預(yù)制箱梁新型自行開合式液壓模板應(yīng)用研究

范曉云，申鐵軍

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

0 引 言

隨著橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，箱梁施工工藝已步入標(biāo)準(zhǔn)化施工。傳統(tǒng)混凝土箱梁的制梁模板多為拼裝式，即主要采用組合鋼模散拼裝的方式進(jìn)行施工，采用拼裝式模板的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)、制造較方便，成本較低。但也存在許多缺點(diǎn)，如人工拆除模板比較困難，來回倒運(yùn)拼裝時(shí)間較長(zhǎng)既費(fèi)時(shí)費(fèi)力工人勞動(dòng)強(qiáng)度又大，這種施工內(nèi)、外模拼裝進(jìn)度均不利于箱梁施工進(jìn)度及施工成本。而模板系統(tǒng)采用先進(jìn)的液壓系統(tǒng)，不但降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也大大提高了生產(chǎn)效率。

1 箱梁液壓模板總體組成

箱梁液壓模板主要由整體式外模、拼裝式內(nèi)模、底模板、端模板、行走軌道、橫移臺(tái)車及液壓系統(tǒng)組成。

2 底模

(1)底模由型鋼骨架與8 mm厚鋼板兩部分組成，在兩端1.35 m處設(shè)有便于運(yùn)梁的吊裝口，箱梁模板均采用鋼模板，具有增加倒用次數(shù)、提高梁體表面光潔度、以及保證梁體尺寸等優(yōu)點(diǎn)。

(2)底模布設(shè)在預(yù)制箱梁臺(tái)座上，底模安裝時(shí)按設(shè)計(jì)要求設(shè)置預(yù)拱度，預(yù)制臺(tái)座高度按照設(shè)計(jì)高度進(jìn)行施作，確保臺(tái)座頂面高出硬化后的場(chǎng)地50 cm，在臺(tái)座內(nèi)按照設(shè)計(jì)預(yù)留拉筋孔道，在混凝土臺(tái)座兩側(cè)按照設(shè)計(jì)位置埋設(shè)箱梁行走導(dǎo)軌。

3 外模及其支撐系統(tǒng)、行走系統(tǒng)

3.1 外模

采用6 mm厚的不銹鋼復(fù)合板，具有減少模板清理等輔助時(shí)間、不易生銹與粘灰、提高作業(yè)效率等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)箱梁橫隔板處的外模采取單獨(dú)設(shè)計(jì)，尤其對(duì)斜交梁，需更換對(duì)應(yīng)模板，為保證鋼筋籠的直接快速吊裝到位，隔墻封板需特殊設(shè)計(jì)。

3.2 外模支撐系統(tǒng)

支撐主材采用125H型鋼，聯(lián)接系采用80型方管、100型槽鋼等型材，面板筋肋采用槽鋼80，目的是方便外模的縱向移動(dòng)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。

3.3 外模行走系統(tǒng)

外模液壓及行走系統(tǒng)包括：液壓頂升油缸、開模油缸、液壓泵站、控制系統(tǒng)、縱移驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等。單側(cè)配置的執(zhí)行元件分別為頂升油缸四個(gè)、馬達(dá)四個(gè)、開模油缸四件，其中頂升行程100 mm，用于實(shí)現(xiàn)模板的高低調(diào)整；開模油缸行程為400 mm，以滿足模板與外伸鋼筋不干涉的要求。液壓泵站系統(tǒng)額定壓力按16 MPa設(shè)計(jì)。每套外模共設(shè)2個(gè)液壓泵站，每側(cè)模板配1個(gè)，給油缸與馬達(dá)提供動(dòng)力來源。油缸既能單獨(dú)動(dòng)作也能同時(shí)控制。

3.4 外模安裝及工作

為保證側(cè)模板在使用過程中快捷方便。先對(duì)側(cè)模軌道進(jìn)行測(cè)量，高差嚴(yán)重處應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

(1)將頂升油缸、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置安裝到位，將移模小車按圖紙組拼完成。

