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Civil Engineering and Technology December 2013, Volume 2, Issue 4, PP.61-67

The Application of Cantilever Formwork System

in High Piers' Construction Anhui Wang

1†, Dahua Li2

1. The Civil Engineering School, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China

2. School of Mechanical and Electrical Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China

Email: wgahui@163.com†; ldh2006a@163.com

Abstract

This paper introduces the cantilever formwork system in san-xi highway construction, in which the composition and advantages

have been briefly illustrated, and the main components including tripod body, pre-buried bolt, concrete, compression member of

the cantilever formwork system have been analyzed on the aspects of strength, stiffness and stability, to ensure the safety of the

formwork system in high pier construction. Then the summary of the overall process of high pier construction has been made and

according to the formwork installation of high pier construction and concrete construction, an available description on the

assemble, cantilever template mold, reinforcement, respectively, was given in the second section construction and other segmental

construction.

Keywords: Cantilever Formwork; High Pier; Structure Calculation; Construction Technology

悬臂模板体系在高墩施工中的应用

王安会 1，李大华 2

1. 安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601

2. 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601

摘 要：本文介绍了三淅高速公路高墩施工中采用的悬臂模板系统。对模板系统的组成和优点做简要的介绍；对悬臂模板

系统的主要受力构件如三脚架体、预埋螺栓、混凝土、受压杆件等进行强度、刚度、稳定性等分析，确保该模板系统在

高墩施工中的安全性；对高墩施工的总体工艺进行了总结，并根据高墩施工中模板安装和混凝土浇筑的过程分底节施

工、第二节施工和其余节段施工分别对悬臂模板的组装、合模、加固等施工过程进行简单描述。

关键词：悬臂模板；高墩；结构验算；施工工艺

引言

悬臂模板是最近几年开始投入使用的一种模板体系，主要用于大坝、桥墩、混凝土挡土墙、冷却塔以

及地下人防混凝土衬砌等大型工程的模板施工。该模板系统的混凝土侧压力全部由预埋件承担，不需设拉

筋，混凝土表面光洁。各部件标准化程度高，通用性强，是一种理想的墙体模板体系。该模板体系在高速

公路的高墩施工中得到了极大的推广、应用。

1 工程简介

三门峡至淅川高速公路是交通部《促进中部地区崛起公路水路发展规划纲要》中侯马至石堰高速公路

的重要组成部分，本项目全线采用四车道高速公路标准进行设计，设计速度 80 Km/h。整体式路基宽度

24.5m，整体式路段桥梁与路基同宽；分离式路段桥梁宽 12.5m，桥梁设计荷载标准为公路-I 级。其中田家

村 1 号大桥上部构造为 6×30＋5×40＋6×30 预制预应力混凝土 T 梁，先简支后连续。全桥分 5 联，桥长

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568. 5 米，桥台采用 U 型台配承台桩基础，桥墩采用双柱墩、空心薄壁墩配钻孔桩基础，其中薄壁空心墩

高度为 55.3m~60.1m。工程实施过程中采用悬臂模板体系进行高墩的施工。

2 悬臂模板简介

2.1 悬臂模板组成

悬臂模板主要由六部分组成：主背楞、模板、后移装置、斜撑承重三角架、埋件系统、吊平台。两榀

支架作为一个单元块。

图 1 爬模总装图

2.2 悬臂模板优点

1．支架、模板及施工荷载全部由对拉螺杆、预埋件及承重三脚架承担，不需另搭脚手架。

2、提供全方位的操作平台，施工中不必重复搭设操作平台而浪费材料和劳动力。

3．模板部分可整体后移 600mm，以满足绑扎钢筋，清理模板及刷脱模剂等要求。

4．模板可利用锚固装置使其与混凝土贴紧，防止漏浆及错台。

5．模板部分可相对支撑架部分上下左右调节，使用灵活。

6．利用斜撑模板可前后倾斜，最大角度为 30°。

7．各连接件标准化程度高，通用性强。

8．支架上设吊平台，可用于埋件的拆除及砼处理。

9．悬臂支架设有斜撑，可方便调整模板的垂直度。

3 悬臂模板受力分析

为确保悬臂模板系统在施工过程中的安全性和适用性，对主要受力部分，如架体及预埋爬件等进行结

构计算。

3.1 计算参数的选取

由厂家提供的使用说明书可知，模板浇筑及钢筋绑扎工作平台最大允许承载为 3 KN/m，模板后移及倾

斜操作主平台最大允许承载为 1.5 KN/m，假定模板浇筑及钢筋绑扎工作平台宽度为 3.0 米，则施工荷载为

9KN，假定模板后移及倾斜操作主平台宽度为 4.0 米，则施工荷载为 6 KN，分配到单榀的模板自重为

6.5KN，最大风荷载为 2.5KN/m2，作用在模板表面，侧沿模板高度方向风荷载为 2.5×3=7.5KN/m，单榀架

体系统总重为 15KN，含支架、平台、跳板重。

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3.2 三角架体受力验算

(12)

