超大断面三维空间异形曲面预应力混凝土现浇梁模板施工技术

2019-04-17郑军涛

科学与技术 2019年18期

关键词：模板

郑军涛

摘要：前海7號景观桥为鱼腹式现浇混凝土箱梁，施工中最大的难点是解决现浇梁的模板设计、加工、安装和确保清水混凝土效果。为了能够实现梁体结构造型，箱梁底模采用钢模板进行设计，箱室内模采用木模结构，成功完成了了超大断面三维空间异形曲面预应力混凝土现浇梁的施工，并且梁体线形顺畅、混凝土观感好。

关键词：景观桥；鱼腹式现浇箱梁；空间异形曲面；模板

1.工程简介

前海7号景观桥位于桂湾河上，主桥为鱼腹式现浇混凝土连续箱梁，主梁结构造型模拟海鱼鱼腹的流线外形而新颖设计，流线型三维曲面造型非常优美。桥梁全长180米，跨径布置为（50+80+50）m。桥面宽度变化为7.5m～45m～37.5m～51m～47m，箱梁高度变化为2.8m～5.25m～2.8m～7.25m～2.8m。截面之间的过渡采用光滑的样条曲线变化，主跨箱梁跨中高度为2.8m，从跨中处按圆弧线变化至1#墩中心处箱梁高度为5.25m、变化至2#墩中心处箱梁高度为7.25m。如图-1、图-2 所示。

本工程主梁为单箱多室鱼腹式断面，格式个数为6或8个。梁体在横桥向底板为圆弧曲线，桥面横坡为双向2%。主梁结构。主桥箱梁采用纵向、横向、竖向三向预应力束，主桥箱梁采用支架上分段浇筑施工，由主墩向两侧分别对称浇筑、实现跨中合拢。箱梁采用C50混凝土，主梁结构混凝土方量为10410.4m3，钢筋用量2520t，预应力钢绞线用量498.2t。箱梁断面见图-3、图-4、图-5。

2.鱼腹式现浇箱梁模板设计

2.1梁体外模设计

由于本工程主梁结构造型独特，且鱼腹式箱梁底板采用光滑的样条曲线变化，为了能够实现梁体结构造型，鱼腹式箱梁外模采用钢模板，模板面采用桁架进行设计，钢模板由面板、横肋、竖肋、及桁架四个主要构件组成，面板为5mm钢板，横肋采用12×100扁钢，间距随桁架布置；竖肋采用[8槽钢，间距为40cm；桁架立杆和底层水平杆均采用双肢12#槽钢组合件，箱室腹板对应位置处的桁架横桥向间距为30cm，其它部位立柱的间距为60cm。梁体底模见图-6、图-7。

2.2梁体内模设计

由于鱼腹式箱梁底线形呈光滑的样条曲线变化，箱室空间不断变化，为了能够保证箱室结构尺寸、降低箱室内模施工难度，箱室内模全部采用木模体系板进行施工。

腹板侧模板设计构造：面板采用15mm厚的木模板，分配肋采用5cm×8cm的方木，间距不大于0.3m；主肋采用直径4.8cm，壁厚3mm的双钢管，主肋间距60cm。腹板两侧模板之间采用直径为14mm的普通对拉螺杆。腹板侧模见图-8所示。

箱室底模板设计构造：由于箱室底板成曲面变化，梁体底腹板混凝土浇筑式时底板厚度难以控制，甚至会使腹板混凝土流向箱室内部。箱室底板内模之间采用对拉螺杆连接，以防止内模移动和上浮。对拉螺杆位置的设置根据设计预留的照明灯孔和外观装饰孔的留设而确定。

箱室顶模板设计构造：因梁体分两层浇筑，待箱梁底板、腹板混凝土浇筑完成后进行顶板模板安装。顶板支架立杆采用扣件式钢管脚手架。箱室顶板模板同样采用15mm厚的木模板，分配肋采用5cm×8cm的方木；距不大于0.3m；主肋采用10cm×10cm的方木。腹板侧模见图-9所示。

3.三维空间异形曲面空间曲面模板制作技术

异形混凝土箱梁在施工中最大的难点在于梁体截面钢制模板的设计加工，既要求模板及支撑构件具有足够的刚度、承载力和稳定性，又要求模板有足够的精度和柔韧性，满足空间曲面的塑型。

根据鱼腹式箱梁的结构特点，为了确保模板面的曲面线形顺畅。根据桥梁施工分段图，对梁体底模进行纵横向分块，绘制钢模板平面分块布置图，利用三维实体放样技术和有限元逐步拟合的方法加工出钢模板。

3.1模板的制作工艺流程

工艺流程为：展开放样→画线下料→面板冲压成型→制作桁架→模板组对→焊接→组对检验→模板修整。

3.2制作要点

（1）展开放样

根据图纸设计要求通过初步展开放样。计算出面板展开尺寸，按1：1的比例画出面板尺寸，定出面板横肋和竖肋的形状尺寸及数量。再通过三维实体放样，定出面板尺寸及形状尺寸。

