電動滑模無拉桿整體通涵墻身澆筑模板臺車

譚 強，肖 堯

（中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530031）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家基礎(chǔ)交通項目的建設(shè)越來越深入，高等級公路逐步向重丘和山嶺區(qū)延伸，山區(qū)高速公路通道、涵洞墻身的施工也越來越多［1］。其中，無拉桿模板技術(shù)具有操作方便、施工安全、快速經(jīng)濟(jì)等特點，有利于提高橋梁橋墩的施工質(zhì)量，因此在橋梁工程的施工中被廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對無拉桿技術(shù)已經(jīng)有了不少研究，如何李等［2］結(jié)合泗許項目涵洞墻身無拉桿施工實例，簡要介紹了無拉桿施工模板支撐體系及其受力計算，同時在模板移動中采用了整體推模技術(shù)；劉安吉［3］基于隧道二襯臺車施工工藝并結(jié)合涵洞施工特點，改裝制作涵洞臺車，該臺車由鋼結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成，能實現(xiàn)涵洞模板支模、關(guān)模、加固自動化，安裝方便，操作簡單，省工省時，節(jié)約施工成本，減輕勞動強度；蘇成［4］針對傳統(tǒng)涵洞涵身模板安裝施工技術(shù)費工費時的問題，從平面設(shè)計理論入手，提出條塊狀結(jié)構(gòu)物沉箱、滑模施工技術(shù)，并通過工程實踐證明，對此技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)可降低施工成本，提高結(jié)構(gòu)物外觀質(zhì)量；周建華等［5］介紹了蘇通大橋采用無拉桿箱施工的工藝；吳迎新介紹涵洞施工特點，重點分析涵身內(nèi)?；＜氨衬？焖倨囱b工藝，展望了涵洞施工工藝拓展空間及需進(jìn)一步研究的問題。本文不僅僅對模板的支撐體系進(jìn)行介紹，還對電動無拉桿涵洞臺車的各結(jié)構(gòu)組成部件進(jìn)行闡述，系統(tǒng)分析臺車各部件的基本情況及使用功能，進(jìn)而通過使用該臺車解決涵洞現(xiàn)澆墻身施工速度緩慢和機(jī)械化、智能化程度低的問題。

1 工程概況

廣西荔浦至玉林高速公路土建工程某標(biāo)段全長16.166km，需要進(jìn)行現(xiàn)澆施工有39道，其中4×3蓋板涵14道、4×3.5蓋板通道12道、6×5蓋板通道13道。通涵現(xiàn)澆工程量大，如果利用常規(guī)鋼管支架與平面模板組合方式進(jìn)行墻身施工，施工速度緩慢，墻身的縱橫向接縫多、錯臺大，嚴(yán)重影響涵洞外觀；且不可避免地存在拉桿孔周邊不密實、露砂及拉桿孔滲漏水現(xiàn)象，需要耗費大量的人工對錯臺進(jìn)行打磨并對拉桿孔的堵塞、防水進(jìn)行處理。采用無拉桿整體式模板臺車進(jìn)行涵洞墻身施工，可以有效避免涵洞墻身拉桿孔滲水、模板拼縫、施工錯臺等難題，減少混凝土色差，保證涵洞墻身的平整度及工程實體質(zhì)量，確?；炷翂ι韮?nèi)實外美［6－8］。

2 電動滑模無拉桿模板臺車的應(yīng)用

目前，國內(nèi)蓋板涵施工以傳統(tǒng)的模板體系為主，面板采用平面鋼模板拼接而成，為增加模板剛度，模板后方采用鋼管作加強肋，根據(jù)墻身的高度和厚度在鋼管加強肋處設(shè)置間距80～100mm的穿芯對拉螺桿，將模板連成整體。此工藝的缺陷是：如果鋼管加強肋間距過大，會造成模板剛度不足，使墻面出現(xiàn)“鼓肚”現(xiàn)象，存在脹模的風(fēng)險；為增加面板剛度，就要縮小鋼管加強肋的間距，增加穿芯對拉螺桿的數(shù)量，這樣在拆模后墻身表面會存在大量的拉桿孔或拉桿頭，拉桿孔周圍極易出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，且拉桿孔封堵處理后墻面不美觀［9－11］。電動無拉桿整體式涵洞模板臺車采用大塊的不銹鋼模板整體拼裝、焊接、打磨而成，施工后整個墻身沒有拉桿眼，臺車配備相應(yīng)的軌道行走系統(tǒng)，可以解決其移動的問題。該臺車首先在廣西河池至百色高速公路中首次應(yīng)用，然后在貴州劍河至榕江高速得到進(jìn)一步推廣，并在廣西荔浦至玉林高速公路中得到大面積的應(yīng)用及全線推廣。

