趙麗 劉高飛 王思遠(yuǎn)

現(xiàn)今鐵路工程建設(shè)受諸多因素控制，如地形復(fù)雜、土地資源匱乏、既有設(shè)施限制等，選線中不可避免地要出現(xiàn)高路堤、深路塹、陡坡路基等疑難路基工程，因此在路基工程設(shè)計(jì)中，支擋防護(hù)措施不斷加強(qiáng)，加之受環(huán)境因素影響，石料開采減少，支擋防護(hù)工程中需要大量采用混凝土結(jié)構(gòu)。遇高陡邊坡，既有線施工等困難情況時(shí)，混凝土工程施工存在較多困難，施工效率低下，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，因此提升混凝土結(jié)構(gòu)施工效率，減少其施工難度成為設(shè)計(jì)中需要考慮的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

目前，輕鋼模型網(wǎng)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用較多，且效果良好，通過研究將其推廣至鐵路工程以及其他工程領(lǐng)域，以提高相關(guān)領(lǐng)域混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平發(fā)展，具有非常重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。

一、輕鋼模型網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)

輕鋼模型網(wǎng)是一種內(nèi)部為空腔、兩側(cè)為鋼板網(wǎng)外壁和豎向加勁肋、之間為水平連續(xù)拉筋組成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由鋼板網(wǎng)、加勁肋、拉筋及連接件組成的免拆模板網(wǎng)。

圖1 輕鋼模型網(wǎng)構(gòu)件截面圖一

輕鋼模型網(wǎng)均在工廠按照設(shè)計(jì)尺寸預(yù)制，施工時(shí)僅需做放置或必要的綁扎即可，是一種可以代替模板的特殊結(jié)構(gòu)，在混凝土澆筑完成后，不再拆除回收，后期可以增加混凝土砌體的耐久性等。

輕鋼模型網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)作為新型混凝土結(jié)構(gòu)材料，與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)比較，具備以下優(yōu)點(diǎn)：其施工沒有傳統(tǒng)施工過程中的搭拆腳手架、安拆模板的步驟，可在較小的空間內(nèi)施工較為便捷，對提升混凝土結(jié)構(gòu)的施工效率有明顯效果；對降低混凝土結(jié)構(gòu)工程的造價(jià)具有一定優(yōu)勢；通過“環(huán)箍效應(yīng)”、“滲濾效應(yīng)”，消除“容器效應(yīng)”，對提高混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性有一定作用；能夠利用粉煤灰等工業(yè)廢料，且施工過程中免振搗減少噪音污染，對環(huán)境保護(hù)有積極作用。

二、路基工程中的應(yīng)用

1. 排水工程

（1）采用Abaqus有限元軟件以側(cè)溝為例進(jìn)行凍脹條件下的結(jié)構(gòu)分析。

①邊界條件以及荷載

a.力學(xué)邊界，底部完全約束。四周為防止土體擴(kuò)散的約束邊界。水溝與土體中間設(shè)置為摩擦界面。

b.熱邊界，除上部溫度荷載區(qū)域，其余均為絕熱邊界。

c.模型全部施加重力荷載9.8kg/m3，并進(jìn)行地應(yīng)力平衡。荷載區(qū)域施加均布荷載70kPa。

d.地表溫度變化，變化區(qū)間[30，-20]℃，周期1年。

②基本假設(shè)

a.混凝土使用塑性損傷模型，土體采用摩爾庫倫模型。

b.土的凍結(jié)過程，以負(fù)溫度為主要因素。

c.土水相變溫度為0℃，熱量傳遞方式采用熱傳導(dǎo)。

d.分析按平面應(yīng)變問題處理。

③凍脹水溝分析模型簡述

根據(jù)水溝常用尺寸，對C25素混凝土、矩形側(cè)溝及使用輕鋼模型網(wǎng)結(jié)構(gòu)的矩形側(cè)溝進(jìn)行對照分析。側(cè)溝底寬均采用0.4m，溝深0.8m。側(cè)溝厚度采用20cm。

④有限元分析結(jié)果如下：

以下對比圖形左圖均表示素混凝土水溝數(shù)據(jù)，右圖均表示輕鋼模型網(wǎng)結(jié)構(gòu)混凝土水溝數(shù)據(jù)。

a.相同工況下，采用輕鋼模型網(wǎng)結(jié)構(gòu)側(cè)溝，側(cè)壁處的混凝土開裂受到了抑制，裂縫從0.1347mm降低至0.05924mm。底部混凝土優(yōu)先出現(xiàn)了開裂。

