模塊化模板施工技術(shù)在港珠澳大橋工程中的應(yīng)用

張怡戈，靳勝，楊潤來

（1.中交一航局第一工程有限公司，天津300456；2.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461）

1 概述

港珠澳大橋西人工島設(shè)置島上主體建筑作為大橋及隧道的運(yùn)營管控用房，其中主體建筑共3層，層高分別為7 m、6 m、7 m，總建筑面積2萬m2。主體建筑位于島上現(xiàn)澆隧道之上，在滿足建筑功能需求的同時(shí)兼顧景觀效果，結(jié)構(gòu)輪廓為弧形，外立柱采用異形結(jié)構(gòu)。主體建筑內(nèi)部為管理辦公及功能用房，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，主次梁交錯(cuò)。結(jié)構(gòu)外露面均采用清水混凝土，建筑施工的時(shí)間及空間受到諸多條件限制[1-5]。

主體建筑按照模塊化理念，采取分層分區(qū)模塊化現(xiàn)澆方案，即將每層分成若干區(qū)域流水施工，柱、梁、板分開澆筑，并將柱、梁、板的模板預(yù)先劃分模塊拼成整體，通過整體吊裝或移動(dòng)，盡量減少現(xiàn)場拼縫，達(dá)到在受限的空間內(nèi)合理投入模板材料、保證澆筑質(zhì)量、滿足進(jìn)度要求的目的。配套鋼筋工程采用灌漿套筒連接技術(shù)[6]，將后臺預(yù)制化、現(xiàn)場裝配化，為類似高等級建筑施工提供一種新的解決方案。

2 模板模塊化施工技術(shù)

2.1 總體施工工藝

主體建筑因建筑功能及造型需要，設(shè)計(jì)相對較為復(fù)雜。為便于施工組織，按照化整為零，先易后難的思路，對各樓層施工先后順序進(jìn)行劃分。以一層樓為例，將標(biāo)準(zhǔn)開間區(qū)域劃分為1號、2號、3號施工區(qū)，并優(yōu)先開展施工；周邊涉及建筑造型等非標(biāo)準(zhǔn)開間劃分為1-1號、2-1號非標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域，待標(biāo)準(zhǔn)區(qū)施工完成后，流水跟進(jìn)。建筑中間部位為隧道風(fēng)機(jī)房或控制機(jī)房，主次梁交錯(cuò)或構(gòu)件尺寸規(guī)格不一，劃分為A、B兩區(qū)。房建斜屋面單獨(dú)劃分為I區(qū)最后進(jìn)行實(shí)施。為便于樓層整體推進(jìn)，配置標(biāo)準(zhǔn)模板及非標(biāo)準(zhǔn)模板各2套，交替流水推進(jìn)。

同一施工區(qū)域內(nèi)，柱、梁、板等不同構(gòu)件分開施工，總體按照柱、梁、板、外廊的順序逐層推進(jìn)，不同施工區(qū)域的同種構(gòu)件形成流水施工。為保證建筑景觀效果，外廊道按照設(shè)計(jì)曲線施工，內(nèi)側(cè)環(huán)梁因外露面減少，以立柱角點(diǎn)為折點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)擬合。

2.2 施工縫處理

對于建筑外立面景觀柱與環(huán)梁、主次梁與樓板結(jié)合面除采取常規(guī)鑿毛工藝外，增加剪力槽增強(qiáng)構(gòu)件抗剪性能。對于梁柱節(jié)點(diǎn)在剪力槽模板上附加免拆模增強(qiáng)結(jié)合面粗糙度；對于梁板結(jié)合面，采用專用工具進(jìn)行壓槽。各施工界面在施工過程中嚴(yán)格檢查混凝土粗糙面的質(zhì)量及鍵槽的尺寸、數(shù)量和位置[7]。