(11)

(10)

(9)

(13)

(1) (2) (3) (4) (5)

(6)(7) (8)

654321

7

8

11

9

10

图 2 支架计算简图

通过对三脚架体轴力、剪力、弯矩及各杆件的截面特性的计算， 各杆件强度判别如下表：

表 1 各杆件强度验算表

杆件号 正应力σ（MPa） 切应力τ

（MPa） [(τ/125)2+ (σ/215)2]1/2 判 别

1 111.5 15.6 0.533（<1） 满足要求

2～5 191.4 24.2 0.911（<1） 满足要求

6 71.8 0 0.334（<1） 满足要求

7 45.9 0 0.213（<1） 满足要求

8 59.2 0 0.275（<1） 满足要求

9～12 125.4 5.5 0.584（<1） 满足要求

13 76.9 0 0.358（<1） 满足要求

3.3 主背楞斜撑（滑动螺旋传动）受力验算

对主背楞斜撑螺杆分别进行自锁型验算、螺杆强度验算、螺纹强度验算、螺杆的稳定性验算及效率计

算，因斜撑为手动，故螺杆的刚度和横向振动不予计算。

3.4 墩身预埋螺栓受力验算

3.4.1 抗剪验算

受力螺栓(M30)的有效受力面积 Ae=560.6 mm2，则切应力 2 2

eV / A 85.6N / mm 540N / mm （其中2540N / mm 为 40Cr 钢屈服强度），满足设计要求。

3.4.2 受力螺栓螺纹承压

受力螺栓 (M30)的螺纹承压长度按照 65 mm 计算，其有效承压面积 2tA 20.5cm ，则承压应力

2 2eN / A 4.88N / mm 540N / mm （其中 2540N / mm 为 40Cr 钢屈服强度，满足设计要求。

3.4.3 高强螺杆的抗拉

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对埋件中外露与砼直接接触的高强螺杆(D15, L=175mm)按照带肋的普通钢筋进行考虑。

根据混凝土规范的普通钢筋锚固计算公式： a y tl 1.1 d f / f 得到 al 54mm ，而实际锚固长度为

175mm，故高强螺杆拉应力未达到其抗拉设计值，满足设计要求。

3.4.4 高强螺杆螺纹的承压

高强螺杆(D15)螺纹承压长度按照 60 mm 计算，其有效承压面积 At=265.5mm2，按照上面高强螺杆抗拉

计算看出，其拉应力未达到 335 N/mm2 的设计强度，这里姑且按照设计强度进行计算，即高强螺杆的承压

力约为： 2F 335 15 / 4 60KN ，则承压应力 2 2tF / A 226N / mm 335N / mm ，满足设计要求。

3.5 砼抗拔验算

3.5.1 按锚固锥体破坏进行计算

根据《建筑施工计算手册》中按锚板锚固锥体破坏计算公式 20.2 (2.3 )cF f h bh 计算可得20.2 14.3 (2.3 370 80 370) 985.18F KN 。

3.5.2 按冲切强度进行计算

根 据 《 建 筑 施 工 计 算 手 册 》 中 按 锚 板 锚 固 冲 切 强 度 计 算 公 式 F u h [ ] 计 算 可 得

F uh [ ] 80 365 2.1 192.64KN 。

取上面两种计算方法的较小值 F=192.64KN，则砼的抗拔力为 F=192.64KN>N=100KN，满足设计要求。

3.6 体系稳定性验算

3.6.1 弯矩作用平面内的稳定性

根据钢结构规范的规定，其验算公式为： c

E

fN

1 0.8N

mMN

AW

‘

（ ）

，经计算，部分杆件弯矩作用平面内

稳定性见下表（表中只列示稳定系数较小的杆件）：

表 2 部分杆件弯矩平面内稳定性验算表

杆件号 N

A（MPa）

E

N1 0.8

N

mM

W

（ ）

（MPa）

E

N1 0.8

N

mMN

AW

（ ）

（MPa） 判 别

2 19.6 130.1 149.7（<215） 满足要求

3 17.8 130.4 148.2（<215） 满足要求

4 16.7 142.2 158.9（<215） 满足要求

5 1.5 142.5 144.0（<215） 满足要求

3.6.2 弯矩作用平面外的稳定性

根据钢结构规范的规定，其验算公式为：'

