變截面U箱組合梁節段預制液壓模板的設計與應用

林 兵 王軍艦 茹啟江 陳 琳

中建三局基礎設施建設投資有限公司 湖北 武漢 430073

隨著城市的快速發展，人們對交通的需求，特別是快速交通的需求日益增長，因此，軌道交通受到越來越多的青睞。軌道交通在跨既有交通路口施工時，面臨較大的交通紓解、保證行人車輛安全的壓力。基于此，節段預制懸臂拼裝箱梁應運而生。

預制懸臂拼裝箱梁，即箱梁結構在預制梁廠采用短線法分節段預制，然后運輸至現場懸臂拼裝張拉形成預應力成橋。

短線法節段預制、懸臂拼裝箱梁具有如下優點：預制模板體系相對占地少，節約場地；節段梁預制質量易于保證；相較于現澆梁，節段提前預制，懸臂拼裝成橋，可以節省工期；相較現澆梁，節段預制在城郊完成，對城區無噪聲污染；短線法節段預制梁的截面適應性更強。

1 工程概況

某工程線路總長6.722 km，其中跨既有路口處均采用預制懸拼連續梁施工工藝，線路共有6聯預制懸拼連續梁，其中（30.0＋50.0＋30.0） m有2聯，（37.5＋60.0＋37.5） m有3聯，（40.0＋65.0＋40.0） m有1聯。連續梁采用變截面U箱組合結構形式，上部為雙U形下部為雙箱室的結構，且箱室邊腹板為斜腹板結構，箱梁底板呈二次拋物線形式變化，此種梁形具有強度高、質量輕、線形優美等特點[1]。

跨既有路口連續梁采用短線法預制懸臂拼裝施工，即將每聯橋進行縱向分塊，標準節段縱向分塊長度為2.5、3.0、3.5 m。節段梁在梁場預制后，運輸至現場用懸拼吊機吊裝至橋位后張拉預應力成橋。

“上部雙U下部雙箱室”變截面節段梁施工工藝在國內應用尚少，相對于傳統截面梁形，該梁形每個節段梁具有不同的平、豎曲線，致使梁形變化比較大，傳統的鋼模板無法做到變截面的要求，因此，該工程根據梁形特點設計了一套液壓鋼模板，針對不同節段、不同截面特點，及時調整各部位尺寸，以滿足線形要求[2]。

2 液壓模板設計

短線法制梁即每個節段梁均在同—個特制的模板內澆筑，模板一端為固定端模，另一端為已澆筑節段的匹配節段，通過調整特制模板獲得設計所給的平、豎曲線線形的一種施工方法[3-6]。

該工程中節段梁預制采用三維液壓模板，該模板由固定端模、側模及其背架、底模及底模小車、內模及液壓桁架等部分組成。

2.1 固定端模

固定端模由端模桁架和端模模板2部分組成，其中端模桁架由立柱、斜撐、爬梯、工作平臺、防護爬梯、連接座構成。端模模板由厚12 mm鋼板制成。桁架立柱通過連接板與梁場地基預埋的鋼板焊接固定成為整體。端模模板設置可拆卸波紋管定位銷及螺栓連接可拆卸式剪力鍵。固定端模分為永久部分和可拆卸部分，根據節段梁高度不同，拆卸不同高度的可拆卸部分以匹配不同的節段。固定端模如圖1所示。

圖1 固定端模正立面

2.2 底模及底模小車系統

底模由底模模板、底模支撐架、底模小車系統、液壓系統、防滑機構、調坡機構等構件組成（圖2）。其中，底模模板分為底模通用塊（4.90 m）、底模調寬塊，底模支撐架由標準高度支撐架（1.23 m）、加高支架組成，底模小車系統由臺車底盤、上部結構、高度調節油缸、水平調節油缸、驅動馬達及連接螺栓組成。

圖2 底模及底模小車系統橫斷面

以主跨65 m的節段梁為例，介紹底模及底模小車系統。根據節段梁底板寬度設置不同的底模寬度，其中，底模通用塊可通用于不同跨徑的節段梁，通過調寬塊調節寬度形成不同平曲線來適應不同的節段梁，通過調整底模支撐架實現豎曲拋物線的變化，通過調坡機構調節底模坡度的變化，通過調節通用模支架4個支腿的絲桿來實現底模水平高微調。

2.3 外側模系統

外側模系統由外模、外模桁架、底桁架、工作平臺、可調端頭節、各微調絲桿、活動滴水槽、脫模油缸、平移油缸組成（圖3）。外模模板采用厚8 mm鋼板制成，背部由12#槽鋼作為背楞，底部桁架結構為雙拼20#槽鋼焊接而成的方鋼。整套外模設置2個平移油缸、6個脫模油缸，便于外側模的平行移動及脫模。