(2)除移模小車上的支架外，其它支架用地腳支撐支承于地面。按分塊將模板支架與模板連接成整體，然后按圖紙位置從中間向兩邊依次安裝，最后將所有模板連接成整體。

(3)安裝支架背面桁架。注意，先采用螺栓把支架背面桁架連接到支架上，安裝完成并且進(jìn)行模板調(diào)整，檢驗(yàn)合格后方能將桁架與支架焊接成整體。安裝翼緣擋板、上下對(duì)拉槽杠件及平臺(tái)等。

(4)安裝相應(yīng)的液壓壓泵站、側(cè)模平移油缸及相應(yīng)液壓管路與其操作閥。

(5)調(diào)整側(cè)模

①首先操作頂升液壓油缸對(duì)側(cè)模整體標(biāo)高進(jìn)行粗調(diào)。要比理論數(shù)據(jù)低3～4 mm，保證腹板模板的傾斜度符合技術(shù)要求。操作平移油缸將側(cè)模向內(nèi)移動(dòng)，通過測(cè)量確保兩側(cè)模到模板中心線的距離達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求。

②然后通過支架下部的地腳支撐和頂升油缸對(duì)模板標(biāo)高進(jìn)行精確調(diào)整，此時(shí)底模應(yīng)與側(cè)模下部接觸。

③通過下對(duì)拉桿使兩側(cè)側(cè)模把底模夾緊，安裝頂托。

④側(cè)模調(diào)整完成后應(yīng)保證側(cè)模標(biāo)高、腹板傾斜度、側(cè)模直線度、側(cè)模與底模間拼縫質(zhì)量等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到施工要求，在模板表面涂刷脫模劑之類的涂料。

(6)側(cè)模脫模和縱移。

①拆除模板上下拉桿。將側(cè)模全部地腳支撐松開，向上托起，然后用鋼筋將支撐定位，使其不會(huì)落下。此時(shí)側(cè)模整體由移模小車液壓千斤頂承截。

②操作模板液壓系統(tǒng)，使頂升油缸回縮，側(cè)模整體下降，直到車輪接觸到軌道。接著繼續(xù)回縮油缸，直至全部收完所有行程。此時(shí)側(cè)模整體由車輪承截。

③操作模板液壓系統(tǒng)，平移油缸伸出，側(cè)模整體向外移動(dòng)420 mm。

④操作電控系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使側(cè)模整體縱向移動(dòng)，直至下一個(gè)箱梁工作臺(tái)位。

⑤按以上步驟在下一個(gè)箱梁臺(tái)位再次制梁，依次重復(fù)循環(huán)。

4 內(nèi)模及其液壓系統(tǒng)

4.1 內(nèi)模

內(nèi)模面板5 mm厚，中間標(biāo)準(zhǔn)段為液壓操作式，兩端為機(jī)械支撐式?？紤]到箱梁內(nèi)腔尺寸很小，特別是在梁端，不僅變截面，而且尺寸小，同時(shí)變化按厚度較大，達(dá)到120 mm。給實(shí)現(xiàn)內(nèi)模自動(dòng)化增加了難度，為減少內(nèi)腔模板操作的難度，將內(nèi)腔標(biāo)準(zhǔn)尺寸處的模板設(shè)計(jì)成液壓式，在端部與變化段設(shè)計(jì)成散支散拆式，這樣不但能減少人在內(nèi)腔的操作強(qiáng)度，提高工效，而且能節(jié)約成本，同時(shí)為操作工人進(jìn)入內(nèi)腔作業(yè)提供一個(gè)操作通道。

4.2 內(nèi)模液壓系統(tǒng)

內(nèi)模液壓系統(tǒng)由升降油缸與控制系統(tǒng)、收模油缸、液壓泵站組成。液壓泵站系統(tǒng)額定壓力為16 MPa，為獨(dú)立外置式。

