現澆箱梁鋼芯模上浮原因及控制措施研究

車青森， 何志輝， 逯 平

（北京市政二建設工程有限責任公司， 北京 100071）

在現澆箱梁混凝土澆筑過程中，鋼芯模的上浮問題時有發生；輕則導致箱梁頂板混凝土厚度、強度無法達到設計要求，頂板鋼筋保護層厚度不足或缺失；重則導致現澆梁板整體強度與形狀不符合設計與規范要求[1]，工期被拖延，浪費大量人力、財力，因此如何預防鋼芯模上浮，成為現澆箱梁施工的重中之重。

目前對于預制混凝土箱梁鋼芯模上浮原因及控制方法研究較多，但對現澆箱梁鋼芯模上浮原因及控制方法研究極少。雖然兩者上浮的原因類似，但現澆箱梁施工現場情況復雜，往往受線路線形和縱坡的影響，現澆箱梁鋼芯模上浮的控制方法有別于預制箱梁。

本文結合北京軌道交通新機場線一期工程中現澆箱梁的施工經驗，針對控制現澆箱梁鋼芯模上浮問題進行了分析并提出了一套完整的施工工藝。

1 現澆箱梁鋼芯模上浮原因

1.1 上浮特征

鋼芯模在現澆施工中上浮主要的特征表現為箱梁頂板厚度無法達到設計要求，箱梁頂板保護層厚度不足，從而導致箱梁出現表面裂縫；甚至有些箱梁的保護層不存在，鋼筋直接裸露在空氣中，致使梁板無法按設計標準正常投入施工。

1.2 上浮原理

混凝土初凝前是介于液體和固體之間的一種混合狀態。箱梁施工過程中,傾倒混凝土時產生的沖擊力，振搗混凝土時產生的振動力會使混凝土在力的作用下向下流動,從而對限制它流動的物體產生反力。從橫向來說，對外模和鋼芯模產生側壓力；從豎向來說,對鋼芯模產生浮力；從線路縱向來說，若線路縱坡較大，由于混凝土的流動，鋼芯模將沿縱坡方向受到混凝土向下的推力[2]。見圖1。

在沒有其他約束條件下,鋼芯模受到的縱向力主要有自重G 和浮力F,根據力和位移的關系,當F＞G時,鋼芯模就會向上移動。

1.3 上浮原因

1）混凝土澆筑方式不合理

（1）使用底板、腹板與鋼芯模一次性搭建完成后，全斷面澆筑混凝土。此時混凝土在振搗棒的作用下由腹板流向底板，混凝土在澆筑過程中對底板、側模、鋼芯模產生了較大的沖擊力，導致模板微量變形，鋼芯模在混凝土沖擊力的作用下也發生了位移。

（2）混凝土澆筑過程未按規定分層澆筑，同時澆筑速度過快，在振動棒的作用下，混凝土和易性變強，流動性增加，使鋼芯模受到了較大浮力，當所受浮力大于鋼芯模自身的重力和束縛力之和時，發生了豎向位移。

2）混凝土澆筑時坍落度過大

為了方便施工，通常采取一定手段增大混凝土坍落度。坍落度過大，會發生離析，經振搗棒作用后，骨料下落漿體上升，使得模板下方混凝土密度增加。

根據液體浮力公式F浮=ρ液gV排，在混凝土澆筑體積一定的情況下，密度越大，則鋼芯模所承受的浮力越大，越容易產生位移，影響施工質量。

3）未采取有效的固定措施

鋼芯模在澆筑混凝土時受力較復雜，包括：自身重力，澆筑時混凝土的沖擊力，澆筑過程中到混凝土初凝前所產生的浮力。在這些力共同作用下，鋼芯模所受到的合力大于本身的重力，倘若不采取合理的固定措施，必然會影響鋼芯模的穩定性，產生位移。

4）現澆箱梁有縱坡

現澆箱梁施工與預制箱梁的最大區別在于：預制箱梁在預制廠內的臺座上澆筑，均為經過處理的地基，場地相對較平整；而現澆箱梁在支架上現澆，受線路影響較大，多數情況下有一定縱坡，本工程縱向坡度最大處達3%，箱梁澆筑時鋼芯模可能上浮并發生縱向移動，影響結構尺寸，使得現澆箱梁無法滿足設計要求。

