超大斷面三維空間異形曲面預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁模板施工技術(shù)

鄭軍濤

（深圳中鐵二局工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

前海7號(hào)景觀橋位于桂灣河上，主橋?yàn)轸~(yú)腹式現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁，主梁結(jié)構(gòu)造型模擬海魚(yú)魚(yú)腹的流線外形而設(shè)計(jì)，流線型三維曲面造型非常優(yōu)美[1]。橋梁全長(zhǎng)180m，跨徑布置為50m+80m+50m。橋面寬度變化為 37.5m～45m～37.5m～51m～47m，箱梁高度變化為2.8m～5.25m～2.8m～7.25m～2.8m。截面之間的過(guò)渡采用光滑的樣條曲線變化，主跨箱梁跨中高度為2.8m，從跨中處按圓弧線變化至1#墩中心處箱梁高度為5.25m、變化至2#墩中心處箱梁高度為7.25m。

本工程主梁為單箱多室魚(yú)腹式斷面，格室個(gè)數(shù)為6或8個(gè)。梁體在橫橋向底板為圓弧曲線，橋面橫坡為雙向2%。主橋箱梁采用縱向、橫向、豎向3向預(yù)應(yīng)力體系，主橋箱梁采用支架上分段澆筑施工，由主墩向兩側(cè)分別對(duì)稱澆筑、實(shí)現(xiàn)跨中合龍。箱梁采用C50混凝土，主梁結(jié)構(gòu)混凝土方量為10 410.4m3，鋼筋用量2 520t，預(yù)應(yīng)力鋼絞線用量498.2t。箱梁斷面見(jiàn)圖1、圖2和圖3。

2 魚(yú)腹式現(xiàn)澆箱梁模板設(shè)計(jì)

2.1 梁體外模設(shè)計(jì)

由于本工程主梁結(jié)構(gòu)造型獨(dú)特，且魚(yú)腹式箱梁底板采用光滑的樣條曲線變化，為了能夠?qū)崿F(xiàn)梁體結(jié)構(gòu)造型，魚(yú)腹式箱梁外模采用鋼模板，模板面采用桁架進(jìn)行設(shè)計(jì)，鋼模板由面板、橫肋、豎肋及桁架4個(gè)主要構(gòu)件組成，面板為5mm鋼板，橫肋采用橫肋采用12mm厚扁鋼，間距隨桁架布置；豎肋采用8#槽鋼，間距為40cm；桁架立桿和底層水平桿均采用雙肢12#槽鋼組合件，箱室腹板對(duì)應(yīng)位置處的桁架橫橋向間距為30cm，其他部位立柱的間距為60cm。梁體底模見(jiàn)圖4。

圖1 1#墩柱處橫梁斷面示意圖（單位：cm）

圖2 2#墩柱處橫梁斷面示意圖（單位：cm）

圖3 中跨跨中梁體斷面示意圖（單位：cm）

2.2 梁體內(nèi)模設(shè)計(jì)

由于魚(yú)腹式箱梁底線形呈光滑的樣條曲線變化，箱室空間不斷變化，為了能夠保證箱室結(jié)構(gòu)尺寸、降低箱室內(nèi)模施工難度，箱室內(nèi)模全部采用木模體系板進(jìn)行施工[2]。

1）腹板側(cè)模板設(shè)計(jì)構(gòu)造：面板采用15mm厚的木模板，分配肋采用5cm×8cm的方木，間距不大于0.3m；主肋采用直徑4.8cm、壁厚3mm的雙鋼管，主肋間距60cm。腹板兩側(cè)模板之間采用直徑為14mm的普通對(duì)拉螺桿，利用箱室內(nèi)搭設(shè)滿堂支架作為腹板防傾覆措施。梁體腹板模板設(shè)計(jì)如圖5所示。

2）箱室底模板設(shè)計(jì)構(gòu)造：由于箱室底板呈曲面變化，梁體底板、腹板混凝土澆筑時(shí)，梁體底板厚度難以控制，甚至?xí)垢拱寤炷亮飨蛳涫覂?nèi)部。通過(guò)在箱室底板內(nèi)模之間設(shè)置特制對(duì)拉螺桿連接，以防止內(nèi)模移動(dòng)和上浮。對(duì)拉螺桿位置的設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)留的照明燈孔和外觀裝飾孔確定。

3）箱室頂板模板支架設(shè)計(jì)構(gòu)造：因梁體節(jié)段分2層澆筑，待箱梁底板、腹板混凝土澆筑完成后進(jìn)行頂板模板安裝。頂板支架立桿采用扣件式鋼管腳手架。箱室頂板模板同樣采用15mm厚的木模板，次梁采用5cm×8cm的方木；間距不大于0.3m；主梁采用10cm×10cm的方木。箱室頂板模板如圖6所示。

3 三維空間異形曲面空間曲面模板制作技術(shù)

