鋼筋混凝土拱模結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用

(江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 揚州 225002)

1 工程概況

新沂河整治工程?？诳刂茦屑~中泓閘閘室基礎(chǔ)為沉井基礎(chǔ)，閘室底板為過流實用堰型式，閘室結(jié)構(gòu)如圖1所示。按照常規(guī)的施工方法在沉井終沉到位、井內(nèi)土方回填密實穩(wěn)定后，在沉井內(nèi)搭設(shè)滿堂腳手架進行底板鋼筋混凝土施工，并在其上預(yù)留鋼管、模板拆除運出孔洞，清出沉井內(nèi)周轉(zhuǎn)材料后，再封閉孔洞。由于澆筑的混凝土需在達到設(shè)計強度后，才能拆除底模，等強時間很長，工期損失也大，若底板同時施工所需的周轉(zhuǎn)材料用量大。另外，如在底板施工過程中或混凝土成型后未達到一定強度時，沉井內(nèi)回填土一旦發(fā)生沉降，底板混凝土極可能出現(xiàn)裂縫；加上工程底板施工時值夏季，氣溫較高，底板下通風(fēng)和照明條件差，水化熱積蓄導(dǎo)致氣溫高、悶熱，施工作業(yè)環(huán)境差，存在安全隱患。

針對上述情況，工程施工打破常規(guī)施工方法，針對拱板具有厚度小、配筋少的特點，采用預(yù)制鋼筋混凝土平板或拱形板作為閘室底板施工底模。

2 施工方案構(gòu)想

第一節(jié)沉井制作下沉期間，同時進行鋼筋混凝土拱板預(yù)制、等強施工；第二節(jié)沉井制作時，在沉井橫隔墻上增設(shè)鋼筋混凝土拱板支承臺口，縱隔墻間增設(shè)橫梁用于擱置拱板。拱形底板及支承布置如圖2所示。

圖2 拱形底板及支承布置

拱板與底板間間隙采用混凝土填充。

3 拱板結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)閘底板的結(jié)構(gòu)圖，在圖紙上放樣，選擇拱板的結(jié)構(gòu)。選擇原則：拱板的種類盡可能少，便于工人施工，拱板與閘底板的輪廓盡可能吻合。經(jīng)過反復(fù)篩選后，確定拱板的結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖3 拱板結(jié)構(gòu)(尺寸單位：mm)

3.1 正拱計算

正拱，拱板厚10cm，混凝土等級C25，計算寬度取1m。

3.1.1 荷載計算

恒載：閘底板混凝土自重g1=1.05×25×0.9×1=23.63kN/m；圓弧拱板混凝土自重g2=1.05×25×0.1×1=2.63kN/m；填充砂漿自重g3=1.05×23×0.1×1=2.42kN/m(簡化為全跨均布荷載)；

活載：施工荷載g4=1.2×2.5=3kN/m；

總荷載：q=g1+g2+g3+g4=23.63+2.63+2.42+3=31.68kN/m。

3.1.2 內(nèi)力計算

按雙鉸圓弧拱計算，拱高f=0.54m，跨長l=2m，矢跨比p=f/l=0.54/2=0.27。正拱內(nèi)力計算如圖4所示。

圖4 正拱內(nèi)力計算簡圖(單位：m)

跨中截面：彎矩Mmax=31.68×1-31.68×1×0.5-28.04×0.54=0.7kN·m，剪力V1=0；

支座邊緣截面剪力Vmax=28.04×sin55°-31.68×sin35°=4.8kN。

3.1.3 配筋計算

保護層c取2cm，結(jié)構(gòu)安全級別取為2級，r0=1.0，相應(yīng)持久狀況系數(shù)φ=1.0，

Vc=0.07fcbh0=0.07×12.50×1000×80=70kN>γdV=5.80kN，故無需配置箍筋。

為了防止施工過程中拱腳位置可能形成負彎矩，宜配置雙層鋼筋，面層配φ8@200受力筋，分布筋為φ8@300。

3.2 斜拱計算

拱板厚10cm，混凝土等級C25，計算寬度取1m。

3.2.1 荷載計算

恒載：閘底板混凝土自重g1=1.05×25×0.9×1=23.63kN/m；圓弧拱板混凝土自重g2=1.05×25×0.1×1=2.63kN/m；填充砂漿自重g3=1.05×23×0.20×1=4.83kN/m(簡化為全跨均布荷載，按平均厚度20cm計算)。

