王鏡越

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550000）

0 引言

在山區(qū)修建高速公路，往往地勢(shì)落差大，設(shè)計(jì)中挖方段落較多，拱形骨架護(hù)坡防護(hù)是挖方段邊坡防護(hù)形式中常見的一種，目前普遍采用C20 混凝土澆筑。為了確保施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)物尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，拱形骨架護(hù)坡需采用模板進(jìn)行混凝土澆筑，傳統(tǒng)模板采用鋼板制作，重量較大，必須采用吊車協(xié)助人工進(jìn)行安拆，模板安裝效率低，模板在拆卸過程中易造成模板變形、混凝土損傷的情況，且吊車屬于特種設(shè)備，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，針對(duì)使用傳統(tǒng)模板澆筑拱形骨架護(hù)坡產(chǎn)生的制造成本高、損壞后難修復(fù)、不易安拆、效率低、成型效果差等問題，通過技術(shù)管理人員及相關(guān)部門負(fù)責(zé)人細(xì)致研究論證，進(jìn)行科技創(chuàng)新攻關(guān)，開發(fā)拱形骨架護(hù)坡新輕型功能組合模架及相應(yīng)成套施工技術(shù)，該新型模架主要采用的制作材料是市場(chǎng)上易于采購(gòu)到的常規(guī)建材[1-3]。

1 工程概況

依托貴州省六枝至安龍高速公路第2 合同段高邊坡施工，項(xiàng)目地處貴州省西南部，處于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，整個(gè)地勢(shì)由西北向東南逐漸降低，地形呈多級(jí)臺(tái)階狀逐級(jí)下降至北盤江河谷，中部較為平坦。境內(nèi)地形起伏大、類型多。受地形、地勢(shì)和海拔高度的影響，土壤、氣候、生物等均具有垂直分布的特點(diǎn)，以山地為主，呈典型的喀斯特地貌形態(tài)。項(xiàng)目路線起點(diǎn)位于六枝特區(qū)城區(qū)南部的同云村，與都香高速公路（G7611）對(duì)接，起點(diǎn)樁號(hào)YK7+780（ZK7+770），終點(diǎn)樁號(hào)YK17+520（ZK17+500），合同段內(nèi)挖方共計(jì)461.5 萬m3（含隧道洞渣85 萬m3）、填方共計(jì)338.6 萬m3、棄方共計(jì)122.9 萬m3，棄土場(chǎng)4 個(gè)；路基防排水共計(jì)4 萬m3；橋隧道比為44.23%；涵洞（含通道）共計(jì)28 道，其中通道10 道、涵洞18 道。該合同段填高大于20m 的高填路堤共有6 段，主要防護(hù)為襯砌拱護(hù)坡及護(hù)腳墻，其中襯砌拱護(hù)坡為39627m3。

2 拱形骨架護(hù)坡新輕型功能組合模架施工技術(shù)開發(fā)

2.1 組合模架研發(fā)

六枝至安龍高速公路第2 合同段拱形骨架強(qiáng)風(fēng)化巖土及黏土整體穩(wěn)定的挖方邊坡防護(hù)，拱形骨架內(nèi)采用噴播灌木綠化，當(dāng)路堤邊坡高度大于8.0m 時(shí)，采用臺(tái)階形邊坡，路基邊緣以下8.0m 內(nèi)的邊坡坡率采用1∶1.5；8.0m 以下邊坡坡率采用1∶1.75，變坡點(diǎn)設(shè)寬為2.0m 的邊坡平臺(tái)。拱形骨架護(hù)坡設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 拱形骨架護(hù)坡設(shè)計(jì)圖

研發(fā)組通過反復(fù)模擬設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，確定組合模架的尺寸，上拱板及下拱板為半圓形，R=100cm；支撐架長(zhǎng)度為L(zhǎng)=200cm；側(cè)邊板高為50cm；相變石拱圈高10cm。

材料組成：模具主要制作材料是市場(chǎng)上易于采購(gòu)到的常規(guī)建材，有PVC 建筑板材，30mm×30mm×3mm 方鋼管、5#槽鋼、5#角鋼、螺紋拉桿、建筑紅模板、自攻螺絲等加工而成，其拱形護(hù)坡新型模板主要受力為Q235，30mm×30mm×3mm 方鋼及紅模板。拱形骨架護(hù)坡新型組合模板結(jié)構(gòu)見圖2，拱形骨架護(hù)坡新型組合模板現(xiàn)場(chǎng)安裝見圖3。

