新型模板體系在變截面現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用

黃存東，沈永興

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

1 工程概況

港珠澳大橋東人工島島橋結(jié)合部非通航孔橋現(xiàn)澆箱梁，西接?xùn)|人工島，東與香港段橋梁連接。箱梁分左右兩幅，由于上下島設(shè)置匝道，因此左右幅箱梁變寬且不對(duì)稱，而全橋又位于R＝5 500 m平曲線上[1]，如圖1所示。箱梁線型變化大，對(duì)于模板的選擇難度極大。

2 新型模板體系

模板體系的選擇要充分考慮到施工簡(jiǎn)單、支拆迅速、移動(dòng)輕巧等要求，同時(shí)兼顧成本要求。

2.1 新型模板設(shè)計(jì)

現(xiàn)澆箱梁外側(cè)模板體系常規(guī)做法主要有整體鋼模板、鋼管支架散支模板等。本工程箱梁外形尺寸復(fù)雜，其主梁變寬且左右幅不對(duì)稱，線型變化大，采用整體鋼模板不能周轉(zhuǎn)使用，造成較大的成本開支，采用鋼管支架散支模板不僅影響施工進(jìn)度，更無法保證結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量。

鑒于以上因素，本工程現(xiàn)澆箱梁的外模板采用了可調(diào)鋼支架木梁組合模板體系，首先由型鋼、可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的鋼管桿件（如圖2中的斜撐）組成幾何不變體系的桁架平面單元，如圖2所示，再由2片桁架單元與木工字梁及連接鋼管組拼成一塊模板單元，模板單元的寬度為2.7 m，箱梁平面弧線段由該模板單元以直代曲。

每一單元底部安裝移動(dòng)滑輪，在底部鋪設(shè)角鋼作為軌道，模板完全拆除后調(diào)節(jié)該模板單元底部的可調(diào)托座，將模板降落在軌道上便可縱向移動(dòng)單元。

圖1 東人工島非通航孔橋平面布置圖Fig.1 Layout of the non navigable bridge on the east island

圖2 箱梁外側(cè)模板體系單元Fig.2 Lateral formwork system unit of box girder

新型模板體系具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，拆除方便，移動(dòng)輕巧，保證施工質(zhì)量的同時(shí)有效減短了工期，節(jié)約了成本，解決了復(fù)雜線型箱梁施工模板的難題。

2.2 模板體系分析

模板平面桁架單元體系的簡(jiǎn)圖如圖3所示。

通過該體系的組成分析，可以看出該體系為有一個(gè)多余約束的幾何不變體系，即3根可調(diào)螺桿拆除任意一根后，結(jié)構(gòu)為無多余約束的幾何不變體系，此時(shí)調(diào)節(jié)任一螺桿后可使體系變形。因此該模板體系的安裝調(diào)整步驟如圖4所示。

圖3 平面桁架單元體系簡(jiǎn)圖Fig.3 Brief plan for trussunit system

圖4 模板體系安裝調(diào)整簡(jiǎn)圖Fig.4 Brief plan for formwork system installation and adjustment

2.3 鋼桁架體系受力計(jì)算2.3.1 體系構(gòu)件組成

模板平面支架組成的各構(gòu)件編號(hào)如圖5所示，材料組成見表1所示。

2.3.2 受力分析

施工荷載Q=2.5 kN/m2，混凝土密度γ=25 kN/m3。

1號(hào)桿件在左側(cè)受力大約按梯形分布，混凝土最大厚度為T1=0.53 m，最小厚度為T2=0.23 m。

恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.35，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。

圖5 平面桁架體系構(gòu)件編號(hào)Fig.5 Numbering of truss system component

表1 平面桁架體系構(gòu)件材料表Table 1 Material tableof truss system component

右側(cè)平臺(tái)部分按2 kN/m2計(jì)，轉(zhuǎn)化成線荷載為2×1.35=2.7 kN/m。

2號(hào)桿件主要受混凝土側(cè)壓力和混凝土自重分量，混凝土側(cè)壓力為q1=51.55 kN/m2，有效壓頭高度h=2.06 m。

支架間距為1 500 mm。

則混凝土側(cè)壓力和自重分量轉(zhuǎn)化成線荷載分別為：q3=51.55×1.35=69.59 kN/m。

用sap2000進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2，均滿足規(guī)范要求[2]。

表2 鋼桁架體系受力計(jì)算Table 2 Force calculation for steel trusssystem

3 木工字梁分析

模板體系中模板加強(qiáng)擋主要為受彎構(gòu)件，構(gòu)件的橫斷面形式?jīng)Q定了構(gòu)件受力是否合理。本模板體系的橫擋采用木工字梁，根據(jù)材料力學(xué)，將其與常用的橫擋材料如方木及型鋼等進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的對(duì)比。