3 模板工藝

為確保清水混凝土施工質(zhì)量及效率，按照模塊化裝配式施工理念，對各構(gòu)件模板進(jìn)行設(shè)計(jì)，并確保模板具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性[8]。各構(gòu)件模板均為后臺拼裝，現(xiàn)場通過銷軸或螺栓進(jìn)行緊固即可滿足要求。其中，模板面板采用雙層21 mm多層膠合板或17 mm單層板。雙層板面通過自攻螺絲從襯板外側(cè)擰入固定，避免表面形成印記。次龍骨采用PERI24號木工字梁，主龍骨根據(jù)構(gòu)件施工期受力需求采用12號雙槽鋼或8號雙槽鋼。構(gòu)件陽角采用15 mm塑料倒角條進(jìn)行止?jié){，對于建筑柱廊造型則通過內(nèi)嵌木盒進(jìn)行定制。梁、板及外廊道模單元模板均與配套的承插型盤扣式鋼管支架形成單元臺模。

3.1 柱模板施工

立柱尺寸為0.9 m伊0.9 m，模板由2片L形模板組成，模架一體化，兼顧不同層高施工需求，高度按照（6+1）m進(jìn)行配置。施工不同樓層時(shí)，安裝或拆除底部1 m標(biāo)準(zhǔn)段即可。模板板面為雙層板，結(jié)構(gòu)為面板寅墊板寅木梁寅鋼圍令，2片模板用直徑15 mm的拉桿拉合。標(biāo)準(zhǔn)區(qū)室內(nèi)柱模板采用2片L形模板組合而成。景觀柱模板結(jié)構(gòu)形式相對復(fù)雜，頂部設(shè)置柱頭，柱頭端模為整體合模后安裝。

柱模板采用梆夾底形式，各立柱施工前按照結(jié)構(gòu)尺寸及位置精確放樣，提前預(yù)澆根部7 cm高底座。底座澆筑后，粘貼1 cm止水膠帶，以便于模板采用綁夾底工藝進(jìn)行立柱模板安裝。立柱模板安裝時(shí)，將其中1片L形模板吊裝到指定位置，確保板面緊貼柱底止?jié){條，同時(shí)利用斜撐進(jìn)行固定及垂直度調(diào)整。其后，安裝第2片L形模板至對角側(cè)。2片L形模板通過抱角絲桿嚴(yán)密拉合，并利用斜撐進(jìn)行模板整體垂直度調(diào)整。模板加固方式如圖1所示。

圖1 主體建筑室內(nèi)柱模板加固示意圖Fig.1 Indoor column formwork reinforcement diagram of main building

景觀柱位于主體建筑外立面，柱身為0.9 m伊0.9 m，柱頭兩側(cè)各增加0.7 m伊0.7 m加腋，同時(shí)在立柱外立面角部通長設(shè)計(jì)10 cm伊10 cm的凹槽形成柱廊造型。景觀柱模板安裝時(shí)，提前臨時(shí)采用螺絲從襯板背面將10 cm伊10 cm的效果木盒緊密固定，待整體合模后通過螺栓反拉方式固定效果木盒，并拆除臨時(shí)固定螺釘，具體固定方式如圖2所示。合模完成后，對柱頭兩端采用現(xiàn)拼堵頭模板進(jìn)行封固，其中堵頭模板設(shè)置榫槽以便拆模后形成剪力槽。立柱模板底部設(shè)置鉛垂絲桿，進(jìn)行模板標(biāo)高調(diào)整，確保加腋高度滿足要求。景觀柱加腋處玻璃幕墻槽式埋件采用螺栓反拉工藝進(jìn)行固定，避免漏漿造成觀感缺陷及表面后處理[9]，圖3為槽式埋件拆模后效果。

圖2 景觀柱固定效果木盒Fig.2 Fixed effect wooden box of landscape column

圖3 槽式埋件拆模后效果Fig.3 Effect of groove embedment after mold removal

3.2 梁模板施工

標(biāo)準(zhǔn)區(qū)室內(nèi)梁主要與室內(nèi)柱相連，主要型號有900 mm伊800 mm、500 mm伊800 mm、300 mm伊600 mm等類型，室外環(huán)梁與景觀柱相連，類型有900 mm伊1 350 mm、900 mm伊1 550 mm、900 mm伊1 850 mm。為提升清水混凝土的觀感質(zhì)量，簡化施工工序，900 mm寬主梁均采用模塊化臺模施工，按照梁板分開澆筑工藝實(shí)施。其他型號次梁通過100%斷面預(yù)埋直螺紋套筒方式，待拆模后另行施工或臨時(shí)增加定制模板一次性澆筑成型。

