模块化铝模系统在特大桥单箱三室多隔板内模施工中的应用

2022-02-03李洋中国铁建港航局集团有限公司总承包分公司

珠江水运 2022年24期

李洋中国铁建港航局集团有限公司总承包分公司

1.引言

为保障特的桥的箱室结构的整体受力，箱梁采用的混凝强度一般较高，同时截面高的箱室内常设置多道隔板。在施工中发现在箱梁受诸多因素影响，采用的常规的内模板施工效率低下，周转次数低，工人干活吃力，效率低下。为保障项目安全环保，节省工人体力，体现人文关怀，同时提高模板周转率，采用轻便耐用的铝模板，通过建立三维BIM模型，对内腔铝模模板精确编码，精细化施工方案，实现每个节段的快速拼装与拆除，加快了现浇连续梁的施工进度，产生了较好的经济与社会效益。

2.工程概况

本工程项目位于广东省珠海市斗门区，主桥上部结构设计为120m+210m+120m 全预应力混凝土部分斜拉桥，长度为450m，主桥平面处在直线上，横坡为2%，纵坡为人字坡，坡度分别为2.45%和-2.45%。桥面宽度为38m，墩顶梁高为6.8m，跨中梁高3.3m，梁底曲线为1.8次抛物线。其中主墩编号为12#与13#墩，边墩为11#与14#墩顶0#块梁长20.0m，悬浇梁段数和梁段长度从根部到跨中分别是：4×3.5m、20×4.0m，共24个悬浇节段，累计悬臂总长104m，其中1～6#节段及23#、24#节段为无斜拉索节段，7～22#节段为有斜拉索节段；中跨和边跨合拢段长2.0m，边跨现浇段梁长13.75m。主梁采用C60高标号混凝土，最重块段为7#段186m3，重约483.6t。

箱梁设计为单箱三室斜腹板截面，顶板板厚度在25cm，底板板厚30～120cm。边腹板板厚在主塔根部两端15.5m范围内，厚度在65～120cm；在边跨现浇段厚度65～80cm，其他部位板厚统一是65cm。中腹板在主塔根部向两端14m范围内，厚度在50～110cm；在边跨现浇段厚度在50～70cm，其余部位板厚均为50cm。悬臂板端部厚20cm，根部板厚45cm，由于悬臂长度较长（8m），为满足横向受力要求，悬臂板下设置40cm厚加劲肋，横向受力结构形成T形梁，加劲肋端部梁高50cm，根部梁高为197.2cm，加劲肋间距3.5～4.0m；在中箱顶板处设置拉索锚块，在斜拉索锚固处设置箱内横隔梁，横隔梁上设有进人孔。有斜拉索区域中室箱内横隔梁厚度为50cm，两边室内横隔梁厚度为40cm；无斜拉索区域边室箱内在顶板下设置40cm厚横向加劲肋，与悬臂板下加劲肋形成一个整体。端横梁厚度为2m；主塔墩处中间箱室横梁由于塔、墩、梁传力需要厚6m，两边箱室横梁厚4m。横坡设置：底板水平，顶板设横坡2%，通过中腹板和边腹板不等高进行处理。

3.工程特点分析

主梁截面尺寸大，节段较多，截面随着节段推进逐一发生变化，内箱支架及挂篮结构体系复杂，主梁采用C60高标号混凝土，施工配合比及浇筑工艺控制难度大，纵横竖三向预应力结构复杂，两侧各设5m翼缘板后浇带，后浇段工序繁杂。38m宽度超宽挂篮悬浇砼（单箱三室）施工，难度较普通的单箱单室的施工难度大，施工工序交叉多，每个节段都有一个横隔板，横隔板洞口尺寸仅为1.0×1.2m，浇筑完后内部一半的内腔模板需要人工通过孔洞取出，工作强度高，作业难度大。

4.施工方案比选

4.1 方案一

内滑梁+桁架模板系统[1]，内滑梁作为支撑主梁，桁架作为支撑次梁，加上钢模板的内顶模板，及需要进行横向内撑的内侧钢模板，详见图1所示。

图1 内腔模板滑梁支撑体系纵、横断面示意图

4.2 方案二

内模腹板采用小块钢模组拼，采用螺栓进行连接，内顶板及倒角模板选用18mm厚优质竹胶模，内模采用脚手架支撑，脚手架上方设可调顶托以适应梁高和腹板厚度变化的需要，脚手架下方支承于底模的混凝土垫块上。脚手架顶托上方设10×10cm纵向方木，方木间距60cm，纵向方木上设10×10 cm横向方木，间距30cm。0#块端模采用竹胶板+方木背楞结构，端模上下端切成梳齿板槽口，便于梁体纵向钢筋安装。

4.3 方案三

在方案二的基础上将原来的扣件式脚手架改为盘扣式脚手架[2]，钢木组合模板改为模块化拼装铝模系统。铝模系统通过三维建模，对模板进行详细变化，内倒角采用定型拼接，减少现场拼接时间，通过各节段截面变化，减少使用件数，从而实现全断面的铝模板使用。详见图2。

