大角度空心薄壁V型墩模板设计
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中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
论文摘要：
本文结合房山五渡桥工程大角度空心薄壁V型墩施工，系统介绍了异型结构墩柱采用自主研发的钢框架进行模板设计的思路和特点。
房山五渡桥主桥为三角刚架悬吊连续梁桥，其主桥主墩采用带水平刚性系梁的V型墩，呈“”。针对该种异型结构墩柱，我们提出采用钢框架组合模板的模板设计方案。
如何合理的利用钢框架组拼成墩柱外形，并保证墩柱外观质量，是模板设计需要解决的关键问题。根据对墩柱结构和钢框架模板特点的分析，提出用钢框架组成矩形闭合框架，将转角设计为内置木桁架模板的方法形成墩身。然后将每面模板进行切割划分，划分为标准板和异形板。虽然四个支点墩外形尺寸不一，但标准钢框架能周转使用，因此仅需要订制四套异形板，避免制作四套钢模板的费用。将以上关键问题解决后，编制模板实施具体方案。
该模板方案在五渡桥工程主墩施工中应用获得成功，最后总结出该法施工的特点，指出其优势与不足。采用钢框架组合模板成形墩柱的方法，技术先进，操作简单、节能环保，节约资源，易于推广。
随着社会发展，科学技术进步，桥梁建设事业也在飞速前进，桥梁设计在满足功能要求的情况下，出现了更为多样的景观设计理念，墩柱作为桥梁不可缺少重要部件，加上其显著位置成了很多桥梁设计师琢磨的焦点，墩柱结构形式的多样，促使施工工艺同样要开拓创新，本文结合房山五渡桥工程大角度空心薄壁V型墩施工，向大家介绍采用钢框架组合模板进行异型结构墩柱模板设计的思路和特点。
1工程概况
房山五渡桥工程位于房山区十渡镇涞宝路西关上，跨越拒马河。工程起点桩号K0+000，终点桩号K0+550，全长550米。主桥设计新颖、外形美观，为三角刚架悬吊连续梁桥，是一种新型的组合结构体系，该桥型在国内外尚属首例，见图1和图2。
主墩全桥合计2座，采用带水平刚性系梁的V型墩，呈“”。墩身为变截面空心薄壁钢筋混凝土结构，其与主墩盖梁为整体式结构。墩柱为单箱双室空腹截面，墩身底宽8.0m，厚度5.0m，高约10m，最大的外倾水平角为37.47°。
图1五渡桥侧面图 图2五渡桥效果图
方案比选
在桥梁工程施工过程中，我们通常使用的结构模板大体可分为木模板、钢模板和钢框架组合模板三种类型，因此我们在进行方案比选时就此三种类型的模板特点进行了分析比较。
木模板：木模板材质轻，施工成本低，但是其强度、刚度低，比较适合现场制作加工，多用于灵活多变的小结构部位，对于大体积结构外观则难以保证质量，且施工损耗大，不利于环保。木模板成型质量还受工人技术影响较大，质量保障不稳定。
订制钢模板：钢模板具有刚度、强度高，外观尺寸易于保证，结构成型质量较高的特点，但由于其一次性投资大，因此成本较高，适合于有一定规模数量的样式相同的结构。此外，钢模板在周转使用和存储时，对钢板面要进行特别维护，才能保证外观质量。
钢框架组合模板：采用型钢制作钢框架，模板受力有保障，选用酚醛漆复合模板作为面板，且面板可更换，混凝土外观质量易于保证。钢框架组合模板安装工艺简单，支撑便捷，可快速便捷的进行框架临时分割及组拼，以适用于不同形状混凝土结构物的施工，适用范围广阔。其中钢框架标准板还可多次周转使用，摊销成本低，且节能环保，另外，钢框架的维护及保存要求简单，费用较低。（注：模板组合钢框架已申请专利，专利号：ZL2009 2 0314278.0）
针对本工程墩柱结构异型，且体积大、数量较少的特点，为保证墩柱质量，我们选用钢框架组合模板方式进行大角度空心薄壁V型墩施工的模板工程设计。
3方案设计
主墩为带水平刚性系梁的V型墩，呈“”。墩柱为单箱双室截面，纵向壁厚0.6m，横向壁厚1.0m，中腹板厚2.0m。承台顶墩身宽8.0m，厚度方向高为5.0m。2号支点墩盖梁顶，横桥向宽为16.912m，纵向水平宽为4.936m；3号支点墩盖梁顶，横桥向宽为17.53m，纵向水平宽为4.895m；4号支点墩盖梁顶，横桥向宽为17.53m，纵向水平宽为4.895m；5号支点墩盖梁顶，横桥向宽为17.53m纵向水平宽为4.842m；同时，由于纵坡影响，2号支点墩高为9.649m，外倾水平角为37.47°；3号支点墩高为9.742m，内倾水平角为51.34°；4号支点墩高为9.951m，内倾水平角为51.34°；5号支点墩高为10.046m，外倾水平角为38.33°。见下图3墩柱外形设计图。
图3墩柱外形设计图（cm）
3.1模板划分
如何合理的利用钢框架组拼成墩柱外形，并保证墩柱外观质量，是模板设计需要解决的关键问题。为保证钢框架组合模板的整体性，又易于施工操作，我们直接用钢框架组成一个矩形闭合框架，转角设计为内置木桁架模板。根据图纸计算出墩柱每个结构面外形尺寸，我们将钢框架划分为标准板和异形板，在每个结构面上进行模板切割划分，然后绘制出钢框架标准板和异型板板拼接布置图，见下图4。
