弧形挡土墙模板设计

李明辉

1 工程概况

钢筋混凝土挡土墙作为厂房地下结构的外墙,可以抵抗土的侧压力。弧形挡土墙在设计上具有诸多优势,但较难于施工。台山核电厂一期常规岛土建工程HM厂房挡土墙与HM厂房筏板基础连成整体,标高-14.500m～-0.25m,布置在厂房的四周。本工程挡土墙结构形式为:每间隔1个1 500mm×4 000mm的柱子有一段长度为 2m～4m弧形挡土墙,其弯弧半径 2 m～4m。沿整个HM厂房四周弧形挡土墙总长度约为 250m,挡土墙混凝土总量约为 9 000m3。弧形挡土墙平面示意图见图 1。

2 弧形挡土墙一般模板设计

平直墙体模板一般做法为胶合板外侧用木方做模板次龙骨,木方外侧使用钢龙骨(钢管或槽钢)做模板主龙骨。木方较脆,不能弯成弧形,因此对于弧形挡土墙一般模板设计思路为:胶合板外侧使用竖向木方做模板次龙骨,木方外侧使用弧形钢龙骨做模板主龙骨(见图 2)。按照上述思路设计的模板主要有两方面缺点: 1)钢龙骨弯成弧形加工成本高,因为其他结构很少使用相同弧度的钢龙骨,使用完后基本报废。2)“竖向的木方次龙骨、横向的钢龙骨主龙骨”这样的模板竖直方向由木方抗弯,木方的抗弯强度较钢龙骨低,因此模板整体抗弯能力差,容易在混凝土侧压力及施工荷载的作用下发生倾覆破坏(该工程单次模板支设高度达7m)。

3 弧形挡土墙创新型模板设计

本文将要介绍的弧形挡土墙模板设计方法完全克服了以上两方面缺点。模板设计主要思路为:胶合板外侧使用横向叠合板(多层胶合板)做模板次龙骨,叠合板外侧使用竖向钢龙骨做模板主龙骨。下面介绍本工程模板设计,以供类似工程做参考。

3.1 材料及其主要力学性能

根据项目部物资储备情况,本工程模板主要使用 9mm厚胶合板、15mm厚胶合板、20mm×50mm木条、10号普通槽钢、M 16高强拉杆、钢杯、蝶形螺母等。胶合板弹性模量为 9 500N/mm2,抗弯强度设计值为13N/mm2,抗剪强度设计值为1.5N/mm2;10号普通槽钢弹性模量为210 000 N/mm2,抗弯强度设计值为205N/mm2,抗剪强度设计值为 125 N/mm2,截面惯性矩 1 980 000mm4,截面抵抗矩39 700mm3;M 16高强拉杆抗拉强度设计值80.5 kN。

3.2 弧形挡土墙模板设计

本工程弧形挡土墙弯曲半径为 2m～4m,较厚的胶合板不能按此半径进行弯曲,故模板面板使用9mm厚胶合板,胶合板外侧竖向密布20mm×50mm木条(净距小于10mm)对模板面板进行加强。

叠合板使用 15mm厚胶合板按照设计弧度切割做成,叠合板宽度取100mm,叠合板(模板次龙骨)竖向间距取200mm,叠合板的叠合层数通过计算确定(见图3)。

根据混凝土侧压力计算值,施工荷载等,按照《建筑施工计算手册》相关公式进行计算,当叠合板的叠合层数为 3层,外侧竖向背靠背双10号槽钢(模板主龙骨)间距800mm,模板加固M 16高强拉杆间距 800mm×800mm时,模板强度、刚度均能满足要求。本工程模板设计示意图见图 4,图 5。

3.3 弧形挡土墙模板加工制作

模板的加工:按照设计弧度将15mm厚胶合板切割成100mm宽的板条(长度为弧形挡土墙长度2m～4m);9mm厚胶合板面板与20mm×50mm木条之间使用胶水粘结;由三层胶合板组合而成的叠合板的各层板之间也使用胶水粘结;双槽钢与叠合板之间进行连接(见图 6);模板面板与叠合板之间使用钉子钉牢。模板涂刷脱模剂,设置吊耳等。

4 经济效益分析

根据项目部最新物资采购单价,模板主要材料价格如下: 9mm厚胶合板(精细模板)单价为46元/m2,15mm厚胶合板(普通模板)单价为37元/m2,20mm×50mm木条单价为1 800元/m3, 50mm×100 mm木方单价为 2 130元/m3,10号槽钢单价为4 150元/t,按设计加工成型的弧形槽钢构件价格为 7 500元/t。

在模板加工制作过程中,按 9mm厚胶合板、20mm×50mm木条、50mm×100mm木方使用率90%,15mm厚胶合板使用率70%,10号槽钢使用率 97%,加工成型的弧形槽钢使用率 100%进行计算。弧形挡土墙一般模板设计中,加工 10m2模板需 9mm厚胶合板11.11m2,价格511.11元;需20mm×50mm木条0.222m3,价格400元;需50mm×100mm木方0.278m3,价格591.67元;需弧形槽钢构件 0.25 t,价格 1 875元;合计加工 10m2模板,材料成本为 3 377.78元。弧形挡土墙创新模板设计中,加工 10m2模板需9mm厚胶合板11.11m2,价格511.11元;需20mm×50mm木条0.222m3,价格400元;需15mm厚胶合板21.43m2,价格792.86元;需 10号槽钢0.257 t,价格1 069.59元;合计加工10m2模板,材料成本为 2 773.556元。

通过上述计算可得每加工 10m2模板,弧形挡土墙创新型模板设计比弧形挡土墙一般模板设计节约成本 604.22元。本工程共需模板约5 000m2,共节约成本30.2万元。同时在弧形挡土墙一般模板设计中,10号槽钢(弧形)难以再次利用,而在弧形挡土墙创新模板设计中,10号槽钢可以再次利用,相当于间接节约成本约 20万元～30万元。

5 结语

该模板体系做出了大胆尝试,使用叠合板做模板次龙骨,在模板工程中是一次十分成功的创新。该模板体系在本工程中取得了良好的综合效果,不仅经济效益明显,而且模板体系的安全性,整体性十分好。模板拆除后混凝土表观质量十分完美。

[1] GB 50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[2] DL/T 5210.1-2005,电力建设施工质量验收及评定规程[S].

[3] 许秋刚.探讨重力式挡土墙设计理论及方法[J].山西建筑, 2009,35(3):153-154.