異形混凝土箱梁在施工中最大的難點(diǎn)在于梁體模板的設(shè)計(jì)加工，既要求模板及支撐構(gòu)件具有足夠的剛度、承載力和穩(wěn)定性，又要求模板有足夠的精度和柔韌性，滿足空間曲面的塑型。

根據(jù)魚(yú)腹式箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了確保模板面的曲面線形順暢。根據(jù)橋梁施工分段圖，對(duì)梁體底模進(jìn)行縱橫向分塊，繪制鋼模板平面分塊布置圖，利用三維實(shí)體放樣技術(shù)和有限元逐步擬合的方法加工出鋼模板。

3.1 模板的制作工藝流程

工藝流程為：展開(kāi)放樣→畫(huà)線下料→面板沖壓成型→制作桁架→模板組對(duì)→焊接→組對(duì)檢驗(yàn)→模板修整。

圖4 梁體底模橫橋向布置示意圖

圖5 梁體腹板模板示意圖

圖6 箱室頂板模板支撐體系圖

3.2 制作要點(diǎn)

3.2.1 展開(kāi)放樣

采用計(jì)算機(jī)三維軟件按1∶1比例畫(huà)出面板尺寸，將三維的幾何尺寸展開(kāi)成二維的放樣圖形，定出面板橫肋和豎肋的形狀尺寸及數(shù)量。再通過(guò)三維實(shí)體放樣，定出面板尺寸及形狀尺寸。

3.2.2 畫(huà)線下料

按展開(kāi)放樣的尺寸對(duì)面板進(jìn)行下料，面板下料每邊宜預(yù)留出2cm寬度的余寬。

3.2.3 沖壓成型

用沖壓機(jī)對(duì)面板進(jìn)行沖壓成形出曲面形狀，依靠模板自身加固采用的桁架體系，確保了曲面的空間幾何尺寸、曲率滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.4 制作組對(duì)桁架

按模板單元設(shè)計(jì)圖紙焊接模板桁架，桁架的水平桿件與豎向桿件要焊接牢固。

3.2.5 模板組對(duì)

把面板放在桁架上，用外力使面板與桁架吻合，然后按要求把模板豎肋、橫肋逐一點(diǎn)焊在面板上，待去掉外力后面板可以得到有效固定[3]。

3.2.6 焊接

模板與橫肋、豎肋采用先點(diǎn)焊后斷焊的方式，斷焊30mm，間隔100mm，焊縫高3mm，端角縫必焊且為雙面對(duì)稱焊。焊縫尺寸不宜過(guò)大，但焊縫外觀必須合格，位置必須準(zhǔn)確，在保證焊接強(qiáng)度的前提下，有利于減小焊接變形。另外，焊接時(shí)被焊模板必須放平并且不得受外力使其產(chǎn)生明顯的變形，否則，會(huì)明顯影響模板外形尺寸的精度。

3.2.7 模板修正

模板橫肋和豎肋用來(lái)固定面板形狀尺寸以及增加整體面板的剛度，因此，應(yīng)控制好模板豎肋和橫肋的形狀尺寸和間距，特別是要控制模板組裝孔的位置準(zhǔn)確。否則，將影響模板的成型質(zhì)量和使用質(zhì)量。

4 大曲面魚(yú)腹式模板現(xiàn)場(chǎng)拼裝機(jī)接縫處理

4.1 箱梁底模廠內(nèi)試拼裝

制作好的鋼膜板在運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)正式投入使用前，需要在鋼模板加工廠內(nèi)進(jìn)行組裝。由于每塊鋼模板都是分塊加工制作，鋼材在焊接過(guò)程中會(huì)使鋼材材料本身產(chǎn)生翹曲變形，因此，組裝時(shí)相鄰模板之間會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)和模板空隙過(guò)大的現(xiàn)象，影響混凝土的觀感。

在試組裝過(guò)程中,要認(rèn)真檢查模板的拼縫情況，如有出現(xiàn)拼縫不嚴(yán)密、錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象，要做出標(biāo)記，對(duì)模板進(jìn)行二次校正，使其達(dá)到最佳效果。

在鋼模板試拼裝過(guò)程中一定要反復(fù)檢測(cè)、調(diào)整，復(fù)核腹板曲面線形是否與梁體曲面線形相同，這樣才能保證線形順暢，達(dá)到理想的效果。

4.2 箱梁底模現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)

1）為了消除模板支撐體系的非彈性變形，在梁體模板正式安裝前必須對(duì)箱梁支架體系進(jìn)行預(yù)壓，在預(yù)壓過(guò)程中對(duì)支架沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為檢驗(yàn)梁體支架的安全性和收集施工沉降提供可靠、有效的數(shù)據(jù)。

