关于新浇混凝土侧压力的探讨

摘要: 我国现行规范公式对泵送混凝土的侧压力计算存在一定的不安全性，本文从影响新浇混凝土侧压力的各种因素分析，总结规范公式的不安全因素并提出新的新浇混凝土侧压力计算公式模型供大家讨论。

关键词：新浇混凝土、侧压力、“自立”性

我国现行规范给出的新浇混凝土对模板的侧压力计算公式（以下简称规范公式）是我国在上世纪60至80年代根据传统的施工工艺经过大量实验研究总结出来的，随着我国建筑业的发展，泵送混凝土已得到了相当广泛的应用，由于泵送混凝土在施工工况上与传统的施工工况有很大的不同，所以运用该计算公式对泵送混凝土的侧压力计算存在一定的不安全性。本文从影响新浇混凝土侧压力的各种因素分析，总结规范公式的不安全因素并提出新的新浇混凝土侧压力计算公式模型供大家讨论。

1.新浇混凝土侧压力的影响因素分析

影响新浇混凝土侧压力的因素主要有：

(1)混凝土容重，新浇混凝土容重变化很小，一般取2400Kg/m3,该因素可以看作是一个常数。

(2)混凝土入模温度和环境温度，混凝土凝结时间随混凝土入模温度和环境温度的升高而缩短，凝土侧压力随混凝土的凝结而减小。混凝土入模温度和环境温度是影响混凝土侧压力的重要因素。

(3)振捣方式和振捣深度，振捣方式分人工捣实和机械捣实。目前, 大多采用机械捣实，本文按机械振捣考虑。振捣密实后混凝土具有一定的“自立”性，所以在振捣深度范围内均不能考虑其“自立”性。

(4) 混凝土塌落度，影响混凝土塌落度的因素有水泥品种、水泥用量、水灰比，骨料最大粒径、外加剂等，混凝土塌落度越大，其侧压力越大。混凝土塌落度是影响混凝土侧压力的重要因素。

(5)外加剂，如今混凝土使用的外加剂较多，有减水剂、早强剂、缓凝剂等，混凝土外加剂会影响混凝土的流动性，混凝土外加剂是影响混凝土侧压力的重要因素。

(6)混凝土浇筑速度，混凝土的浇注速度是影响混凝土对模板侧压力的一个重要因素，随着混凝土浇注速度的增加, 混凝土侧压力也增大。

(7)混凝土浇筑高度，混凝土浇筑高度越高，其侧压力就越大。

(8)混凝土凝结时间，混凝土侧压力随混凝土的凝结而减小。

(9)模板面光滑程度，模板越光滑，混凝土流动性就越大，其压力也越大，但模板的光滑度对新浇混凝土的影响程度较小，计算时不考虑模板的光滑程度是偏于安全的。

(10)构件断面尺寸，由于混凝土的粘聚性，构件断面尺寸越小，其侧压力越小；构件尺寸越小，散热越快，其初凝时间越短。

(11)配筋情况，配筋越密，在钢筋的“帮扶”作用下，混凝土的侧压力越小，但配筋对新浇混凝土的影响程度较小，计算时不考虑配筋情况是偏于安全的。

2.规范公式不安全因素分析

我国现行规范JGJ162-2008《建筑施工模板安全技术规范》给出的新浇混凝土对模板的侧压力计算公式为：采用内部振捣器时，新浇混凝土作用于模板的最大侧压力可按下列二式计算，并取二式中的较小值：

(1)

F=rcH (2)

式中 rc―― 新浇混凝土的重力密度

t0 ――混凝土初凝时间, 其计算公式 ：

β1 ―― 混凝土坍落度影响修正系数， 当混凝土坍落度小于3 cm 时取0.85；5～ 9 cm 时取1.0； 11～ 15 cm 时取1.15；

β2 ――外加剂的影响修正系数，不掺加外加剂时取1.0, 掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2。

V―― 混凝土的浇注速度(m/h )；

H―― 混凝土侧压计算位置处至新浇混凝土顶面的高度(m )；

规范公式考虑了新浇混凝土的容重、初凝时间、塌落度、外加剂、浇筑速度等因素，但初凝时间计算公式、塌落度、外加剂修正系数、浇筑速度与目前的施工工况不符。

2.1初凝时间计算公式与目前施工工况不符

规范公式对初凝时间的计算公式为：t0=200/(T＋15),随着混凝土生产工艺的不断改进，特别是预拌混凝土的普遍使用，混凝土初凝时间可以根据施工时温度的不同通过添加外加剂进行控制，从而使混凝土初凝时间与温度的关系不再那么密切。其次，混凝土初凝时间与构件尺寸有很大关系，构件尺寸大的混凝土散热慢，其初凝时间长，构件尺寸小的混凝土散热快，其初凝时间短。

2.2塌落度取值范围与目前施工工况不符

规范公式塌落度修正值对塌落度的取值范围为50mm～150mm,而泵送混凝土塌落度大多在150mm～200mm之间，有些超高距离泵送混凝土的塌落度甚至大于200mm。