3 模板臺車的結(jié)構(gòu)組成

電動無拉桿模板臺車根據(jù)涵洞墻身結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行模板設(shè)計，單節(jié)墻身采用獨立模板，模板支撐加固采用剛性支撐體系。內(nèi)模采用定制的可調(diào)節(jié)伸縮式鋼管架進(jìn)行支撐加固，外模在模板兩端用雙拼工字鋼加高強對拉螺桿進(jìn)行加固。模板內(nèi)無需再增加加固螺桿，整個模板表面為一個整體，使得涵洞墻身外觀質(zhì)量好；模板拼裝快速簡便，提高了施工效率。臺車主要由模板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、加固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。

3.1 模板系統(tǒng)

6m一節(jié)的電動無拉桿整體式涵洞模板臺車總重約28t，其中內(nèi)側(cè)模板7t，外側(cè)模板6t，其他部件2t。內(nèi)側(cè)墻身模板采用5mm普通鋼板與1mm不銹鋼板組合而成，先拼裝成長6.3m、高2.5m兩塊模板后，再整體拼裝焊接成長6.3m、高5m的整體式定型大面模板。

為確保模板不變形，在模板后側(cè)增加了桁架式型鋼背楞以加強模板的整體剛度，即采用6道I20工字鋼橫向背楞和3道I25工字鋼豎向背楞進(jìn)行加固，3條縱向背楞再分別加一道加勁梁，這樣可以有效平均分配混凝土澆筑過程中的橫向側(cè)壓力及混凝土沖擊力，進(jìn)一步保證模板的剛度，橫向背楞與縱向背楞采用精軋螺紋鋼栓接成一個整體，可整體吊裝，也可拆卸運輸，拼裝完成后的模板大面平整度及模板間錯臺均小于1mm［12－15］。模板實物如圖1所示。

圖1 模板實物

3.2 支撐系統(tǒng)

利用三角支撐式穩(wěn)定性高的力學(xué)原理，采用型鋼或鋼管焊接成支架，支撐系統(tǒng)主要設(shè)置3層。1層為鋼管頂托托架層，主要用于放置可移動的鋼管頂托，便于根據(jù)內(nèi)側(cè)模板的背楞位置放置頂托；2層為施工平臺層，鋪設(shè)適合施工作業(yè)條件的底板即可進(jìn)行作業(yè)，并且設(shè)置裝配式的護(hù)欄，保證作業(yè)人員的安全，防止高處墜落；3層為模板起吊層，設(shè)置成桁架的型式以對稱地進(jìn)行模板的起吊，避免因出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象導(dǎo)致支撐體系損壞。支撐體系如圖2所示。

圖2 臺車支撐體系

3.3 加固系統(tǒng)

在支架系統(tǒng)上設(shè)置可調(diào)節(jié)的頂托，對墻身內(nèi)側(cè)的2塊模板進(jìn)行加固，頂托采用2塊內(nèi)側(cè)模板間對頂?shù)姆绞竭M(jìn)行限位對撐，傳力順序依次為混凝土澆筑、模板、背楞、頂托墊板、精軋螺紋鋼頂托頭、頂托主體鋼管、精軋螺紋鋼頂托頭、頂托墊板、背楞、模板。

外側(cè)模板與內(nèi)側(cè)模板的加固采用三層體系，當(dāng)涵洞墻身（含臺帽）小于5m時，底部不再設(shè)拉桿，僅依靠模板自身的剛度及中、上部連接就足以抵抗施工荷載引起的變形及移位。中部采用3個內(nèi)側(cè)頂托進(jìn)行加固限位，不需要設(shè)置拉桿；頂部采用高于墻身的A25精軋螺紋鋼對拉螺栓進(jìn)行連接，不需要在墻身范圍設(shè)置拉桿。對于端頭，同樣采用高強對拉螺栓進(jìn)行連接，在豎向上間距為1.0m，并在端頭處設(shè)置端頭板的限位加固裝置，避免發(fā)生事故時端頭模板出現(xiàn)移位，造成沉降縫錯位。