5）鋼芯模固定措施拆除過早

頂板混凝土澆筑，尚未完成初凝之前，如果鋼芯模固定措施過早移除，必然發生上浮。

2 控制現澆箱梁鋼芯模上浮的措施

1）采用合理的混凝土澆筑方式

（1）分層澆筑混凝土，通過計算得出每次澆筑混凝土鋼芯模所增加的浮力，合理規劃分層厚度，控制每次澆筑厚度不超過30 cm。

（2）減弱混凝土澆筑時的橫向沖擊力對鋼芯模影響，控制澆筑速度不要過快，在保證兩層混凝土的澆筑間隔時間不大于初凝時間的前提下，盡可能放慢澆筑速度。

（3）下料口的高度，盡可能降低。

（4）振搗時間不宜過長，看到混凝土表面開始泛漿，有少量氣泡冒出即可。

（5）一次澆筑完成，縱向從低到高，橫向對稱澆筑。

2）嚴格控制混凝土坍落度

混凝土澆筑前應在澆筑地點現場取樣，嚴格開展混凝土坍落度試驗，確保澆筑使用的混凝土坍落度與和易性滿足設計要求。防止過度振搗，采用泵送混凝土，坍落度控制在180～220 mm[3]。

3）采取有效的固定措施

根據以往驗，研究出一套既能防止現澆箱梁鋼芯模上浮，又能解決縱向移動風險的方法。

（1）抗浮裝置。現澆箱梁鋼模板采用滿堂腳手架支撐；腳手架頂部的外模板包括底模板和側模板，底模板與手架之間設置有多道橫向的底梁[4]，側模板的頂面設置有橫向的壓杠[5]；壓杠和底梁的兩端均伸出側模板，外露端用鋼絲繩連接；鋼芯模與外模板之間安裝鋼筋網片，鋼芯模底部設置多根豎向鋼筋進行支撐，豎向鋼筋底端焊接在鋼筋網片上，頂端抵接在鋼芯模的底面；鋼芯模的上表面與壓杠之間設置有支撐架，支撐架的頂端固接有向上伸出的一對限位環，壓杠安裝在一對限位環之間。見圖2。

（2）限位裝置。將支撐架擺放在鋼芯模的頂部，然后將壓杠卡放在支撐架的限位環內，最后將壓杠和底梁拉接。壓杠與底梁拉接后，壓杠的高度固定，壓杠底部支撐架將鋼芯模進行高度上的限位，從而防止鋼芯模上浮。混凝土澆筑完成后，拆除壓杠和底梁即可，支撐架留在箱梁的頂板內，節省了大量的時間。限位環一方面可以作為把手或吊耳，方便了支撐架的安裝；另一方面，一對限位環卡在壓杠的兩側，能夠有效防止芯模發生縱向位移。見圖3。

圖3 限位裝置安裝

卡位鋼筋使得支撐架與頂板的鋼筋更好地結合成整體，結構更加穩固，從而防止芯模發生縱向位移。

（3）鋼芯模排氣口。為了減小混凝土澆筑時對鋼芯模底部的壓力，避免上浮，在鋼芯模底板上間隔設置有多個排氣口。排氣口上安裝有可拆卸的箱盒，箱盒的底面與鋼芯模底板的底面齊平，將排氣口封閉，排氣口周邊設置豎向連接板，連接板的底部與底板焊接，箱盒包括盒底板和盒側板，盒底板與排氣口的大小相匹配；盒側板和連接板上開設有銷孔，銷桿插入銷孔后將箱盒固定在芯模的底板上。見圖4。

圖4 鋼芯模排氣口

澆筑混凝土時先將排氣口打開，方便外模板與鋼芯模之間的空氣排出，使混凝土在模板夾層內的流動更加快速均勻，多個支撐架能夠同時受力，增加施工過程中模板系統的穩定性；當觀察到混凝土已經到達鋼芯模底板的高度時，將排氣口封閉；排氣口的設置也可以作為振搗口，防止了箱梁的底板因混凝土振搗不實造成質量問題。

3 結論

根據北京軌道交通新機場線一期工程中現澆箱梁的施工經驗，提出了一套控制現澆箱梁鋼芯模上浮的施工方法。實踐證明，該方法能夠有效控制橋梁施工中現澆箱梁鋼芯模上浮問題。采用該方法施工的144 跨現澆箱梁，橋面板厚度和橋面標高偏差均在規范允許范圍內，無上浮現象發生，保證了施工質量，縮短了工期。□■