圖2 拱形組合模架示意圖

圖3 拱形組合模架現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖

在新型模架的曲面部分板材選用上，為確保混凝土表面圓順光滑，經(jīng)過多重比選，最終選擇PVC 建筑板材作為該曲面部分的模架面板使用。PVC 建筑板材又稱雪弗板、弗龍板。是一種使用PVC（聚氯乙烯）為主要材料擠壓成型的板材。這種板材表面光滑平整，截面呈蜂窩狀紋理，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐受性好。適合雕刻、轉(zhuǎn)孔、噴漆、黏合等多種工藝。在同樣的厚度下，品質(zhì)好的PVC 板材，強(qiáng)度較高、表面較硬、不易折彎、不易刮花、不易掉灰，長(zhǎng)時(shí)間使用不變黃（白色PVC）。而品質(zhì)差的PVC 板材質(zhì)感疏松、硬度較低、表面不平，有的切面還有氣泡狀紋路[4]。因此，在模板制作之前，應(yīng)對(duì)PVC 板材進(jìn)行原材料檢驗(yàn)，選用品質(zhì)好的板材制作輕型模架，不僅能夠有效保障拱形骨架外觀質(zhì)量，更能有效增加重復(fù)利用的次數(shù)，有效降低施工成本。

2.2 組合模架受力分析及荷載說明

2.2.1 受力分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工圖可知，拱形模板受力最大為1∶0.75坡比時(shí)，且該支架承受的荷載為拱形護(hù)坡結(jié)構(gòu)澆筑混凝土重力沿坡面的分力，受力簡(jiǎn)圖如圖4 所示。

圖4 受力分析圖示

2.2.2 荷載組合

（1）強(qiáng)度組合：1.2×拱形架體自重（由模型自行添加）+1.4×混凝土（0.5×0.5×（3.14×1/2）×25×cos（37°）÷（0.5×3.14×1/2）=13.9kN/m2；

（2）剛度組合：1.0×拱形架體自重（由模型自行添加）+1.0×混凝土（0.5×0.5×（3.14×1/2）×25×cos（37°）÷（0.5×3.14×1/2）=9.9kN/m2。

2.2.3 模型建立及驗(yàn)算結(jié)果

（1）模型建立

Midas civil 是通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、飛機(jī)場(chǎng)、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，在臨時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中有廣泛的應(yīng)用。

該方案采用Midas civil 2019 對(duì)拱形模板進(jìn)行整體建模，包含：Q235，30mm×30mm×3mm 方鋼及紅模板。拱形模板模型建立，如圖5 所示。

圖5 拱形組合模架建模

（2）驗(yàn)算結(jié)果

（a）Q235 材質(zhì)部分驗(yàn)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知：模板Q235 材質(zhì)部分整體組合應(yīng)力最大值為4.5MPa＜215MPa，滿足要求。

由計(jì)算結(jié)果可知：模板Q235 材質(zhì)部分整體，最大彎曲應(yīng)力為3.8MPa＜215MPa，滿足要求。

由計(jì)算結(jié)果可知：模板Q235 材質(zhì)部分整體，最大剪切應(yīng)力為0.2MPa＜125MPa，滿足要求。

受力分析如圖6、圖7 所示。

圖6 Q235 材質(zhì)應(yīng)力分析圖示

圖7 模板紅木材質(zhì)應(yīng)力分析圖示

（b）紅模板部分

由計(jì)算結(jié)果可知：模板紅木材質(zhì)部分整體，最大主應(yīng)力為1.1MPa＜12MPa，滿足要求。

由計(jì)算結(jié)果可知：模板紅木材質(zhì)部分整體，最大剪應(yīng)力為0.9MPa＜2MPa，滿足要求。

（c）整體撓度

由計(jì)算結(jié)果可知：模板整體，最大撓度為0.03mm＜1000/400＝2.5mm，滿足要求。擾度分析如圖8 所示。

圖8 整體撓度分析圖示

（d）總結(jié)

由計(jì)算結(jié)果可知，拱形護(hù)坡新型模板強(qiáng)度、剛度均滿足規(guī)范要求，可以用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工。

2.3 新型組合模板的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為確保新施工的拱形骨架護(hù)坡總體外觀和坡面線形，新型組合模板的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用主要有以下兩道控制工序：第一，坡面拱圈數(shù)量的布置。為達(dá)到整體美觀效果，施工時(shí)要求沿線路方向拱的位置和高度基本一致，挖方要求從坡腳向上布拱，不足一個(gè)完整拱時(shí)，應(yīng)在坡面上部采用半個(gè)拱或部分拱形補(bǔ)充。模板線形在曲線段時(shí)每5m 放一控制點(diǎn)掛線施工，保證線形順暢，符合施工要求[5-6]。第二，模板安裝。新型組合模板在已成型的坡面上進(jìn)行組合安裝，安裝前應(yīng)先檢查邊坡坡比是否符合設(shè)計(jì)要求，檢查合格后方可安裝。拱形骨架定型模板的組成部分為：上拱板、側(cè)邊板、下拱板、蓋板、支撐架、連接鎖扣、定位架等。安裝順序：搬運(yùn)模板至施工場(chǎng)地—擺正上拱板—安裝連接鎖扣—安裝兩側(cè)邊板—鎖緊鎖扣—安裝上下支撐架—鎖緊支撐架定位螺絲—安裝固定下拱板—安裝蓋板。拱形骨架護(hù)坡應(yīng)用新型組合模板施工實(shí)例如圖9 所示。

