近年来，随着我国国民经济的高速发展，高等级公路建设呈现飞速发展的形势，尤其是共同富裕区以及大花园建设等构想的提出。山岭地区公路建设跨越山谷、河沟等现象普遍存在，桥梁建设众多，所以寻求安全、高效、经济的桥梁墩柱施工方法是值得探讨和研究的课题。

本文结合笔者参与的仙居至庆元公路龙泉下庄儿至兰头段工程溪儿门大桥矩形墩施工做这方面的简单探讨。

工程概况

仙居至庆元公路龙泉下庄儿至兰头段工程土建第2施工标段，路线沿紧水滩水库东侧的既有道路布线，在坑口附近设坑口大桥跨越水库支流，在 K66+610.366 处下穿在建 G322 国道龙泉安仁至西街段改建工程，而后路线向南沿村道布设，在到达外周畲后路线沿老路内侧布线，在K67+827.703处西侧设小白岸连接线。小白岸连接线段路线起于 MK2+110，后路线沿着紧水滩水库北侧山脉展线，设溪儿门大桥跨紧水滩水库与仙居至庆元公路龙泉下庄儿至兰头段工程主线段平交，终点桩号MK2+488.415，路线全长 0.378km。 其中溪儿门大桥2号、3号墩为矩形实体方墩。

 施工工艺

溪儿门大桥2、3号墩为6*2m矩形墩，最高27.6m。施工确定采用无支架翻转模板分节段施工，每个墩模板采用三节，每节高2.25m、第1节作为基模、每次翻转2节=4.5m，(竖向主筋为定尺9m长的钢筋，接头采用机械连接)，施工平台依附于翻模上，使用25T吊车配合人工吊装钢筋及提升模板(10m以下吊车安放在承台一侧，10m以上吊车安放在钢便桥泵车平台上)，钢便桥高15m，墩最高27.6m；混凝土采用拌和站集中拌和，用罐车运输至工地，采用混凝土泵车泵送入模，使用插入式振捣器振捣密实。

模板在有资质的模板厂制作，采用大块钢模，两侧长6.8m、高2.25m，堵头长2m、高2.25m。模板基本设计情况如下：

1、面板：5mm钢板

2、横肋：100*10mm，间距38cm

3、竖肋：[10槽钢，间距30cm

4、背梁：2根[14槽钢，间距85cm

5、对拉螺纹钢：直径20精轧螺纹钢，详见下图：

交角处对拉螺栓

钢模板的受力分析、刚度计算和强度计算

根据混凝土分层浇筑产生的最大荷载来验算模板，最大荷载为浇筑到6.75m时产生，因此，对最不利荷载进行计算分析。

1、荷载分析

按照最大侧压力计算

1）新浇混凝土作用于模板的最大侧压力，按下列公式计算(二者取小值)：

F1=0. 22γc tβ1β2 V1/2

F1=γ*h

h=1.53+3.8υ/T

γ——混凝土的重力密度，取26.0kN/m3；

T=新浇混凝土的温度取，取25度；

 新浇混凝土的初凝时间   =200/(25+15)=5

V——实心墩最大横断面面积为12m2，泵车浇筑速度取20m3/h，混凝土的浇筑速度取1.8m/h；

H——模板计算高度取6.75m；

β1——外加剂影响修正系数，取1.2；

β2——混凝土的坍落度影响修正系数，取1.150。

根据以上公式计算的新浇筑混凝土对模板的最大侧压力：

F1=0. 22γc tβ1β2 V1/2

F1＝0.22*24*5*1.2*1.15*1.81/2＝48.878kN/m2；

2)砼的侧压力详见下图所示：

混凝土压力分布图

 V/T=1.8/25=0.072＞0.035   

砼的有效压头高度h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8*1.8/25=1.8036

砼的最大侧压力F1=γ×h=F2=26*1.8036 =46.894KN             

二者取小值F2=46.894KN

2）倾倒混凝土时产生的荷载标准值F3＝2 .0kN/m2；

3）振捣混凝土时产生的荷载标准值F4=4 kN/m2；

荷载组合

根据《路桥施工计算手册》规定的荷载组合及分项系数，模板及支架的强度验算时，取新浇砼对模板的侧压力及振捣砼时产生的水平荷载，挠度验算时仅考虑新浇砼对模板的侧压力。具体如下：