ft

b

MN

WA

，经计算，部分杆件弯矩作用平面外的稳定

性见下表（表中只列示稳定系数较小的杆件）：

表 3 部分杆件弯矩平面外稳定性验算表

杆件号 '

N

A（MPa） t

b

M

W

（MPa）

'

t

b

MN

WA

（MPa） 判 别

1 13.1 104.7 117.8（<215） 满足要求

2 19.7 95.6 115.3（<215） 满足要求

3 18.1 95.6 113.7（<215） 满足要求

4 16.8 104.8 121.6（<215） 满足要求

10 19.2 150.2 169.4（<215） 满足要求

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3.7 其他验算

除上述主要受力的三角支架及预埋件外，还需验算锚板处砼的局部承压、锥形接头处砼的局部承压、

主横梁埋件支座端头板承压、主背楞斜撑连接用销轴、背楞调节座连接螺栓、后移操作平台护栏连接螺

栓、后移装置滚轮用销轴、焊缝强度、面板、木工字梁、槽钢背楞分别进行强度和刚度验算。

4 施工过程

4.1 总体施工工艺

空心薄壁墩、采用分节循环施工，每标准节施工高度为 4.5m（首节浇筑 4.6m 高）。施工步骤为：

第一步，先按常规方法绑扎钢筋、立模、浇筑砼完成第一节墩身施工并预埋爬锥。

第二步，拆除模板，提升安装支架及内平台；绑扎安装钢筋；将模板系统整体提升安装在支架上，注

意预埋爬锥；合模、浇筑砼，完成第二节墩身施工。

第三步：基本同第二步，不同处第三节施工时开始安装吊平台，拆除上一节段预埋爬锥，以此不断提

升模板浇筑砼，循环施工直至设计高程。

4.2 底节墩身施工

4.2.1 模板组装

首先按照设计图纸将把模板背楞排放在搭设平台上，在背楞两端各放一根木工字梁，然后用连接爪螺

栓固定。其他木工字梁按设计图纸间距进行摆放，确保与两端工字梁平行、对齐，把每根木梁用连接爪固

定。吊钩位置工字木梁两侧均安装连接爪，且固定在木梁内侧，其余木梁连接爪交错放置。安装吊钩时，

用一块钢板和吊钩夹紧木梁，然后用螺栓固定。工资木梁安装完毕，在上面铺设维萨面板，面板与木工字

梁通过自攻螺钉连接，且相邻两块面板间用玻璃胶粘合牢固。根据拉杆的间距在模板上打设拉杆孔，每个

孔的内壁、孔沿上均涂刷防水油漆，防止模板渗水膨胀。

4.2.2 模板合模及加固

合模前用水清洗面板，用中等硬度的毛刷刷洗干净，然后用刷子或干净的毛巾，在模板表面刷上脱模

剂。吊车将模板吊装到位，落稳后将模板临时固定。根据定位螺栓的位置在面板上打孔，埋件通过 M30 的

安装螺栓与面板固定在一起。浇筑前爬锥上需均匀涂脱模剂，防止爬锥拆卸困难。内模板采用 1.5cm竹胶板

做面板、10cm×10cm 方木做背楞、双拼 10 号槽钢做脊梁，对比承台上放设的点位先初步将模板固定，模

板下口对准基准线后用钢筋固定，将内外模用 D20 螺杆连接在一起，用四根对角钢丝拉紧到承台顶后初步

锚固，在模板边缘用线坠校正垂直度，并用角尺检查阴阳角模板的角度，通过调节四根对角钢丝的松紧度

来微调，达到要求后，将四根对角钢丝最终勒紧并加固，完成模板的第一次支立。

4.2.3 混凝土浇筑及养生

人工配合混凝土泵车进行墩身混凝土的浇筑，浇筑完毕后及时进行喷淋养生，四周喷嘴管设在爬模主

平台下，竖向水管设在爬梯上，喷淋时用软管连接。

4.3 第二节墩身施工

第二节砼施工与底节砼施工不同之处在于：外模增加安装三脚架、主背楞、斜撑后移装置和平台立杆

部分。

4.3.1 模板拆除

当已浇筑完的底节混凝土强度达到 6MPa 时，稍稍松动对拉螺杆；当混凝土强度不小于 10MPa 时拆

