凝固为固体,气温高时,拌制后快则数十分钟内开始凝固,低温下可以延长至数小时,随凝固过程混凝土的骨料之间摩擦力增加,限制骨料彼此自由移动,混凝土从塑性状态变为固体状态,混凝土对模板的侧压力也随之降低。

混凝土对模板的侧压力,主要由以下因素确定:①混凝土的浇筑速度;②混凝土的温度;③混凝土的容重;④混凝土的捣固方法;⑤混凝土的稠度。还有一些其它因素,计算时可略去不计。

在不同条件和因素的影响下所产生的侧压力,中国于60年代初期提出了计算公式,即:

模板工程

有效压头hmax为计算混凝土侧压力的关键,是浇筑速度(V)(米/小时)、混凝土浇筑温度(T)(0℃)的函数。一般施工条件下hmax变化范围在1.1~1.2之间。

系数K值一般多做为散粒体理论的土压系数。实质上,混凝土与土不同,本身存在一定的粘度,并随时间逐渐凝固。但是考虑混凝土在振捣以后、凝固以前,可以接近于土压,本身存在的粘度可以做为安全系数不加考虑,但必须考虑φ角因混凝土的配合比、坍落度、掺用外加剂等因素不同而变化,可参考表2采用。

表2 大体积混凝土φ、K的参考值

Ca值为因振捣器振捣或卸料冲击所产生的附加压力。振动附加压力只有在断面狭小的墙、柱中才发生作用,在大体积混凝土中,振动器的活动区域较大,振动听产生的振动力是暂时的和局部的,对大面积模板来说影响较小,故可不加考虑。一般因振捣而产生的压力是0.2~0.3吨/米2。但采用吊罐直接入仓的卸料方法浇筑大体积混凝土时,必须考虑卸料冲击所产生的附加压力,可取Ca=0.5吨/米2

r为流态混凝土的容重(千克/米3)。