梁臺模主要分為定型底模及側(cè)模、護(hù)欄，模板各構(gòu)件均在后臺提前制作。其中，底模主龍骨采用12號雙槽鋼，底模次龍骨采用24 cm高木工字梁，后臺分塊制作后吊裝至配套支架形成單元臺模；室內(nèi)梁側(cè)模主龍骨采用8號雙槽鋼定型鋼梁，采用梆包底工藝，設(shè)置底角固定拉桿進(jìn)行緊固；外環(huán)梁相對高度較高，主龍骨采用12號雙槽鋼。因環(huán)梁需適應(yīng)景觀柱扭角，梁寬存在變化，因此側(cè)模立于底模之上，與底模鉸接連接并采用頂絲進(jìn)行模板橫向位置調(diào)整。模板頂部采用15 mm高強(qiáng)拉桿緊固。梁模板設(shè)計(jì)斷面如圖4所示。

室內(nèi)梁單跨梁主要由2片臺模組成，臺模中間設(shè)置填充模板以適應(yīng)梁跨徑變化且便于后期拆模操作。具體施工流程為：立柱施工完成后，沿其四周安裝梁底臺模，而后安裝填充模板形成底模整體并開始鋼筋綁扎；鋼筋安裝完成后，自梁柱節(jié)點(diǎn)安裝側(cè)模，側(cè)模中間合龍同樣通過填充模板進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 梁模板安裝橫斷面示意圖Fig.4 Cross-section diagram of beam formwork installation

外環(huán)梁臺模安裝方式由2片臺模組成。由于各景觀柱扭角不同，因此在臺模與臺模之間、臺模與景觀柱間安裝3片填充模板以適應(yīng)梁跨徑及端部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的需要。

外環(huán)廊外立面設(shè)置100 mm伊100 mm效果槽，與景觀柱效果槽連接形成柱廊整體效果。因此，在側(cè)模安裝時(shí)，按照景觀柱效果槽同類工藝，對效果木盒緊固，并與景觀柱已實(shí)施槽體搭接。

當(dāng)梁混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，吊除梁側(cè)模，并采用4套專用轉(zhuǎn)移臺車固定底臺模支架四角。通過臺車卡盤頂撐支架盤扣，并卸除支架底座完成受力體系轉(zhuǎn)換。利用臺車齒輪式千斤頂同步平穩(wěn)降低臺模高度，完成脫模，并推移至下一施工段。以此完成臺模拆模到下一施工段的流水化操作，施工效率及安裝風(fēng)險(xiǎn)大為降低。

3.3 板模板施工

柱梁施工完成后，即開始進(jìn)行樓板施工。其中，標(biāo)準(zhǔn)開間樓板一般主要由4片臺模組成，臺模中間十字縫隙采用填充補(bǔ)模以適應(yīng)板平面尺寸變化，見圖5。板臺模模板主龍骨采用12號雙槽鋼，安裝間距與支架立桿步距一致；次龍骨采用24 cm高木工字梁，面板采用17 mm厚膠合模板。

圖5 樓板模板拼裝平面圖Fig.5 Floor formwork assembly plan

標(biāo)準(zhǔn)臺模設(shè)計(jì)前，對建筑各樓層開間尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對標(biāo)準(zhǔn)開間進(jìn)行分類以對應(yīng)制作標(biāo)準(zhǔn)臺模，提高模板通用化及適用能力。對于非標(biāo)準(zhǔn)部位，按照相同的模板布置原則進(jìn)行原位拼裝。為確保樓板模板與已澆筑的梁結(jié)構(gòu)止?jié){到位，同開間的臺模間設(shè)置反頂絲桿確保板模板與梁結(jié)構(gòu)貼靠嚴(yán)密，并在各拼縫間設(shè)置止?jié){條。各臺模安裝就位后，調(diào)整標(biāo)高及位置，安裝填充模板形成板鋼筋工作面。板混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆模強(qiáng)度后，按照梁臺模轉(zhuǎn)移工藝完成模板拆模及下一流水工作面支模作業(yè)。

