基于移動鋼模板的小箱梁流水預(yù)制技術(shù)

李寶山，石 峰，楊岳彪，謝翔宇

（1.中建安裝集團有限公司南京公司，江蘇 南京210046；2.南京林業(yè)大學土木工程學院，江蘇 南京210037）

0 引 言

全預(yù)制橋梁是近幾年開始在國內(nèi)推廣的新技術(shù)[1-5]。2016 年10 月，全國首座全預(yù)制拼裝高架橋梁——上海嘉閔高架路及地面道路工程正式竣工通車。工程全長約6.8 km，將2 431 塊預(yù)制構(gòu)件運輸?shù)浆F(xiàn)場直接“拼裝”，實現(xiàn)在施工期間，下部道路的開放通行。橋梁預(yù)制技術(shù)加快了橋梁建造速度，有效地減輕了傳統(tǒng)高架建造方式揚塵、噪聲，以及封路的影響。G312 南京城區(qū)段為交通主干道，日交通量超過5 萬車次。為保證施工期間交通暢通，G312 繞越高速公路至仙隱北路段改擴建項目主線高架橋施工采用預(yù)制橋梁施工技術(shù)。

預(yù)制橋梁施工總體可分為預(yù)制與安裝兩個過程。預(yù)制過程關(guān)乎生產(chǎn)質(zhì)量與效率關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在橋梁的預(yù)制過程中，箱梁預(yù)制是工程量最大的工序之一，須謹慎選擇建造方式，實行科學的施工管理。傳統(tǒng)小箱梁預(yù)制大多采用普通鋼模板，鋼模板的移動與安裝需要吊車與人力配合完成?，F(xiàn)介紹的新型移動液壓鋼模板，可利用場地內(nèi)的軌道進行移動，通過液壓系統(tǒng)完成合模與支撐，并靈活調(diào)整模板高度、位置與角度。研究自動鋼模板在箱梁預(yù)制中的應(yīng)用，可大幅提升箱梁預(yù)制效率。圖1 為移動液壓鋼模板之實景。

1 項目概況

G312 南京繞越高速公路至仙隱北路段改擴建項目是江蘇省首個預(yù)制橋梁項目，其規(guī)劃圖見圖2 所示。工程全長約10 km，預(yù)計總投資29.56 億元。其中：主線高架橋全長7.345 km；橋面寬度為33 m，采用雙向六車道；按一級公路、設(shè)計速度80 km/h 進行設(shè)計。主線橋墩柱、蓋梁與小箱梁均采用預(yù)制拼裝法施工。

圖1 移動液壓鋼模板之實景

圖2 G312 南京段改擴建項目規(guī)劃圖

承擔主線橋預(yù)制安裝的SG5 標段共配備2 個小箱梁預(yù)制場，1 個墩柱預(yù)制場，1 個蓋梁預(yù)制場與一個混凝土攪拌站。主線橋預(yù)制小箱梁1 707 片，匝道預(yù)制小箱梁132 片，工期緊、任務(wù)重。箱梁預(yù)制場共擁有10 條流水線，配備6 臺10 t 級龍門吊與4 臺75 t級龍門吊。每條流水線分配7 個張拉臺座與1 套移動鋼模板。箱梁預(yù)制生產(chǎn)于2019 年9 月啟動，截至2020 年7 月已生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力小箱梁676 片，完成36.8%的箱梁生產(chǎn)任務(wù)。

2 小箱梁預(yù)制主要流程

預(yù)制場地的布置從根本上決定了其生產(chǎn)效率。應(yīng)根據(jù)項目工程量制定預(yù)制場生產(chǎn)計劃，規(guī)劃場地布置；合理選用生產(chǎn)設(shè)備，并對場區(qū)道路、排水、基礎(chǔ)、龍門吊路線進行設(shè)計。移動式鋼模板施工的獨特之處在于模板的機動性，在該項目中每套模板分配7個臺座，理論上實現(xiàn)了移動模板的連續(xù)工作。圖3 為移動鋼模板法箱梁預(yù)制流程圖。