模。拆卸埋件定位螺栓，然后卸下拉杆螺母，抽出拉杆，卸下芯带，将模板松开吊下。

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4.3.2 支架安装

在模板就位前，用安装螺栓将爬锥从模板背面固定在模板面上，并均匀涂脱模剂，防止爬锥拆卸困

难。准备两片模板 300 mm*2500 mm 左右，按照爬锥中到中间距摆放在水平地面上。保证两条轴线绝对平

行，轴线与木板连线夹角 90°，两对角误差不超过 2mm。将三角架扣放在木板轴线上，保证三角架中到中

间距等于爬第一次浇筑爬锥中到中间距，两三角架对角误差不超过 2mm。两三角架间用三根 10 号槽钢焊接

成整体，用 U 型卡卡牢，平台上满铺 5cm 厚木板防止物件坠落，用铁丝将木板绑扎与槽钢上，然后将平台

立杆焊接于三角架上，平台四周采用钢管围护并安装密目网防止高空坠落，将拼装好的三角架整体吊起，

平稳挂于第一次浇筑时埋好的受力螺栓（挂座体）上，插入安全插销并用发卡固定。在模板上安装背楞、

斜撑、挑架，注意背楞器与模板背楞的支撑情况，安装背楞扣件，用钢管扣件将挑架连接牢固，注意加斜

拉钢管。斜撑用钢丝和模板背楞绑在一起，防止在吊起过程中晃动。

4.3.3 合模及加固

通过可调斜撑调整模板的垂直度；通过后移装置将模板下沿与上次浇筑完的混凝土结构表面顶紧，确

保不漏浆，不错台。将内模吊装至相应高度，并通过拉杆与外模相连，并在内模四角处设置连接以形成整

体。模板总高度 4.65m，模板底与上一节砼重叠 10cm 以确保接缝处砼的线性和外观质量，模板顶比本节砼

设计顶面高出 5cm。

4.4 第三～N 节墩身施工

第三节砼施工与第二节砼施工不同之处在于：外模增加吊平台部分，到此悬臂模板整体装置已组装完

毕，后续节段施工进行提升循环即可。

5 需重点注意问题

1、同一单元块的两榀桁架之间应用 Ø48 钢管连接紧固，保证平台搭设安全可靠。

2、埋件系统预埋的位置要求准确，在浇筑混凝土前必须由专人再次复核其位置，确保误差不大于

1mm。

3、模板整个单元往上提升时，吊钩一定要吊于主背楞上部的吊具上，切记不得吊于模板的吊钩上。

4、浇筑混凝土前，模板的下部应利用三脚架上的后移装置将模板调到紧紧地与已浇好的混凝土接触

上，防止再次浇筑混凝土时漏浆及错台。

5、模板支好后，各单元块间次背楞一定要用芯带及楔形销连好，保证各单元之间连成一个整体，同时

保证各单元连好后成一条直线。

6 结语

从本项目高墩的实际使用情况来看，悬臂模板体系较为经济、安全、适用，对高墩混凝土的外观质有

能保证。但该模板系统需配合塔吊进行提升，施工中必须在高墩旁装设塔吊，较液压爬模增加了投入。同

时该模板系统主要受力部件为预埋爬锥，对混凝土强度要求较高，故施工周期相对较长，还需进一步研究

解决以上问题。

致谢

本文在选题及写作过程中得到安徽建筑大学机械与电气工程学院李大华教授的亲切关怀和悉心指导。

在此，对李老师提供的关怀和指导表示衷心感谢！

REFERENCES

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Beijing, 2001

【作者简介】

1 王安会（1981-），男，汉，硕士，工

程师，研究方向：工程结构的现代施工

技术。2000.9~2004.7 西南科技大学交

通工程专业学士，2011.9~今 安徽建筑

大学建筑与土木工程专业硕士。

Email: wgahui@163.com

2 李大华（1963-），男，汉，学士，教

授，研究方向：土木工程。 1982.9~

1989.7 沈阳建筑大学建工系建筑工程专

业学士。

Email: ldh2006a@163.com