3.1 木工字梁截面特性

本次模板單元的模板橫擋采用新型木工字梁，其橫斷面尺寸如圖6所示。

截面面積A=100 cm2，對(duì)中性軸的截面慣性矩I=4 613.33 cm4，截面模量W=461.33 cm3。

3.2 與常規(guī)材料對(duì)比

1） 10 cm×10 cm木方

木方截面面積A=100 cm2，截面慣性矩I=833.33 cm4，截面模量 W=166.67 cm3。

可見，所采用的木工字梁截面面積與10 cm×10 cm木方相等，但是截面模量是10 cm×10 cm木方的2.76倍，即在材料用量相等的情況下，采用木工字梁其受彎性能比木方提高了2.5倍以上。

2） [8槽鋼

取木材的強(qiáng)度13 MPa，計(jì)算得木工字梁的受彎性能與 [8槽鋼相當(dāng)， [8槽鋼質(zhì)量為8 kg/m；木工字梁質(zhì)量為5.4 kg/m，由此可見，使用木工字梁比使用型鋼質(zhì)量減輕了32.5%。

由以上分析可知，采用木工字梁既節(jié)約了材料，又減輕了模板體系的質(zhì)量。

4 施工應(yīng)用

4.1 模板預(yù)拼裝

箱梁側(cè)模的移動(dòng)單元和腹板模板需提前進(jìn)行拼裝，組成一個(gè)整體移動(dòng)式的桁架式結(jié)構(gòu)。拼裝過程中，木工字梁間距、方向嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，嚴(yán)格控制模板的平整度以及模板之間的錯(cuò)臺(tái)，模板之間的接縫用硅膠封堵。

4.2 箱梁側(cè)模安裝

箱梁底板鋪設(shè)完成后，根據(jù)在底板上測(cè)放的邊線及起始點(diǎn)，逐塊吊裝單元支架。單元支架定位后，利用定制的木架（按單元支架1∶1的比例制作）校核單元支架的仰角和翼緣板的角度滿足設(shè)計(jì)要求。安裝面板時(shí)，先安裝圓弧倒角（鋼模），再安裝側(cè)面及頂面面板，通過在面板與木工字梁間支墊木條使倒角平滑過渡，圓弧鋼板與側(cè)模面板、翼緣底板的錯(cuò)臺(tái)均不大于2 mm。面板用鉚釘與木工字梁固定后，利用水平靠尺及塞尺檢測(cè)單元模塊間的拼縫、錯(cuò)臺(tái)，面板平整度不大于3 mm，錯(cuò)臺(tái)不大于2 mm，模板間的接縫同樣用硅膠封堵。

4.3 固定箱梁側(cè)模

單元支架標(biāo)高、位置經(jīng)復(fù)核無誤，支架間縱向連接對(duì)拉螺栓擰緊，連接面板處安裝10 cm×10 cm的木方，確保澆筑過程中拼縫處不變形。每塊單元支架下倒角處兩側(cè)安裝橫托桿及焊接斜拉桿并進(jìn)行加固。斜拉桿一端與分配梁焊接牢固，焊縫飽滿，一端與壓梁（雙拼14號(hào)槽鋼）的緊固螺栓擰緊（雙螺栓），螺栓絲扣外露不小于2扣，橫托桿與壓梁點(diǎn)焊固定[3－4]。腹板模板支架的3根可調(diào)支撐桿用鋼管固定。

5 結(jié)語

可調(diào)鋼木組合新型模板體系在港珠澳大橋東人工島非通航孔橋現(xiàn)澆箱梁施工中得到了成功應(yīng)用，施工質(zhì)量及進(jìn)度均滿足要求，可為類似工程提供參考。