支撐體系與內(nèi)側(cè)大塊模板之間使用合葉式栓接，開啟、關(guān)閉方便，可以使支撐體系與模板迅速分離，便于快速移動模板及吊運。臺車加固體系如圖3所示。

3.4 行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)主要由軌道鋼、主動電機(jī)、從動輪組合而成，安全、快速、輕便。提升系統(tǒng)主要由同步工作的電葫蘆、型鋼組成。

圖3 臺車加固體系

行走、提升系統(tǒng)及工作平臺臺車的核心支架采用4根A20的鋼管配以數(shù)根工字鋼焊接而成，核心支架與行走電機(jī)連接成一個整體，放置在鋼軌道上組成行走系統(tǒng)；頂端垂直于涵洞縱向焊接2根在端部懸掛電動葫蘆的A20橫向鋼管，作為提升系統(tǒng)的受力構(gòu)件，將電葫蘆掛在置于受力構(gòu)件上的型鋼上，便可以進(jìn)行移模作業(yè)。

模板行走時，掛在頂部桁架式橫梁上的電葫蘆將模板調(diào)離地面10～20cm，通過設(shè)置的滑輪及定型鋼軌道行走，與龍門吊的行走系統(tǒng)類似，行走時保持低速、勻速，一般5min左右可移動6m。通常0.5～1h可將模板全部移動完成，加固、檢查一般為1～2h左右，1d可完成一段墻身混凝土澆筑，然后啟動行走系統(tǒng)，將模板移動至即將施工的下一節(jié)墻身。

3.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用電動控制方式，行走時保持低速、勻速，斷電即可鎖軌停止，不再另行設(shè)置鎖軌器，安全系數(shù)高。

4 應(yīng)用前景

項目使用的模板臺車，除面板需要加工外，其他的材料均利用原有的材料；使型鋼、鋼管的周轉(zhuǎn)次數(shù)增多，減少了施工成本的投入；電動無拉桿模板臺車的模板系統(tǒng)拼裝一次成型、循環(huán)使用、轉(zhuǎn)運便捷；該工藝人工投入少、施工效率高，大大減少了鋼管支架的搭設(shè)量，安全標(biāo)準(zhǔn)化更高，且在模板移動過程中不需要使用其余起吊設(shè)備。

以一道跨徑6m、凈高5m、長60m的正交涵洞為例，采用傳統(tǒng)施工工藝與電動無拉桿模板臺車施工工藝的對比見表1、2。

通過表1、2可知，采用電動無拉桿整體式模板臺車可以節(jié)約成本近145萬元，占項目全部通涵工程分包成本（950萬元）的15.2%。電動無拉桿式整體模板臺車的推廣應(yīng)用提高了施工效率，混凝土外觀質(zhì)量好，施工速度快，減少了人工和機(jī)械設(shè)備的投入，有效降低了施工成本，施工質(zhì)量也得到了較大幅度的提升。

表1 傳統(tǒng)施工工藝與電動無拉桿模板臺車施工進(jìn)度對比

表2 傳統(tǒng)施工工藝與電動無拉桿模板臺車工藝經(jīng)濟(jì)對比

5 結(jié) 語

通過對傳統(tǒng)模板體系進(jìn)行總結(jié)改進(jìn)，充分考慮實用性能，設(shè)計出了電動滑模無拉桿整體通涵墻身澆筑模板臺車，克服了以往涵洞施工有拉桿施工混凝土外觀質(zhì)量的缺陷及不便于移動的問題。模板臺車在本項目的成功應(yīng)用，使施工效率及施工質(zhì)量都得到質(zhì)的飛越，用最小的成本做到了最好的品質(zhì)，而且外觀質(zhì)量好、安全系數(shù)高，對于打造高品質(zhì)工程具有重要的意義；在保證工程質(zhì)量滿足要求的前提下，降低了工程造價，推動了行業(yè)科技創(chuàng)新，是對國家新形勢下踐行可持續(xù)發(fā)展、綠色施工、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的積極響應(yīng)，降低了社會能源的消耗，符合目前“節(jié)能減排”的趨勢及節(jié)約環(huán)保的理念。后續(xù)可以通過對其行走系統(tǒng)及安全系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，設(shè)計成為帶有滾軸、自鎖系統(tǒng)及軟件控制的形式，使其機(jī)械化、智能化程度進(jìn)一步提高。