强度验算时：q=1.2*F2+1.4*F4=1.2*46.894+1.4*4=61.873KN/m2     

挠度验算时：q=1.2*F2=1.2*46.894=56.73KN/m2

2、钢模板验算

1）面板验算

厚5mm钢板外次楞为竖向[10槽钢，横向间距30cm，故采用跨径为30cm的实为三等跨连续梁，为方便计算采用简支梁形式。

a）强度验算

取1.0m板带、厚5mm钢板

截面抵抗矩：W=1000*52=25*103mm3

截面惯性矩：I=1000*53=12.5*104mm4   

钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。

弹性模量: E = 2.1*105N/mm²

截取1.0m宽、5mm厚钢板，跨径为0.30m  计算简图如下：

弯曲强度验算

Mmax= qL2/8=61.873*0.3/8=0.696KN.m

σw=Mmax/W =0.696*106/25*103=27.84MPa＜设计强度215MPa，强度满足要求。

b）挠度验算

最大容许挠度值:300/400=0.75mm；

fmax=5ql⁴/384EI=5*56.73*300⁴/(384*2.1*10⁵*12.5*10⁴)=0.228mm＜0.75mm挠度满足要求。

2）加强肋验算

加强为竖向[10槽钢，横向间距30cm，横向背靠背[14槽钢，竖向间距85cm，故采用跨径为85cm的实为三等跨连续梁，为方便采用计算简支梁形式。

[10槽钢

截面抵抗矩：W=39.7*10³mm3

截面惯性矩：I=198*10⁴mm4

单位重量：10kg*10/1000=0.1kN/m

钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。

弹性模量: E = 2.1*10⁵N/mm

其计算简图如下：

A、弯曲强度验算

q=61.873*0.3=18.562

Mmax= qL2/8=18.562*0.85²/8=1.676KN.m

σw=Mmax/W =1.676*10⁶/(39.7*10³⁾=42.21MPa＜设计强度215MPa，强度满足要求。

挠度验算

q=56.73*0.3=17.019KN.m

最大容许挠度值:850/400=2.125mm；

fmax=5ql4/384EI=5*17.019*8504/(384*2.1*105*198*104)=0.278mm＜2.125mm挠度满足要求。

   3）背楞的刚度计算

对穿螺杆作为背楞的支承，背楞为3根[14槽钢，设对穿螺杆，承受为间距0.3m的10#槽钢肋及边楞传来的荷载，从钢模板来看，螺杆竖向间距85cm、横向间距沿背楞螺1.5m，故采用跨径为1.5m的实为多等跨连续梁，为方便计算并安全采用简支梁来计算。

模板图

[14槽钢

截面抵抗矩：W=80.5*10³mm3

截面惯性矩：I=564*10⁴mm4

单位重量：14.5kg*10/1000=0.145kN/m

钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。

弹性模量: E = 2.1*10⁵N/mm

A、弯曲强度验算

q=61.873*0.85/2=26.296KN.m

Mmax= qL2/8=26.296*1.5²/8=4.996K

σw=Mmax/W =4.996*10⁶/80.5*10³=62.062MPa＜设计强度215MPa，强度满足要求。

B、挠度验算

q=56.73*0.85/2=24.110KN.m

最大容许挠度值:1500/400=2.125mm；

fmax=5ql⁴/384EI=5*24.110*850⁴/(384*2.1*10⁵*564*10⁴)=0.138mm＜3.75mm

4）对拉螺栓的验算

拉杆采用M20精轧螺纹钢PSB830，其破坏力为260KN，容许拉应力为150KN，对拉螺栓按150cm×85cm间距进行设置，两端卡在横楞的槽钢上，按新浇砼产生的水平荷载Pmax计算螺栓承担的最大拉力：P=1.5*0.85*61.873=78.888KN。

对拉螺栓的容许拉力按下式计算：

F=P/A=78.888*1000/975.8=88.844M Pa

上式中：A------螺栓的有效横截面积（mm2），M20=975.8mm2；

[f]-----钢材的抗拉强度标准值(MPa)，取150MPa；

按M20计算得F=75.34M Pa <[f]150KN，满足受力要求

3、施工平台验算

1)  荷载

三角架平台作为施工的活动平台，主要承受施工荷载：施工平台上安方脚手架(墩身主筋定位架)取1kN/m2、施工人员取1.5kN/m2及自重取1.05 kN/m2。因为三角架间隔为0.7m，故q=(2.5+1.05)×0.7≈1.84kN/m，考虑分项系数后：q=1.84*1.4≈2.58kN/m

2)  材料特性

三角形支架的三个边，所使用的构件皆为L8x8的等边角钢，查得其截面面积A=1230mm2，最小回转半径rmin=15.7mm，Wx=12.83X103mm3。

RA=RB=1/2qL=2.58*1.05/2=1.35KN

M=1/8qL2=2.58*1.052/8=0.356KN.m

通过静力分析可知：AB杆为拉弯杆。拉力N=1.35KN，弯矩M=0.356KN.m

AB杆的截面最大应力为：

σ=N/A+M/W=(1.35*1000/1230)+(0.356*106/12.83*103)=28.8Mpa

<215Mpa，满足截面强度的要求。

BC杆为压杆，压力N=-1.35KN

LO=1.367m，rmin=15.7mm

Λmax= LO/rmin =1.367*1000/15.7=87.1<150

查表取u=0.401

σ=N/(uA)=-1.35/(0.401*1.23)=2.737Mpa<215Mpa，满足截面强度的要求。

墩身成型照片

利用以上模板施工方法，仙居至庆元公路龙泉下庄儿至兰头段工程溪儿门大桥未发生质量、安全事故，墩身混凝土外观质量达到规范要求。经总结以下几点体会：

1、要积极与监督部门、业主部门对接，争取支持。

2、进行充分的技术经济比较，避免投入与产出的不协调。

3、桥梁施工本身质量、安全管理压力大，再加之跨水库，安全风险管控更大，所以，要严格做好各项技术交底工作，加大现场的管理力度。

结束语：经对本套矩形墩钢模板的各个部件进行受力分析、刚度计算和强度计算，所有部位均能满足刚度和强度的要求，安全可靠。现场墩身成型美观，混凝土外观质量符合规范要求，得到了参建各方的认可，可为后续同类型桥墩模板设计和施工提供示范。

参考文献：

[1] 路桥施工计算手册[M]. 人民交通出版社, 2020

[2] JTG/T 3650 公路桥涵施工技术规范[M].人民交通出版社, 2020