2）梁體底模安裝從梁體中心線向兩側(cè)對(duì)稱的順序進(jìn)行安裝，避免梁體最低點(diǎn)向最高點(diǎn)安裝造成累計(jì)誤差。

3）在模板安裝前，必須對(duì)首塊梁體模板進(jìn)行準(zhǔn)確定位，對(duì)模板的平面線形、弧度等進(jìn)行復(fù)核。

4）在梁體底模安裝過(guò)程中，嚴(yán)格控制每塊模板的平面線形和標(biāo)高。相鄰模板先采用螺栓臨時(shí)連接固定，在各個(gè)施工節(jié)段的模板安裝完畢后，對(duì)整個(gè)底模的拼裝線形、尺寸、弧度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全斷面測(cè)量。若底模的拼裝線形滿足設(shè)計(jì)要求，就可以對(duì)整個(gè)模板的加固體系進(jìn)行緊固，以滿足箱梁施工過(guò)程中模板支撐體系的整體穩(wěn)定性和安全性[4]。

4.3 箱梁模板表面處理技術(shù)

前海7號(hào)景觀橋?qū)炷恋耐庥^質(zhì)量提出了更高的要求,為了保證混凝土外觀質(zhì)量，在箱梁正式澆筑前，選擇不同的脫模劑進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)選擇優(yōu)質(zhì)的模板漆澆筑出來(lái)的混凝土平整光滑,外觀細(xì)膩,光潔度好,混凝土表干后達(dá)到了親水混凝土的效果。

模板涂刷前要求模板表面無(wú)銹跡、無(wú)油、清潔、干燥，施工時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

1）鋼模板采用角磨機(jī)配鋼絲球進(jìn)行除銹，原則上只需要處理1遍，銹蝕嚴(yán)重的可適當(dāng)增加處理次數(shù)。

2）鋼模板上的油漬可采用除油劑或去污力較強(qiáng)的清潔劑，清洗的工具采用硬質(zhì)的地板刷；

3）涂刷模板漆前需要保持模板的清潔，表面的一些浮塵可采用干海棉擦干凈即可，然后用棉布醮水擦拭模板表面，并用干布擦干即可，上漆時(shí)工人需要帶腳套，以免沾污模板，影響效果。

4）涂刷模板漆前需要保證模板表面的干燥，如果模板表面潮濕，會(huì)造成涂刷模板漆后起泡以及表面沒(méi)有光澤，影響混凝土表面的光潔度。

5 箱梁內(nèi)模施工技術(shù)

由于梁體沿橫向、縱向的高度差異大，采用多次澆筑、分段施工的施工方法可以有效控制梁體施工線形，降低施工難度。梁體縱向節(jié)段混凝土分2次澆筑成型，第一次安裝箱室底板頂模和腹板側(cè)模、第二次安裝箱室頂面底模，內(nèi)模施工應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1）為了保證底板曲面混凝土的澆筑厚度和澆筑質(zhì)量，需要增加底板頂模，模板上預(yù)留混凝土澆筑孔和振搗孔，增設(shè)防底板頂模防上浮的拉桿，模板的澆筑孔和振搗孔安排專人進(jìn)行封堵。

2）由于箱室腹板高度較高，鋼筋和波紋管密集，為了確保腹板混凝土的澆筑及振搗質(zhì)量，通過(guò)在箱室腹板側(cè)模按縱、橫向間距1.5m開(kāi)孔，開(kāi)孔在模板安裝前完成。

3）模板安裝前要檢查模板面是否清理干凈，鋼筋保護(hù)層厚度是否滿足要求、預(yù)應(yīng)力管道是否按要求固定，對(duì)鋼筋有抵觸模板的位置應(yīng)墊混凝土墊塊。

4）由于梁體格室數(shù)量較多，且腹板支模高度隨梁高不斷變化。箱室腹板模板加固完畢之后對(duì)箱室寬度、腹板垂直度進(jìn)行量測(cè)。若出現(xiàn)模板支模不垂直、腹板厚度不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)立即安排人員進(jìn)行調(diào)整。

5）內(nèi)模安裝完畢后，對(duì)照模板設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一次全面檢查，檢查各部位的界面尺寸是否準(zhǔn)確、對(duì)拉螺桿是否牢固。

6 模板的拆除

1）箱室腹板在混凝土強(qiáng)度能保證結(jié)構(gòu)棱角不損壞時(shí)方可拆除，混凝土強(qiáng)度宜為2.5MPa及以上。

2）箱室頂板在混凝土澆筑完畢經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上方可拆除。

3）當(dāng)箱梁預(yù)應(yīng)力張拉完畢，且預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)的漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可拆除梁體底模。

7 結(jié)語(yǔ)

前海7號(hào)景觀橋?yàn)槌髷嗝嫒S空間異形曲面魚(yú)腹式預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁，為了確保梁體的施工質(zhì)量和外觀效果，梁體底模采用鋼模板、箱室內(nèi)采用木模板成功攻克了魚(yú)腹式現(xiàn)澆梁施工的技術(shù)難題，使混凝土梁的外觀質(zhì)量取得了良好效果，同時(shí)對(duì)形狀復(fù)雜的異形曲面模板設(shè)計(jì)與施工具有借鑒意義。