活載：施工荷載g4=1.20×2.50=3kN/m；

總荷載:q=g1+g2+g3+g4=23.63+2.63+4.83+3=34.09kN/m。

3.2.2 內(nèi)力計算

按雙鉸圓弧拱計算，拱高f=0.45m，跨長l=2.10m，矢跨比p=f/l=0.45/2.10=0.21。斜內(nèi)力計算如圖5所示。

圖5 斜拱內(nèi)力計算簡圖(單位：m)

將q分解為垂直于弦方向q1與平行于弦方向q2:

q1=qcos17.53°=34.09×cos17.53°=32.50kN/m

q2=qsin17.53°=34.09×sin17.53°=10.30kN/m

跨中截面：彎矩Mmax=34.04×1.05-31.68×1.05×0.53-38.67×0.45=0.30kN·m，剪力V1=0；

支座邊緣截面剪力Vmax=38.67×sin43.85°-34.04×sin46.15°=2.20kN。

圖6 q1內(nèi)力計算簡圖(單位：m)

b.q2產(chǎn)生內(nèi)力計算。q2內(nèi)力計算如圖7所示。水平推力H2=-0.71qf=-0.71×10.30×0.45=3.31kN；

水平推力H3=0.29qf=0.293×10.30×0.45=1.33kN；

跨中截面彎矩Mmax=0.50×1.05-1.33×0.45=-0.07kN·m，跨中截面剪力V=0；

圖7 q2內(nèi)力計算簡圖(單位：m)

支座邊緣截面剪力Vmax=3.31×sin43.85°-0.50×sin46.15°=1.98kN。

綜合q1、q2產(chǎn)生內(nèi)彎矩、剪力，跨中截面彎矩Mmax=0.30-0.07=-0.23kN·m，支座邊緣截面剪力Vmax=2.20+1.98=4.18kN。

c.配筋計算。保護層c取2cm，結(jié)構(gòu)安全級別取為2級，r0=1.0，相應(yīng)持久狀況系數(shù)φ=1.0；M=r0φMmax=1×1×0.23=0.23kN·m，故按構(gòu)造要求配筋:φ12@200，分布筋為φ8@300。

抗剪驗算：V=r0φVmax=1×1×4.18=4.18kN；

Vc=0.07fcbh0=0.07×12.50×1000×80=70kN>γdV=1.20×4.18=5kN，故無需配置箍筋。

為了防止施工過程中拱腳位置可能形成負彎矩，宜配置雙層鋼筋，面層配φ8@200受力筋，分布筋為φ8@300。拱板配筋如圖8所示。

圖8 拱板配筋圖

4 拱板施工方法

4.1 拱板預(yù)制

拱板在預(yù)制場內(nèi)預(yù)制，模板為土模，采用挖掘機將土方堆成土梗碾壓密實后，用經(jīng)緯儀按拱板處于工作狀態(tài)下形式確定拱腳位置線，并固定拱腳木模，再根據(jù)拱板底下弧線的形狀加工定型樣板修鏟土梗多余土方，局部鋪砂，兩邊端部夾定型樣板。鋼筋綁扎前在土模表面鋪一層油毛氈，鋼筋先在加工場內(nèi)放樣、加工，運到現(xiàn)場后綁扎。預(yù)制場架設(shè)拌和機，采用細石子拌制C30普通混凝土?；炷翝仓r，由拱腳向拱頂進行，采用手持式平板振動器振動密實，采用根據(jù)施工圖放樣制作的各型號樣板進行弧面收面刮平，澆筑完成后覆蓋灑水養(yǎng)護。

4.2 堆放

預(yù)制完成的微彎板在14天后，豎直擱置碼堆，堆高1層，支承牢固。

4.3 安裝

預(yù)制場內(nèi)采用裝載機配1t翻斗車運輸，現(xiàn)場采用25t汽車吊在上游護坦起吊，座漿(M10水泥砂漿)安裝。

4.4 填充混凝土

鋼筋混凝土預(yù)制圓弧板安裝完成后，進行四周接縫砂漿鑲嵌密實，填充板腳部位的混凝土，確保板受壓不變形，保證鋼筋混凝土施工堰頂板成型符合設(shè)計要求。

5 施工效果

采用圓弧鋼筋混凝土拱板閘底板底模，可以避免沉井內(nèi)300t鋼管腳手架的搭設(shè)、拆除和1500m2模板的安裝、拆除，降低施工強度；避免了惡劣環(huán)境下負高空作業(yè)，減少安全隱患；節(jié)省大量的周轉(zhuǎn)材料；加快了閘底板施工進度，確保底板的施工質(zhì)量和工期目標的實現(xiàn)，經(jīng)濟效益顯著。