图2 内腔模板钢管脚手架支撑断面示意图

经对比分析得出如下结论，方案一：在横隔板较少的单箱单室的工程中使用的较多，在本工程单箱三室多隔板的箱梁使用中，局限性突出，隔板上留的洞口修复也较为繁琐，桁架仅用于顶模板的支持，侧模板依旧要采用横撑进行固定支撑，工作量较大。方案二：在实际施工中钢木模板结合处漏浆较为严重，且由于混凝土强度较高，木模板周转2次便需要重新更换，周转成本高。搭设速度慢，使用的6015钢模板，单块重量为33kg，重量较大，单人搬运不便。方案三：顶模板采用异型模板，倒角拼接一步到位，无需大量的木工进行倒角处模板的加工。模板较为轻便，单块模板重量仅为15kg，工人可轻松进行拆除。盘扣式脚手架主攻民用建筑工程、房建内架支模、满堂红架支撑使用，搭拆速度是普通钢管扣件的8-10倍，是碗扣式脚手架的2-4倍，普通钢管扣件主要用于外架斜撑使用。铝模板出厂采用卡扣式安装，较为便捷，省工。同一面积工费约是钢模的1/2人工，是木模的2/3的人工。

5.现浇箱梁施工方法

经比选最终进行选用方案三作为本工程内模板的施工方案，开始进行现浇箱梁施工，现浇箱梁施工[3]步骤较为繁琐，必须严格控制每一步骤的质量，保证符合设计规定，方可进行下一步骤的施工。具体施工步骤如下：

步骤一：承台与墩身施工。

步骤二：（1）在12#～13#墩两端设置临时托架，并实施预压重，这样有利于避免非弹性变形。（2）利用托架进行0#节段施工：按照立模、钢筋绑扎、预应力管道安装、混凝土浇筑的顺序开展作业，需注意，箱梁悬臂后浇带混凝土需延后2个施工阶段作业。（3）当混凝土强度为设计强度的90%，开展纵向、横向以及竖向预应力筋（束）张拉作业，遵循对称张拉的原则。（4）进行主塔上塔柱混凝土和鞍座施工。（5）对称拼装主梁上悬臂施工挂篮。

步骤三：（1）对称悬臂浇筑1、1'号梁段。（2）0#节段悬臂后浇带立模、绑扎钢筋、安装预应力管道。（3）1、1'号梁段混凝土强度满足设计强度要求后，张拉纵向、横向及竖向预应力筋，注意要对称张拉。（4）移动悬臂施工挂篮。（5）重复1、3、4步，完成2、2'梁段。（6）同时浇筑0#节段悬臂后浇带混凝土。待混凝土强度达到设计强度90%后，对称张拉纵向、横向预应力粗钢筋。施工1号节段悬臂后浇带，立模，绑扎钢筋，安装预应力管道。（7）重复以上1～6步，直到完成6、6'梁段。

步骤四：（1）对称悬臂浇筑7、7'梁段。（2）当混凝土强度满足设计强度时，对称张拉纵向、横向及竖向预应力筋（束）。（3）安设斜拉索，然后进行初张拉。（4）施工相应阶段的悬臂后浇带，并对称张拉纵向、横向预应力粗钢筋。（5）移动悬臂施工挂篮。

步骤五：（1）循环进行步骤四的作业，直到23、23'梁段。（2）前移挂篮，悬臂浇筑到24、24'梁段。

步骤六：（1）对称拆除施工挂蓝，并对4 个悬臂段进行预压重。（2）安设边跨合龙段托架或者吊架，进行合龙段劲性骨架焊接作业。（3）按照立模、钢筋绑扎、预应力管道安装、边跨合龙段浇筑的顺序开展作业。（4）等混凝土强度满足设计要求，方可拆除劲性骨架，并张拉钢束，张拉剩下边跨合龙束到设计张拉力。（5）边跨合龙段预压重应在浇筑合龙段混凝土时逐渐卸除。

步骤七：（1）拆11、14号墩两边临时支架，然后把将主梁落于正式支座。（2）安装中跨合龙段托架或吊架。（3）焊接合龙段外部支撑，张拉2-T26、2-B3钢束到1/2设计张拉力，（4）按照立模、钢筋绑扎、预应力管道安装、中跨合龙段浇筑的顺序实施作业，（5）混凝土强度满足设计要求强度后张拉钢束，接着拆除劲性骨架，并张拉剩余中跨合龙束至设计张拉力。（6）全桥斜拉索依次进行二次张拉。

步骤八：（1）开展桥面施工和附属工程施工。（2）检查索力并合理调节，直至满足设计规定。

6.实际应用的效果

模板出厂前先在厂家进行试拼装，逐个校对编号，单个节段4m长，检查完无误后，再拆卸并送至施工现场，现场使用时严格按照编号进行拼装，对于变截面部分区域去掉单条模板导致尺寸不足的情况，在铝模板的背楞支撑处进行木模板拼接，经现场24个节段现浇的实施，经对比原方案其经济效益与进度效益均较为可观，具体经济效益与进度效益分析如下：

（1）采用盘扣式脚手架，对比原方案的扣件式脚手架，单个节段节省人力成本约4000元，本工程共计24个节段，实际节省费用约9.6万元。

（2）铝模板采取租赁的方式，其实际成本约：350元/m2×400=14万元。原钢木组合模板方案，根据12#主墩0#节段经验来看，木模板周转情况极为不理想，基本上一次性使用，预计木模板材料花费成本约25元/m2×400×24=24万元，对比钢模板倒运成本节省1000元/节段×24=2.4万元。对比施工成本，近一年的施工期节省木工加工成本约12万元，采用模块化铝模板共计节省费用24.4万元。

（3）进度较原计划提前30天完成施工任务，平均每个节段节约工期1.25天，保障了大桥顺利通车。