3.4 外廊道

外廊道在外環(huán)梁及室內(nèi)樓板均施工完成后開始實(shí)施，模板主龍骨采用12號雙槽鋼，次龍骨采用24 cm高木工字梁，雙層面板，其中面板襯板均為21 mm多層膠合板；對拉螺桿采用17 mm高強(qiáng)對拉螺桿，間隔1.5 m間距布置。

因外廊道設(shè)計(jì)為曲線形，外環(huán)梁采取多點(diǎn)折線進(jìn)行擬合，至外廊道平面寬度漸變，以及上層外廊施工時(shí)，下層外廊無法完全承受施工期荷載等多項(xiàng)不利因素的影響，外廊道模板設(shè)計(jì)難度相對較大。為解決上述難題，外廊道模板弧形造型通過在次龍骨與面板間采用21 mm膠合板制作弧形格構(gòu)龍骨定型，廊道底模按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，對標(biāo)準(zhǔn)臺模間以及臺模與已澆筑的外環(huán)梁間采用填充面板適應(yīng)結(jié)構(gòu)橫縱向變化。同時(shí)，在底模底部增加斜撐，將結(jié)構(gòu)主要荷載傳遞至下層外環(huán)梁，避免下層外廊道懸挑板受力過大，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載超限。

為確保模板受力體系穩(wěn)定，外環(huán)梁施工時(shí)，在梁上按照固定間距埋設(shè)錨固點(diǎn)。外廊道模板安裝時(shí)，通過外拉桿與錨固點(diǎn)緊固確保廊道底模緊貼外環(huán)梁，并在止?jié){到位同時(shí)，防止模板出現(xiàn)整體向外側(cè)傾覆失穩(wěn)。模板結(jié)構(gòu)體系如圖6所示。

圖6 外廊道模板體系示意圖Fig.6 Schematic diagram of outer corridor formwork system

外廊道底模安裝完成后，對廊道欄桿內(nèi)外邊線進(jìn)行放樣，綁扎懸挑板鋼筋，并安裝欄桿外側(cè)模板。欄桿鋼筋則在外側(cè)模安裝完成后貼靠綁扎，確保鋼筋混凝土保護(hù)層滿足要求。由于外廊道寬度在各立柱間存在變化，欄桿側(cè)模按照蹲底方式安裝，模板主龍骨與底模鋼梁設(shè)置鉸接及水平調(diào)整絲桿，確保滿足側(cè)壓力承載要求同時(shí)，可進(jìn)行模板橫向位置微調(diào)。外廊道護(hù)欄與懸挑板外側(cè)陽角處設(shè)置100 mm伊100 mm效果槽，其安裝方法及模板支設(shè)方式與外環(huán)梁基本一致。為確保外廊道欄桿頂面收面線形及平整度，對模板的安裝線形需加密測量，并在模板頂口設(shè)置倒角條進(jìn)行標(biāo)高抄平及收面控制。

外廊道混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)，拆除欄桿內(nèi)側(cè)模板，調(diào)整底模支架底座實(shí)現(xiàn)脫膜。利用欄桿外側(cè)模板頂部鋼梁吊點(diǎn)將臺模及欄桿外側(cè)模板整體吊移至下一施工區(qū)域。

4 結(jié)語

港珠澳大橋西人工島主體建筑工程為高等級清水混凝土建筑，在該項(xiàng)目中應(yīng)用的模塊化模板施工技術(shù)，取得了預(yù)期效果。得益于對建筑結(jié)構(gòu)的前期優(yōu)化，總體施工工藝的開拓性創(chuàng)新，以及模板工程施工技術(shù)的大量技術(shù)研發(fā)，主體建筑在模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化施工水平上取得較大突破，有效保障了施工質(zhì)量，提升了施工效率。其中模板工程中新穎的模塊化設(shè)計(jì)方案，改變了傳統(tǒng)模板安裝工藝伴隨而來的施工過程繁瑣、人為因素難以管控所造成的質(zhì)量弊病；極大地壓縮了施工過程環(huán)節(jié)，在保障施工質(zhì)量的同時(shí)兼顧施工效率。