圖9 拱形骨架護(hù)坡應(yīng)用新型組合模板施工實(shí)例

施工順序：澆筑混凝土—振動(dòng)、抹平混凝土—沿邊修飾5cm 高擋水沿—凝固后拆模。

拆除順序：拆除支撐架定位螺絲—拆去上下支撐架—拆除連接鎖扣螺絲和上扣槽—拆除下拱板—拆除兩側(cè)邊板—拆除上拱板。

2.4 操作要點(diǎn)

2.4.1 因配件重量較輕，可直接采用人工進(jìn)行安裝組合，但在首次拼裝完成后，應(yīng)著重進(jìn)行模板的拼裝首件工程進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢工作除了模板本身拼裝后的結(jié)構(gòu)尺寸和待澆拱形骨架的混凝土截面尺寸是否符合設(shè)計(jì)尺寸外，還應(yīng)檢查模板連接點(diǎn)是否牢靠，角鋼卡點(diǎn)是否有效貼合模板，支撐桿是否平順以確保不因混凝土振搗而發(fā)生局部變形等內(nèi)容。

2.4.2 組合模板安裝應(yīng)采用φ16 以上鋼筋頭從拱圈內(nèi)釘入山體進(jìn)行適當(dāng)限位加固，確保采用天泵澆筑時(shí)，模架不因混凝土沖擊而發(fā)生平面位移。由于新型模架結(jié)構(gòu)自重較輕，上下兩個(gè)拱圈模板之間僅采用30mm×30mm×3mm 方鋼管進(jìn)行豎向連接，因此該套模架設(shè)計(jì)主要以坡面作為混凝土自重的承載主體，而架體則作為流動(dòng)荷載和部分自重的承載補(bǔ)充，其更重要的作用是滿足輕便安裝和美觀定型的工作需求，因此，利用坡面自穩(wěn)能力釘入平面限位鋼筋，確保模架不因混凝土沖擊產(chǎn)生變形，在混凝土初凝后也可以隨模架二次利用，可同時(shí)有效控制施工質(zhì)量和施工成本[7]。

2.4.3 總控模板接裝后的總體平面與設(shè)計(jì)坡面平順協(xié)調(diào)、模板與坡面之間應(yīng)總體平整、鎖扣嚴(yán)實(shí)。坡面開挖通常以挖掘機(jī)開挖成型，不同技術(shù)水平的操作手開挖坡面平整度參差不齊，因此，在模板完成組裝后，還應(yīng)沿著坡面放線測(cè)量的控制線和控制高程再次檢查總體模板平是否與設(shè)計(jì)平面貼合，對(duì)坡面欠挖部分應(yīng)進(jìn)行人工補(bǔ)充清坡，對(duì)于超挖部分則應(yīng)補(bǔ)充平面模板擴(kuò)張梁體高度，保證澆筑后的拱形骨架梁體與坡面有效貼合，保證護(hù)坡結(jié)構(gòu)與山體支撐受力滿足設(shè)計(jì)意圖要求[8]。

2.4.4 模板表面刷脫模劑，模板底部要與基礎(chǔ)緊密接觸，以防漏漿、跑模。在混凝土澆筑入模時(shí)，應(yīng)沿拱圈四周均勻布料，在混凝土振搗時(shí)，也應(yīng)盡量多點(diǎn)均勻振搗，確保不因單點(diǎn)放料或單點(diǎn)過度振搗導(dǎo)致模架產(chǎn)生沖擊或偏載變形。

2.4.5 拱形骨架新型模架的關(guān)鍵創(chuàng)新亮點(diǎn)

綜上所述，該套拱形骨架新型模架有如下幾個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新亮點(diǎn)：

其一，模板組合簡(jiǎn)單、制造成本較低、降低施工成本。

其二，模板重量輕、操作靈活方便、可人工拆裝、節(jié)約工效、減少特種設(shè)備的使用。

其三，模板使用壽命長(zhǎng)、損壞后易修復(fù)、便于施工管理。

其四，模板定型效果好，提高了施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

應(yīng)用拱形骨架護(hù)坡新輕型功能組合模架綠色高效施工技術(shù)，高效施工完成依托項(xiàng)目的高邊坡拱形骨架護(hù)坡，而且驗(yàn)收質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)符合《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第一冊(cè) 土建工程》（JTG F80/1—2017）的相關(guān)要求。通過應(yīng)用該新技術(shù)，使依托項(xiàng)目高邊坡拱形骨架護(hù)坡施工既能節(jié)約時(shí)間和人力，又能避免模板在卸下的過程中造成的變形、損傷，提高了新型骨架組合拼裝模的周轉(zhuǎn)使用率和施工工效，節(jié)約了施工成本。

該創(chuàng)新技術(shù)還推廣應(yīng)用于大理至南澗高速公路第二總包部一分部、奉建高速總承包項(xiàng)目部TJ01 工區(qū)等高速公路高邊坡拱形骨架護(hù)坡施工，應(yīng)用效果非常好、效益巨大。