2.3外加剂修正值与目前施工工况不符

规范公式对外加剂的修正值为: 不掺加外加剂时取1.0, 掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2。而目前泵送混凝土特别是预拌混凝土大量使用粉煤灰，规范中没有考虑。

2.4浇筑速度取值范围与目前施工工况不符

规范公式是按传统施工工艺研究总结出来的，浇筑速度一般小于6.0m/h，而目前的施工工艺，混凝土浇筑速度最大可达到40m/h。

3.新浇混凝土侧压力分析

3.1新浇混凝土侧压力分析

新浇混凝土在振动作用下有很大的流动性，类似液体，因此混凝土侧压力分布规律类似液体静压力。但新浇混凝土又有粘聚性和触变性，即经振捣后混凝土流动性明显减小，其具有一定的“自立”性，混凝土在其凝结过程中，随着其“自立”性的增强，其侧压力逐渐减小。在施工中为了经济、安全、适用，我们还必须考虑新浇混凝土的粘聚性和触变性以及其凝结时间。所以研究新浇混凝土的“自立”能力是新浇混凝土侧压力计算准确与否的关键。

3.2新浇混凝土侧压力计算公式探讨

新浇混凝土的“自立”能力随着混凝土的凝结逐渐减小，初凝后减小至零，混凝土侧压力F与凝结时间t成如图所示的线性关系。

设F=rcH（1-（t/t0）x） （3）

式中 rc― 新浇混凝土的重力密度；

t0 ―混凝土初凝时间，t0应按

实际测得或预拌混凝土由混凝土公

司提供；

V― 混凝土的浇注速度(m/h )；

H― 混凝土侧压力计算位置处至

新浇混凝土顶面的高度(m )；

t ―混凝土凝结时间，t≤t0；

x为大于1的常数。

公式（3）是描述混凝土侧压力随混凝土凝结时间变化的函数，F随t的增大而减小，随H的增大而增大，当t=0时，F值最大，当t=t0时F=0。

在施工中，由于H随混凝土的浇筑逐渐增加，构件中某一点处混凝土凝的凝结时间最小值tmin为其浇筑时间t´即tmin= t´,H与t´和浇筑速度V成正比关系即H=t´V，所以tmin=H/V，公式（3）带入V后得构件中某一点处混凝土最大侧压力为：

Fmax= rcH（1-（H/Vt0）x）（当H>Vt0时取H=Vt0） (4)

以上公式把混凝土初浇时视为理想液体，未考虑混凝土塌落度、原材料、外加剂等影响即混凝土初浇时的“自立”能力，只考虑混凝土凝结过程中产生的“自立”能力，其计算结果是偏于安全的。在此基础上可以增加混凝土塌落度修正系数，混凝土原材料、外加剂均对混凝土塌落度有较大影响，考虑塌落度修正后不再另行考虑。设塌落度修正系数为k，当塌落度大于200时，可考虑混凝土为理想液体，可取k=1.0；当塌落度为150～200时，可取k=0.95；当塌落度为100～150时，可取k=0.9; 当塌落度小于100时，可取k=0.8。公式（4）带入塌落度系数后得：

Fmax =krcH（1-（H/Vt0）x）（当H>Vt0时取H=Vt0）（5）

公式（5）为构件中某一点处混凝土最大侧压力计算公式，我们还需要确定构件中出现最大侧压力的位置，即计算有效压头H0。

公式（5）对H求导得：dFmax/dH=krc(1-(x+1)Hx/Vxt0x)

令

4.讨论

（1）公式（5）考虑了混凝土塌落度、浇筑高度、浇筑速度和初凝时间，由于温度是影响混凝土初凝时间的关键因素，考虑初凝时间后不再考虑温度。该公式解决了规范公式中的各种不安全因素。

（2）公式（5）中x应是一个大于1的常数，x的取值还需要通过实验确定。

5.结束语

由于规范公式研究的基础数据的局限性，其参数取值范围存在一定局限性，对超出规范公式范围的新浇混凝土侧压力计算目前国内尚无统一的计算公式。随着泵送混凝土及预拌混凝土的普遍使用，急需制定出新的新浇混凝土侧压力计算公式。

参考文献：

【1】王旭峰，刘继文.从地铁桥墩立柱模板坍塌事故分析探讨混凝土侧压力值(J).建筑技术，2009,40（8）

【2】GJ162-2008《建筑施工模板安全技术规范》.中国建筑工业出版社，2008.北京

【3】杨维加.大体积混凝土浇筑的模板侧压力.陕西水力发电，1993.12,9（4）

1.前言

随着城市建设的发展，对城市基础设施建设的要求越来越高，结合城市的规划建设集供水、排水、供热、供电及通讯等为一体的地下综合管廊是现代化城市建设的重要组成部分。在辽宁省有的城市已开始建设，因为它既能满足近期的使用，又能兼顾未来的发展要求，特别是避免了直埋管道造成反复破坏路面及各种管道的无序交叉和架空敷设对城市市容的不利影响，是城市建设发展的方向。根据多年从事市政工程施工和管理的实践，认为设计和施工中应注意以下几个问题。