四个支点墩墩高不一，倾斜角度不一，侧面墩身随着高度收缩，立面墩身随着高度向两侧拓宽，因此四个支点墩外形尺寸不一。对四个支点墩的每个结构面均需进行模板划分，并且需要制作四套异形板。标准板制作数量应根据工程进度来确定合理配置数量和周转使用计划。
注意在划分板块的时候，异形板不宜切割成太小的板块，因为板块过小不易形成平整板面，且安装繁琐，不利于提高施工速度和质量。
注：无标号方块为标准板，带标号方块为异形板
图4钢框架模板拼装图示
3.2钢框架及其配件制作[1]
标准板采用8#槽钢制做钢框架的外肋，40×80×4mm方钢做背肋，相互焊接成一个1200×2400×80mm的钢框架，背肋横向间距（通长长肋）30cm，纵向间距（夹缝短肋）30cm，外肋组合连接孔φ20 mm，间距30cm。将连接胶合板用的三角形钢板进行焊接（4cm×4cm）并在其中心位置钻6mm孔洞，并于平头螺丝栓连接。槽钢、方钢、三角板之间的焊接应满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205。其它配套连接件，如阴角、阳角连接件可按实际情况单独定做。异形板依据划分形状，参考标准板要求进行制作。制作好的钢框架模板异形板应进行编号，以利于施工安装。一般钢框架加工在厂家进行。钢框架标准板设计图见图5。
图5模板组合钢框架设计图
3.3芯模设计
墩柱为单箱双室截面，芯模采用泊松板直接拼装成型，在设计时，主要考虑吊装能力和施工便利。在本工程V型墩施工时，芯模加工为一体成型，然后吊装入位，减少了芯模安装时产生的锯末等废料的清洁问题，有利于保证墩柱外观和结构质量。另外，需在芯模上设置人孔，以便进行芯模拆除。
3.4编制模板拆装指导书
1）根据工程经验及施工条件确定钢框架支撑方式和芯模内撑方式，根据受力形式确定框架外纵横背楞规格、排列方式和对拉螺栓或支撑布置情况。
2）根据结构形式和施工条件确定模板荷载，并进行模板和支撑的强度、刚度及稳定性验算[2]。
3）绘制全套模板设计图：标准板、异形板、组装图、角模、节点大样图和零部件加工图，统计模板及配件规格、型号及数量。
4）编写出模板安装及拆卸说明书。
3.5模板技术交底
必须对模板安装人员应进行全面的技术交底，使其了解模板施工流程，并熟练掌握拼接组装、支撑加固和拆除技术。
3.6模板施工的材料及机械设备要求
1）模板钢框架宜工厂制作，到场后应核对验收；循环使用的钢框架应进行检查，经检验或修复后合格的方可使用。模板钢框架应严格按照程序进行堆放和装车倒运。平行叠放时，避免碰撞，底层钢框架应垫离地面不小于10cm，立放时，必须采取防止倾倒措施，保证其稳定性。
2）面板材料应选择刚度、密实度、吸水率指标合格的胶合板。
3）根据施工组织设计和施工现场实际情况配备必要的吊装设备和运输设备。
4总结
采用钢框架组合模板成形墩柱的方法，操作简练、节约资源，还能够在保证安全、质量同时也满足环保的各项要求。该法利用钢框架模板的工厂化制作，框架强度高，确保受力，胶合板面板光亮整洁，且易于拼接，确保外观，现场按步组装，大大减少施工操作难度的特点，除提高墩柱成形质量外，钢框架可循环利用节约了资源，使异型结构墩柱的施工工厂化、机械化、适用范围更广。
1）本次工程采用钢框架组合模板施工，有效解决了大角度空心薄壁V型墩大体积、大倾斜角度和结构复杂的工程施工难题，确保了工程质量。
2）钢框架组合模板施工操作简便，使用周转快，保证了施工工期、没有发生任何安全事故、质量事故。
3）四个主墩尺寸不一，采用钢框架组合模板避免制作四套钢模板的费用，钢框架组合模板在V型墩施工过程中，标准钢框架能周转使用，仅需要订制异形板，就能完成结构模板组型要求，有效降低了材料的浪费，经济环保。此外，该套模板在主墩使用后，其标准板还可应用在过渡墩和其他结构上，其通用性强和利用率高，与订制钢模板方案比较，节省费用40余万元，因此选用钢框架组合模板施工方案是最经济的施工方案。
本法主要适用于桥梁施工中异型结构墩柱，尤其是棱角分明的线形结构，如变截面矩形墩柱、V型墩柱、Y型墩柱等。对于受力较大的结构，可加大胶合板厚度及加密型钢布置；对于边角为弧形的结构，边角处可制作阳角弧形钢模，以保证边角外形。
钢框架组合模板的不足之处在于它难以保证弧形或圆形截面的结构外形，因此如圆墩柱等圆弧形截面结构不适合采用钢框架组合模板方法施工。
参考文献
[1] JTJ96-95中华人民共和国行业标准《钢框胶合板模板技术规程》[S]
[2] JTJ041-2000中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》[S]