4.3 內(nèi)模的安裝

首先，在組拼架上完成箱梁內(nèi)模的安裝，模板液壓管路及油缸的安裝，將安裝完成的箱梁內(nèi)模吊至組拼架上，通過模板液壓系統(tǒng)的操作使組拼架定位桿件與模板貼合，然后對(duì)幾何尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。然后，安裝其它構(gòu)件，如蓋板鉤板及背楞、頂蓋板、定位夾板、頂部支撐等。用寬膠帶將內(nèi)模所有拼縫處粘貼起來(所有檢驗(yàn)完成合格后)，以避免拼縫處局部可能出現(xiàn)的漏漿情況。最后，通過龍門吊吊入外模(待底板鋼筋安裝完畢后)內(nèi)。

4.4 內(nèi)模脫模

首先，將兩側(cè)端頭部分的模板拆除(采用人工散拆的方式)，拆除下角模上旋轉(zhuǎn)限位裝置中外側(cè)的定位裝置及標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)部的所有機(jī)械支撐、各段間的連接螺栓。然后，將內(nèi)模液壓接頭、操作閥組與液壓泵站連接完成，然后操作液壓系統(tǒng)，使內(nèi)模向內(nèi)收縮直至達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。收模過程分兩步：旋轉(zhuǎn)收模、平移收模，再將內(nèi)模拖出梁體，為使內(nèi)模保持水平且最大外形尺寸小于梁體端頭部分的內(nèi)腔尺寸，需要通過液壓系統(tǒng)依次調(diào)整前、中、后三個(gè)頂升油缸(當(dāng)模板前端行走至內(nèi)腔底板變截面處時(shí))，為使內(nèi)模移出梁體后順利地行走到組拼架上，將內(nèi)模組拼架安置在箱梁端，以便下道工序的吊裝復(fù)位。依次將各段箱梁內(nèi)模拖出梁體內(nèi)腔。最后人工將下蓋板及頂蓋板拆出梁體內(nèi)腔。

5 端 模

正交梁施工，每套模板配置二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)端模，斜交梁的種類配置相應(yīng)端模(采用底包端、側(cè)包端形式)。采用一套固定裝置來定位端模以保證端模在模板中的位置，對(duì)端模進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，為保證端模與已綁鋼筋籠能快速合模，以滿足快速拆裝與對(duì)位。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

以山西省晉城市國(guó)家風(fēng)景道旅游公路項(xiàng)目預(yù)制25 m箱梁為例，箱梁總量為430片，對(duì)使用傳統(tǒng)的節(jié)塊拼裝模板和使用新型整體式液壓模板兩種施工工藝產(chǎn)生的費(fèi)用進(jìn)行分析得出：采用液壓模板施工技術(shù)，人工費(fèi)用占普通箱梁模板人工費(fèi)的20.5%。由于液壓箱梁模板內(nèi)模采用抽拉式下翻模板，與普通箱梁模板一致，故在工藝成本分析時(shí)僅考慮外模的直接費(fèi)。雖然液壓箱梁模板在使用周轉(zhuǎn)次數(shù)方面要高于普通箱梁模板，但就本建設(shè)項(xiàng)目而論，其周轉(zhuǎn)次數(shù)都為430/4=108片，故在成本分析時(shí)僅考慮其殘值費(fèi)用適當(dāng)提高。