圖3 外側模正立面

為適應曲線節段梁空間位置不規則情況，外模可通過水平微調絲桿、平移微調絲桿、縱移微調絲桿對外模的空間位置進行調整，用以滿足不同梁段施工。平移油缸可將外模相對固定端模桁架沿縱向移動1 m，用以滿足2.5～3.5 m長度的節段梁施工。匹配梁段與外模搭接時，若無法緊密貼合，則用可調端頭節上的絲桿實現頂緊。

外側模在施工過程中需注意如下事項：外模位置調整好后脫模油缸及平移油缸均不得受力，脫模前必須先拆除滴水槽，外模底部、頂部均需要設置φ25 mm的精軋螺紋鋼進行橫向對拉。

2.4 U形內模

U形內模由內模一、內模二、內模三、底撐桿、頂部桁架、底剪刀撐、側剪刀撐、油缸、泵站、高度微調裝置等構成（圖4）。

圖4 U形內模正立面

其中內模一為厚6 mm鋼板，內模二、內模三為背架結構，由槽鋼及工字鋼組成。油缸控制撐桿對內模板進行開閉，由油缸拉動絲桿在桁架進行部分角度旋轉，從而實現合模與拆模。內模的高度及橫向位置可通過高度調節裝置調整，此微調裝置也可帶動模板橫向移動。

在固定端模、底模及外側模調整到位后，利用梁場內部20 t龍門吊將鋼筋骨架由胎架位置吊裝至模板內，驗收合格后，將整套U形內模吊裝至鋼筋骨架上部進行合模，待監理驗收通過后進行混凝土澆筑。

3 模板液壓系統設計

此套變截面U箱組合梁液壓模板底模使用頻率遠大于其他部位，為加快制梁速度，提高模板周轉使用率，采用“一配三”的配模方式進行施工，即一套外側模配三套底模使用。

三套底模一套用于澆筑節段，一套用于匹配節段，另一套在場內根據節段梁標高組裝完畢，待澆筑節段移動至匹配節段位置后，將已使用的底模用龍門吊吊出，將組裝好的底模整體吊入進行合模。

3.1 底模液壓系統設計

節段梁的預制速度主要取決于底模的周轉速度。為確保工期和施工質量，將底模下部小車設計成液壓傳動行走系統。底模小車包括臺車底盤、上部結構、高度調節油缸、水平調節油缸、驅動馬達系統（圖5）。

圖5 底模小車立面

底模小車系統僅用于已澆筑節段的移動，不得用于待澆梁段底模支撐使用，且移動過程中啟動要緩慢，防止慣性導致節段梁傾覆。底模小車的移動增加了匹配精度和底模更換的靈活程度。

3.2 內模液壓設計

內模有8套油缸對模板進行控制，油缸頂部通過螺栓固定于桁架上，底部通過螺栓與內模二、內模三相連。拆模過程中先松動底部撐桿，泵站帶動2套油缸間的夾角變小，油缸帶動內模二、內模三，使其從混凝土表面脫離，實現拆模過程。

3.3 外側模液壓設計

外側模開合同樣采用全液壓控制，由控制柜來控制油缸，進而控制側模的開合。拆模過程中通過側模背架上的脫模油缸作用于與之相連的撐桿及桁架結構，實現部分角度旋轉，從而使模板與混凝土脫離。在側模開合過程中應均勻施力，以免擾動已精調好的匹配梁或者固定端模的軸線。

4 應用效果

某工程已通過使用此種模板預制節段梁近200片，并完成現場懸拼施工。應用此項技術后，該工程在短線法預制梁施工方面節省了大量鋼材模板成本，進而提高了鋼模板的利用率，符合“精益建造”的施工理念。

該工程通過使用預制液壓模板，避免了頻繁拆卸模板的煩瑣施工步驟，減少了施工人員，加快了制梁進度，提高了制梁工效。同時，使用該種模板預制的節段梁梁形標準，成品質量好，外形美觀。由于其底模匹配精度高，預制梁底部線形控制精準，更利于在梁場存梁臺存放。

通過該種液壓預制模板預制的節段梁運送至現場后，在進行懸臂拼裝時匹配面吻合度高，節段梁節段標高、軸線等偏差較小，剪力鍵位置吻合，使得拼裝工程順利進行，工程按時交付。

5 結語

本文以某工程短線法預制變截面U箱組合節段梁模板為工程實例，詳細論述了“雙U＋雙箱室”組合的變截面節段梁的模板設計及調控工藝。實踐表明，采用該模板系統，提升了模板利用效率，提高了制梁工效，保證了預制梁成品外觀質量，應用效果良好，可進一步推進節段梁液壓預制模板在施工中的廣泛使用。