圖3 移動鋼模板法箱梁預(yù)制流程圖

移動式鋼模板的兩側(cè)外模板通過控制箱獨立控制，在轉(zhuǎn)移模板時需要一名操作員連續(xù)操縱，由一名觀察員負責瞭望觀察。待模板行走至與臺座基本對齊時，由觀察員發(fā)出指令，操作員停止移動模板。在觀察員指揮下調(diào)節(jié)模板向臺座橫向靠攏，使得外模板下緣與臺座底模之間存有2 cm 左右的間隙。精調(diào)外模的縱向位置，使其與小箱梁起始位置對齊。最后調(diào)節(jié)模板向臺座靠緊，使用雙面膠或密封條徹底堵死模板縫隙，在檢查模板閉合情況后人工噴灑脫模劑。

使用龍門吊將加工完成的底腹板鋼筋籠吊運至模板內(nèi)，調(diào)整好位置，檢查保護層墊塊與保護層厚度。組裝鋼內(nèi)模，檢查接縫對齊情況與模板表面光滑度。在內(nèi)模四周覆蓋塑料薄膜或噴灑脫模劑，檢查無誤后使用龍門吊將其吊運至外模內(nèi)。然后，吊放加工完成的頂板鋼筋籠，焊接腹板鋼筋與頂板鋼筋，完成角隅鋼筋與加腋鋼筋的固定。在外模頂部設(shè)置橫向?qū)輻U，防止外模撐開；在外模頂部橫梁上設(shè)置豎向壓桿壓緊內(nèi)模，防止內(nèi)模在澆筑過程中上浮起。

按照分層下料、連續(xù)澆筑、一次成型的原則，使用龍門吊與料斗進行混凝土澆筑。移動式鋼模外側(cè)間隔1 m 設(shè)置有振動裝置，在澆筑期間開啟振動，并由工人手持30 型振動棒補充振搗。梁體達到拆模強度后，使用錘、撬棍等工具進行拆模。在梁體達到齡期與強度要求后，繼續(xù)完成張拉、壓漿與封端操作。移動至下一個空臺座，在完成模板清理后進行下一片箱梁的預(yù)制。

3 移動模板預(yù)制施工特點

3.1 預(yù)制場地

移動鋼模板構(gòu)造復(fù)雜，模板底部含有行走、液壓系統(tǒng)。在臺座尺寸設(shè)計時，應(yīng)與之匹配。每組移動鋼模板需要4 條軌道，必須保證鋼軌的平順與軌道基礎(chǔ)的密實。傳統(tǒng)鋼模板往往采用分散布置的方法，預(yù)留足夠的模板組裝空間與施工車輛行駛通道；而自行式鋼模板通常采用緊密排布的方式，流水線并聯(lián)布置，沿場地邊緣設(shè)計龍門吊路線。自行式鋼模板移動靈活的特點，可大幅提升場地利用率。該項目每個預(yù)制場并聯(lián)5 條生產(chǎn)線，橫向總寬度約40 m，長度約250 m，共35 個臺座，平均日產(chǎn)3.5 片小箱梁。圖4為箱梁預(yù)制生產(chǎn)線之實景。

圖4 箱梁預(yù)制生產(chǎn)線之實景

3.2 施工組織與管理

較大規(guī)模的箱梁生產(chǎn)流水線通常采用龍門吊作為吊運設(shè)備。采用傳統(tǒng)鋼模板需要在安裝與轉(zhuǎn)移模板時，會頻繁占用龍門吊。移動鋼模板憑借機動性優(yōu)勢可以釋放大量龍門吊運力，實現(xiàn)高效流水生產(chǎn)。根據(jù)G312 改擴建項目及其他項目的實際施工經(jīng)驗，繪制采用移動液壓鋼模板的箱梁流水預(yù)制施工橫道表（見表1）。

由表1 可知，普通鋼模板在施工時外模安裝時間更長。長時間占用吊車使得各箱梁無法實現(xiàn)高效流水作業(yè)。在生產(chǎn)5 條生產(chǎn)線同時生產(chǎn)5 片箱梁時，移動鋼模板可以節(jié)省工期3 d。若不考慮存梁、轉(zhuǎn)移等因素，使用移動鋼模板生產(chǎn)500 片箱梁在理論上節(jié)省工期一年以上。施工人員配備方面，采用移動式鋼模板流水線可縮減模板工與龍門吊操作員的數(shù)量。在工程量較大的項目中，采用移動鋼模板法，可以提升施工組織的流暢性。