圖2 矩形側(cè)溝裂縫對比圖

b.相同工況下，采用輕鋼模型網(wǎng)結(jié)構(gòu)側(cè)溝，受拉損傷程度獲得顯著改善。

圖3 矩形側(cè)溝受拉損傷對比圖

（2）工程實(shí)例

某既有線病害整治工程，左側(cè)側(cè)溝直立邊受擠壓變形，采用輕鋼模型網(wǎng)混凝土加固處理后，到目前為止，無新的病害產(chǎn)生。

矩形水溝鋪砌厚度為200mm，溝底寬0.4m，溝深0.8m。采用C15混凝土現(xiàn)澆。溝壁采用輕鋼模型網(wǎng)作為永久性模板，網(wǎng)間距180mm。溝底采用單層模型網(wǎng)鋪底限裂。水溝內(nèi)壁采用M10水泥砂漿抹面，抹面厚度采用2cm。

輕鋼模型網(wǎng)：鍍鋅板厚度為0.4mm，網(wǎng)目尺寸10×12mm，肋筋寬50mm，肋筋波峰高15mm，波峰間距200mm，加勁肋鋼板厚0.8mm，加勁肋高10mm，加勁肋寬50mm，加勁肋間距300mm。拉筋豎向間距200mm，水平間距同加勁肋。

2. 防護(hù)工程

該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于某鐵路專用線工程，原施工圖設(shè)計(jì)路塹挖方地段中的骨架護(hù)坡由于邊坡較高，石料難以運(yùn)送，施工困難。經(jīng)業(yè)主同意，變更為采用輕鋼型模網(wǎng)混凝土現(xiàn)澆，以降低施工難度。

方格型骨架護(hù)坡邊坡坡率1∶1.0，采用C15混凝土現(xiàn)澆。骨架厚0.5m。骨架內(nèi)可采用植草種灌木、空心磚客土撒播植草種灌木等防護(hù)。骨架護(hù)坡起、終點(diǎn)處設(shè)0.5m寬鑲邊，骨架護(hù)坡頂部設(shè)0.5m寬鑲邊，護(hù)坡底部設(shè)0.5m寬鑲邊。骨架及上下鑲邊均采用輕鋼模型網(wǎng)作為永久性模板，骨架護(hù)坡設(shè)條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬0.7m，高0.8m，基礎(chǔ)采用土模澆筑。反濾層、泄水孔及伸縮縫等按常規(guī)設(shè)計(jì)考慮。

輕鋼模型網(wǎng)：輕鋼模型網(wǎng)為柱狀封閉型，胸坡側(cè)和背坡側(cè)之間設(shè)置拉筋，前后側(cè)之間不設(shè)拉筋。鍍鋅板厚度為0.4mm，網(wǎng)目尺寸6×10mm，肋筋寬67mm，肋筋波峰高25mm，波峰間距120mm，加勁肋鋼板厚0.8mm，加勁肋高15mm，加勁肋寬50mm，加勁肋間距200mm。拉筋豎向間距150mm，水平間距同加勁肋。

三、造價(jià)分析

傳統(tǒng)混凝土工程施工包括：搭拆腳手架、安拆模板、澆筑混凝土、振搗養(yǎng)護(hù)、安裝泄水管等附屬設(shè)施、涂脫模劑，大部分為人工作業(yè)，施工現(xiàn)場比較雜亂，無法保證施工質(zhì)量，會存在工程安全隱患。

輕鋼模型網(wǎng)混凝土工程施工采用了現(xiàn)代化的施工方法，施工中采用輕鋼模型網(wǎng)取代普通模板；施工中不用設(shè)腳手架，模網(wǎng)重量一般為0.3～0.5kg/m2，較為輕便，在施工場地兩名人員即可張拉固定，非常方便；施工中不用涂脫模劑，不用拆模；施工中混凝土不用振搗，對周圍環(huán)境無噪音污染，施工進(jìn)度較快，現(xiàn)場整潔文明，施工質(zhì)量有保障。

輕鋼模型網(wǎng)混凝土比傳統(tǒng)混凝土施工減少3～4個(gè)步驟，根據(jù)《鐵路工程預(yù)算定額》（TZJ2001-2017）路基工程分冊、《鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計(jì)概（預(yù)）算編制辦法》、《鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計(jì)概（預(yù)）算費(fèi)用定額》及《鐵路工程材料基期價(jià)格》具體分析如下：