2.地下综合管廊设计

2.1综合管廊布置方案

综合管廊布置方案是否合理直接影响工程的经济效益和社会效益。在供水、排水、供热等管道与供电及通讯需分开布置的前提下，经分析比较采用各分管廊按图1布置的方案比较合理。

图1 综合管廊剖面图

这样管廊集中占地较少，其优点是：①工程开挖的土方量小；②便于防水设计与施工，而且投入使用后维护管理方便；③管廊的检查井、通风井、安装口设置简单，与地面联系便捷；④在满足同样功能的情况下工程造价经济。

2.2对不良地基的处理

综合管廊一般长几千米甚至更长，沿线常常遇到复杂地形和杂填土，特别是沿海城市的软弱地基。由于沿线勘探孔间距不可能太小，很难准确地控制地基的变化，当然完全用钻孔来控制地基变化也不现实。可采用以下措施：①施工期间加强验槽是非常重要的。杂填土层不厚时，可以将其全部挖除，增加垫层的厚度，如杂填土范围较广而且厚度较大，则可根据施工条件及建筑材料的供应情况，采用碾压、夯实、换土垫层等方法处理。局部出现的枯井、冲沟、坑塘等不良地质条件的影响也不可忽视，否则地基局部变形过大，易造成变形缝处止水带破坏致使管廊渗漏。（变形缝的调解作用是非常有限的。）②沿海城市软弱地基的特点是

承载力低（fak=60~65KPa）、变形大，处理不当管廊易产生裂缝及变形缝处止水带破坏，致使管廊渗漏，针对这种情况结合填方采用堆载预压或CFG桩进行地基处理，将地基变形控制在允许的范围内。

2.3变形缝的设置位置

对现浇钢筋混凝土综合管廊沿线每隔小于或等于25cm设一道贯通全截面的变形缝，并且必须避开各种检查井、安装口和固定墩的位置，设在两个活动支墩的中间，变形缝处设橡胶或塑料止水带。

2.4主干线与分支线连接部位

综合管廊的主干线与分支线连接部位，分支线管廊底板下，由于施工主干线而受扰动的地基要进行人工处理，以免支线管廊下局部地基变形过大，导致管廊产生较大的不均匀沉降出现大于0.2mm裂缝而发生渗漏现象，影响正常使用。

3.直埋敷设固定墩设计

目前，由于受投资的限制，城市综合管廊的建设，往往用于主要街道和重要地区，而从热源至综合管廊的热力管道采用直埋敷设方式。在有补偿直埋敷设中，往往因钢制管道受热水温度的影响，产生热涨位移。此时为使管道与管道接头、管道弯头及其他一些附件正常安全工作，就必须在管道上适当的位置设置固定墩，将管段的位移限制在允许的范围之内，因此热力管道在正常的运行中，会产生较大的水平推力。固定墩的作用就是设计确定的位置固定管道，抵抗热力管道在正常运行中产生的水平推力和位移，从而保证热力管道的正常运行。

根据国家标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）第5.2.1条规定，直埋固定墩必须满足抗倾覆验算和抗滑移稳定性计算。

抗滑移验算（图2）。

图2 固定墩受力简图

（1）

式中： 分别为固定墩底面、侧面及顶面与土壤产生的摩擦力。

由上式可知，只有管道作用于固定墩的推力与固定墩前的主动土压力之和的1.3倍小于固定墩在土中的摩擦力及墩后背土反力之和才是安全的。固定墩直埋于呈可塑状态的粉质黏土中是比较普遍的。当管道的埋置深度确定以后，各方向土壤对固定墩的正压力是确定的。那么提高固定墩与回填土的摩擦系数是将固定墩缩小减少混凝土用量的惟一途径。可塑性粉质黏土与固定墩的摩擦系数为0.25~0.30，若在固定墩的周围回填500mm厚粗砂或砾砂，并且分层夯实，夯实系数不小于0.96，则固定墩与粗砂或砾砂的摩擦系数可采用0.40计算。这样不仅固定墩的混凝土用量可大大减少，而且当设置固定墩的位置受到限制时更能体现其合理性，并获得较好的经济效果。实际固定于固定墩中的管道有一定的刚度，可以将固定墩两侧部分范围内的管重以及作用其管顶至地面管道直径范围内的土体重力传给固定墩，这样就增加了固定墩的正压力，从而提高固定墩与土壤的摩擦力，但这部分管道长度的合理取值还有待于进一步研究，目前计算不考虑作为安全储备的设计方法是安全的。

对于综合管廊的分支线与直埋敷设的热力管道连接处往往固定墩水平推力较大，为充分利用支线管廊周围与土壤较大的接触面积产生的摩擦力来抵抗管道的水平推力，将管道固定的位置设在支线管廊的端部比单独设固定墩更经济合理，但此位置要求先安装管道后，再浇筑支线管廊端部的混凝土。

参考文献：

【1】《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）。