表1 移動鋼模板生產(chǎn)線生產(chǎn)5 片小箱梁施工橫道表

4 經(jīng)濟性與適用性分析

4.1 移動鋼模板預(yù)制的經(jīng)濟性

自行移動鋼模板施工對場地要求更高，預(yù)制場建設(shè)改造費用高于傳統(tǒng)鋼模板預(yù)制，前期投入成本比重大。但是移動鋼模板施工過程自動化程度高，可節(jié)約人工成本與設(shè)備費用，適用于工期長、規(guī)模大的箱梁預(yù)制場。此外，移動鋼模板預(yù)制空間排布更加緊密，節(jié)約部分土地費用，但單位土地面積上的基建與設(shè)備成本更高。在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，可考慮提升生產(chǎn)線自動化水平以減少占地面積。以G312 南京繞越高速公路至仙隱北路段改擴建項目為例，統(tǒng)計小箱梁預(yù)制中鋼模板的相關(guān)費用（見表2、表3）。

表2 模板成本主要組成部分一覽表

表3 箱梁流水線支出費用一覽表

4.2 小箱梁模板類型選擇策略研究

為實現(xiàn)預(yù)制橋梁生產(chǎn)目標，傳統(tǒng)方法可擴大生產(chǎn)規(guī)模與人力投入，也有部分工程采用“提前生產(chǎn)+存梁+轉(zhuǎn)運”模式。但上述方法必然會削弱普通鋼模板的成本優(yōu)勢，為施工管理帶來不便。針對兩種鋼模板的工程運用經(jīng)驗，繪制模板成本與預(yù)制小箱梁工程量的曲線關(guān)系圖（見圖5）。

圖5 模板成本與箱梁產(chǎn)量變化關(guān)系圖

移動式鋼模板成本與產(chǎn)量基本為線性關(guān)系，且單片箱梁成本隨著產(chǎn)量提高表現(xiàn)出小幅下降趨勢。傳統(tǒng)鋼模板在產(chǎn)量達到600 片之后，單片箱梁生產(chǎn)成本明顯增大。在箱梁生產(chǎn)量少于1 200 片時，采用傳統(tǒng)鋼模板預(yù)制可節(jié)省部分成本；箱梁生產(chǎn)數(shù)量大于1 200 片時，移動式鋼模板經(jīng)濟性更佳。除此以外，移動式鋼模板具有無可代替的效率優(yōu)勢，這在城市高架橋梁建造中至關(guān)重要。因此綜合考慮，宜在生產(chǎn)小箱梁1 000 片以上時，選用移動式鋼模板。對于空間受限、工期緊張、轉(zhuǎn)運不變或無存梁場地的預(yù)制橋梁建設(shè)項目中，這一數(shù)值可繼續(xù)降低。

5 結(jié) 語

本文通過實際生產(chǎn)項目，對使用移動式鋼模板的小箱梁流水施工進行了說明，并在預(yù)制場地建設(shè)、施工進度控制、施工組織等過程中總結(jié)經(jīng)驗。結(jié)合施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題，為同行再提幾點建議。

（1）預(yù)制場設(shè)立之初，應(yīng)確立生產(chǎn)計劃，詳細落實場地規(guī)劃與設(shè)計，確保實現(xiàn)產(chǎn)能目標。重點抓管理，注意統(tǒng)籌調(diào)配，避免因單一工序延后而拖累整個生產(chǎn)線。

（2）模板相關(guān)費用僅占工程總造價中的少部分。在項目工期緊張時、交通組織難度較大時，可大膽采用移動式鋼模板等新技術(shù)，推動施工技術(shù)的進步。

（3）預(yù)制場建設(shè)成本很高，在工程結(jié)束后研究預(yù)制場的生存與運營道路，可實現(xiàn)預(yù)制場的再盈利，符合橋梁預(yù)制的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。