表1 現(xiàn)澆混凝土擋土墻基價(jià)及工日對比表

表2 現(xiàn)澆混凝土框架梁或骨架護(hù)坡基價(jià)及工日對比表

表3 現(xiàn)澆混凝土水溝基價(jià)及工日對比表

通過分析，在使用輕鋼模型網(wǎng)后，不同的混凝土結(jié)構(gòu)工程均在工期和造價(jià)方面有不同程度的減少，其具有一定的優(yōu)勢。

四、施工工藝

生產(chǎn)廠家按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸預(yù)制好輕鋼模型網(wǎng)→放線→施做基礎(chǔ)混凝土（預(yù)留好錨筋）→綁扎鋼筋→放置輕鋼模型網(wǎng)→調(diào)整輕鋼模型網(wǎng)的坡率→固定輕鋼模型網(wǎng)→安放泄水孔等附屬設(shè)備→檢查調(diào)整→澆注混凝土→抹底層砂漿→罩面層砂漿→檢查驗(yàn)收→依此程序循序施工。

施工中出現(xiàn)的問題及解決方法：

1. 施工中易出現(xiàn)的問題及原因分析

輕鋼模型網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工會出現(xiàn)輕鋼模型網(wǎng)網(wǎng)片部分破裂現(xiàn)象，會出現(xiàn)跑模的現(xiàn)象，分析出現(xiàn)這個(gè)問題的主要原因有如下幾點(diǎn)：

（1）混凝土的施工過程中流動性大，在施工澆筑過程中會在澆筑結(jié)構(gòu)底部形成較大液壓，若模網(wǎng)的強(qiáng)度不夠，會導(dǎo)致模網(wǎng)鼓包，嚴(yán)重的會出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，混凝土出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象。

（2）模網(wǎng)網(wǎng)片強(qiáng)度不夠，連接處整體剛度不足，在混凝土的壓力作用下開裂。因此，需要對網(wǎng)片的強(qiáng)度和整體連接處的整體剛度進(jìn)行分析計(jì)算，確保輕鋼模型網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以抵抗混凝土澆筑時(shí)結(jié)構(gòu)底部的壓力，不至破裂。

（3）混凝土澆筑施工時(shí)，流態(tài)的混凝土對輕鋼模型網(wǎng)結(jié)構(gòu)的底部由較大的沖擊作用。

2. 施工中出現(xiàn)的問題的解決方法

對于以上問題應(yīng)采取以下幾點(diǎn)措施：

（1）及時(shí)調(diào)整混凝土的澆筑速度，并適當(dāng)降低其流動性，另外要保證網(wǎng)片的質(zhì)量，個(gè)別工程應(yīng)加密加勁肋的間距，避免網(wǎng)片強(qiáng)度過低而導(dǎo)致的破裂。

（2）混凝土采取分層澆筑的施工方法，避免因混凝土實(shí)體加高在結(jié)構(gòu)的底部產(chǎn)生過高壓力。

（3）混凝土澆筑時(shí)必須保持水平均衡澆注，每小時(shí)澆注高度一般控制在 0.6～1.5m，避免因澆注對底部模網(wǎng)的沖擊，減小側(cè)壓力，避免跑模與造成鼓包和破損。

3. 通過數(shù)據(jù)分析，以變形為8mm控制時(shí)，最大混凝土分層澆筑高度為2m。

五、結(jié)論

（1）輕鋼模型網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)作為新型混凝土結(jié)構(gòu)材料，與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)比較，施工較為便捷，對提升混凝土結(jié)構(gòu)的施工效率有明顯效果；對降低混凝土結(jié)構(gòu)工程的造價(jià)具有一定優(yōu)勢；對提高混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性有一定作用；能夠利用粉煤灰等工業(yè)廢料，且施工過程中免振搗減少噪音污染，對環(huán)境保護(hù)有積極作用。

（2）輕鋼模型網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)能夠推廣應(yīng)用于鐵路路基工程中護(hù)坡、擋土墻及排水設(shè)施。

（3）在使用輕鋼模型網(wǎng)后，不同的混凝土結(jié)構(gòu)工程均在工期和造價(jià)方面有不同程度的減少，其具有一定的優(yōu)勢。

（4）建議施工過程中及時(shí)調(diào)整混凝土的澆筑速度，以以變形為8mm控制時(shí)，最大混凝土分層澆筑高度為2m。