（2）画线下料

按展开放样的尺寸对面板进行下料，面板下料每边宜预留出2cm宽度的余宽

（3）冲压成型

用冲压机对面板进行冲压成型，依样板面板线形，并对面板进行修整。

（4）制作组对桁架

按模板单元设计图纸焊接模板桁架，桁架的水平杆件与竖向杆件要焊接牢固。

（5）模板组对

把面板放在桁架上，用外力使面板与桁架吻合，然后按要求把模板竖肋、横肋逐一点焊在面板上，待去掉外力后面板已得到有效固定。

（6）焊接

模板与横肋、竖肋采用先点焊后断焊的方式，断焊30mm，间隔100mm，焊缝高3mm，端角缝必焊且为双面对称焊。焊缝尺寸不宜过大，但焊缝外观必须合格，位置必须准确，在保证焊接强度的前提下，有利于减小焊接变形。另外，焊接时被焊模板必须放平并且不得受外力使其产生明显的变形，否则，会明显影响模板外形尺寸的精度。

（7）模板修正

模板横肋和竖肋用来固定面板形状尺寸并用来增加整体面板的刚度，因此应控制好模板竖肋和横肋的形状尺寸和间距，特别是要控制模板组装孔的位置准确。否则，将影响模板的成型质量和使用质量。

4.大曲面鱼腹式模板现场拼装机接缝处理

4.1箱梁底模厂内试拼装

制作好的钢膜板在运往施工现场正式投入使用前，需要在钢模板加工场内进行组装。由于每块钢模板都是分块加工制作，钢材在焊接过程中会使钢材材料本身产生翘曲变形，因此组装时会出现相邻模板之间出现错台和模板空隙过大的现象，影响混凝土的观感。

在试组装过程中，要认真检查模板的拼缝情况，如有出现拼缝不严密、错台等现象，要做出标记，对模板进行二次校正，使其达到最佳效果。

因此，在钢模板试拼装过程中一定要反复检测、调整，复核腹板曲面线形是否与梁体曲面线形是否相同，这样才能保证线形顺畅，达到理想的效果。

4.2箱梁底模现场安装技术

（1）为了消除模板支撑体系的非弹性变形，在梁体模板正式安装前必须对箱梁支架体系进行预压，在预压过程中对支架沉降进行监测，为检验梁体支架的安全性和收集施工沉降提供可靠、有效的数据。

（2）梁体底模安装从梁体中心线向两侧对称的顺序进行安装，避免送梁体最低点向最高点安装造成累计误差。

（3）在模板安装前，必须对首块梁体模板进行准确定位，对模板的平面线形、弧度等进行复核。

（4）在梁体底模安装过程中，严格控制每块模板的平面线形和标高。相邻模板先采用螺栓临时连接固定，在各个施工节段的模板安装完毕后，对整个底模的拼装线形、尺寸、弧度等技术指标进行全断面测量。若底模的拼装线形满足设计要求，最后对整个模板的加固体系进行紧固，以满足箱梁施工过程中模板支撑体系的整体稳定性和安全性。底模安装件图-10。

4.3箱梁模板表面处理技术

本桥对混凝土的外观质量提出了更高的要求，为了保证混凝土外观质量，在箱梁正式浇筑前，选择不同的脱模剂进行了多次现场试验，发现选择优质的模板漆浇注出来的混凝土平整光滑，外观细腻，光洁度好，混凝土表干后达到了亲水混凝土的效果。脱模试验见图-11。

模板涂刷前要求模板表面无锈迹、无油、清洁、干燥，施工时应注意以下几个方面：

（1）钢模板采用角磨机配钢丝球进行除锈，原则上只需要处理一遍，锈蚀严重的可适当增加处理次数。模板打磨除锈见图-12。

（2）钢模板上的油渍可采用除油剂或去污力较强的清洁剂，清洗的工具采用硬质的地板刷；

（3）涂刷模板漆前需要保持模板的清洁，表面的一些浮尘可采用干海棉擦干净即可，然后用棉布醮天那水擦拭模板表面，并用干布擦干即可，上漆时工人需要带脚套，以免沾污模板，影响效果；

（4）涂刷模板漆前需要保证模板表面的干燥，如果模板表面潮湿，会造成涂刷模板漆后起泡以及表面没有光泽，影响混凝土表面的光洁度。

5.箱梁内模施工技术

由于箱梁混凝土浇筑在腹板与顶板下倒角面预留了水平施工缝，箱体混凝土分两次浇筑成型，第一次安装箱室底板顶模和腹板侧模、第二次安装箱室顶面底模，内模施工应注意以下事项。

（1）为了保证底板曲面混凝土的浇筑厚度和浇筑质量，需要增加底板顶模，模板上预留混凝土浇筑孔和振捣孔，增设防底板顶模防上浮的拉杆，模板的浇筑孔和振捣孔安排专人进行封堵。

（2）由于箱室腹板高度较高，钢筋和波纹管密集，为了确保腹板混凝土的浇筑及振捣质量，通过在箱室腹板侧模按纵、横向间距1.5m开孔，开孔在模板安装前完成。

（3）模板安裝前要检查模板面是否清理干净，钢筋保护层厚度是否满足要求、预应力管道是否按要求固定，对钢筋有抵触模板的位置应垫混凝土垫块。