6.1 模板成本分析

(1)普通箱梁模板費(fèi)用計(jì)算

①1套外模費(fèi)用(周轉(zhuǎn)次數(shù)108片/套)：

14 t/套×1套×6 700元/t=9.38萬元

②模板殘值：

14 t×6 700元/t×40%=37 520元

93 800元-37 520元=56 280元。每片梁攤銷56 280/108=521元。

(2)自行式液壓箱梁模板費(fèi)用計(jì)算

①1套外模費(fèi)用(周轉(zhuǎn)次數(shù)108片/套)：

(外模液壓費(fèi)用+外模費(fèi)用)=(70 000元+22 t×6 700元/t)=21.74萬元；

②模板余值：70 000×50%+22 t×6 700元/t×50%=108 700元；

217 400元-108 700元=108 700元，每片梁攤銷108 700/108=1 006元

6.2 工效費(fèi)用分析：

(1)普通箱梁模板安裝和拆卸人工費(fèi)用(按預(yù)制430片梁計(jì)算)：

(4人×4 h+4人×3 h)÷(8 h×人/工日)×200元/工日×430=301 000元；

(2)普通箱梁模板轉(zhuǎn)場(chǎng)人工費(fèi)用(按預(yù)制430片梁計(jì)算)：

(3人×2 h)÷(8 h×人/工日)×200元/工日×430=64 500元；

普通箱梁模板完成430片箱梁外模需要人工費(fèi)365 500元。

(3)液壓箱梁模板安裝和拆卸人工費(fèi)用(按預(yù)制430片梁計(jì)算)：

(3人×1 h+3人×1 h)÷(8 h×人/工日)×200元/工日×430=64 500元；

(4)普通箱梁模板轉(zhuǎn)場(chǎng)人工費(fèi)用(按預(yù)制430片梁計(jì)算)：

(2人×0.5 h)÷(8 h×人/工日)×200元/工日×430=10 750元；

液壓箱梁模板完成430片箱梁預(yù)制需要人工費(fèi)：75 250元。

液壓箱梁模板人工費(fèi)用占普通箱梁模板人工費(fèi)75 250元/365 500元=20.5%

6.3 兩種工藝的費(fèi)用對(duì)比

兩種類型模板的成本與工效對(duì)比分析，見表1。

表1 拼裝模板與液壓模板經(jīng)濟(jì)效益分析表

由以上數(shù)據(jù)得出：雖然液壓模板占普通模板費(fèi)用的193%，但人工費(fèi)用占其20.5%，模板安裝、拆除及轉(zhuǎn)場(chǎng)用工量占其20.6%，模板人工費(fèi)用合計(jì)占其86.3%，考慮到使用液壓模板在施工進(jìn)度上要高于普通模板約1.5倍，相應(yīng)的管理費(fèi)用也大大減少，采用液壓模板施工技術(shù)可有效降低預(yù)制箱梁的施工總成本。

7 自行式液壓模板的創(chuàng)新性與優(yōu)越性

7.1 自行式液壓模板的創(chuàng)新性

通過以上分析，相比傳統(tǒng)拼裝式模板，液壓模板最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)整體行走，其工作原理是底座的頂部分別固定連接有支撐塊、支撐桿和第一電機(jī)，并且第一電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器固定連接有驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)桿的一端與支撐塊的一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并且驅(qū)動(dòng)桿的表面螺紋連接有驅(qū)動(dòng)塊，驅(qū)動(dòng)塊的頂部固定連接有滑塊，并且支撐桿的表面固定連接有固定塊，兩個(gè)固定塊相對(duì)的一側(cè)均固定連接有滑板，并且滑板的表面與滑塊的內(nèi)部滑動(dòng)連接。自行式液壓模板改變了由于模板空間大，導(dǎo)致混凝土水泥澆灌不均勻造成箱梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散的問題，從而提高了箱梁的預(yù)制質(zhì)量。

7.2 自行式液壓模板的優(yōu)越性

自行式液壓模板施工進(jìn)度上要高于普通模板約1.5倍，相應(yīng)的管理費(fèi)用也大大減少，通過以上經(jīng)濟(jì)效益分析，可以看出，自行式液壓模板雖然增加了設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用，但是從提高施工效率，節(jié)約勞動(dòng)力，縮短工期，保證施工安全質(zhì)量方面具有良好的經(jīng)濟(jì)性，要顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的普通拼裝模板。采用液壓模板施工技術(shù)可有效降低預(yù)制箱梁的施工總成本。所有，不論是由于先進(jìn)施工工藝的需要，還是為降本增效的目的，應(yīng)用箱梁液壓模板施工是可行的。

8 結(jié)束語

以上分析是按25 m標(biāo)準(zhǔn)梁設(shè)計(jì)，對(duì)20 m、30 m箱梁，可參考25 m標(biāo)準(zhǔn)梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模板而言，底板通常采用6～8 mm面板，背肋采用槽10。但通用底板，面板采用10 mm，背肋采用槽16，以減少底板支撐混凝土墩的數(shù)量，提高了作業(yè)效率，同時(shí)也降低了直接成本。