變截面U箱組合梁節(jié)段預(yù)制液壓模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

林 兵 王軍艦 茹啟江 陳 琳

中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司 湖北 武漢 430073

隨著城市的快速發(fā)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(shí)，面臨較大的交通紓解、保證行人車輛安全的壓力?；诖?，節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝箱梁應(yīng)運(yùn)而生。

預(yù)制懸臂拼裝箱梁，即箱梁結(jié)構(gòu)在預(yù)制梁廠采用短線法分節(jié)段預(yù)制，然后運(yùn)輸至現(xiàn)場懸臂拼裝張拉形成預(yù)應(yīng)力成橋。

短線法節(jié)段預(yù)制、懸臂拼裝箱梁具有如下優(yōu)點(diǎn)：預(yù)制模板體系相對占地少，節(jié)約場地；節(jié)段梁預(yù)制質(zhì)量易于保證；相較于現(xiàn)澆梁，節(jié)段提前預(yù)制，懸臂拼裝成橋，可以節(jié)省工期；相較現(xiàn)澆梁，節(jié)段預(yù)制在城郊完成，對城區(qū)無噪聲污染；短線法節(jié)段預(yù)制梁的截面適應(yīng)性更強(qiáng)。

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(yù)制懸拼連續(xù)梁施工工藝，線路共有6聯(lián)預(yù)制懸拼連續(xù)梁，其中（30.0＋50.0＋30.0） m有2聯(lián)，（37.5＋60.0＋37.5） m有3聯(lián)，（40.0＋65.0＋40.0） m有1聯(lián)。連續(xù)梁采用變截面U箱組合結(jié)構(gòu)形式，上部為雙U形下部為雙箱室的結(jié)構(gòu)，且箱室邊腹板為斜腹板結(jié)構(gòu)，箱梁底板呈二次拋物線形式變化，此種梁形具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、線形優(yōu)美等特點(diǎn)[1]。

跨既有路口連續(xù)梁采用短線法預(yù)制懸臂拼裝施工，即將每聯(lián)橋進(jìn)行縱向分塊，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段縱向分塊長度為2.5、3.0、3.5 m。節(jié)段梁在梁場預(yù)制后，運(yùn)輸至現(xiàn)場用懸拼吊機(jī)吊裝至橋位后張拉預(yù)應(yīng)力成橋。

“上部雙U下部雙箱室”變截面節(jié)段梁施工工藝在國內(nèi)應(yīng)用尚少，相對于傳統(tǒng)截面梁形，該梁形每個(gè)節(jié)段梁具有不同的平、豎曲線，致使梁形變化比較大，傳統(tǒng)的鋼模板無法做到變截面的要求，因此，該工程根據(jù)梁形特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套液壓鋼模板，針對不同節(jié)段、不同截面特點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整各部位尺寸，以滿足線形要求[2]。

2 液壓模板設(shè)計(jì)

短線法制梁即每個(gè)節(jié)段梁均在同—個(gè)特制的模板內(nèi)澆筑，模板一端為固定端模，另一端為已澆筑節(jié)段的匹配節(jié)段，通過調(diào)整特制模板獲得設(shè)計(jì)所給的平、豎曲線線形的一種施工方法[3-6]。

該工程中節(jié)段梁預(yù)制采用三維液壓模板，該模板由固定端模、側(cè)模及其背架、底模及底模小車、內(nèi)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(tái)、防護(hù)爬梯、連接座構(gòu)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(yù)埋的鋼板焊接固定成為整體。端模模板設(shè)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(jù)節(jié)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(jié)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(tǒng)

底模由底模模板、底模支撐架、底模小車系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、防滑機(jī)構(gòu)、調(diào)坡機(jī)構(gòu)等構(gòu)件組成（圖2）。其中，底模模板分為底模通用塊（4.90 m）、底模調(diào)寬塊，底模支撐架由標(biāo)準(zhǔn)高度支撐架（1.23 m）、加高支架組成，底模小車系統(tǒng)由臺(tái)車底盤、上部結(jié)構(gòu)、高度調(diào)節(jié)油缸、水平調(diào)節(jié)油缸、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)及連接螺栓組成。

圖2 底模及底模小車系統(tǒng)橫斷面

以主跨65 m的節(jié)段梁為例，介紹底模及底模小車系統(tǒng)。根據(jù)節(jié)段梁底板寬度設(shè)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(jié)段梁，通過調(diào)寬塊調(diào)節(jié)寬度形成不同平曲線來適應(yīng)不同的節(jié)段梁，通過調(diào)整底模支撐架實(shí)現(xiàn)豎曲拋物線的變化，通過調(diào)坡機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)底模坡度的變化，通過調(diào)節(jié)通用模支架4個(gè)支腿的絲桿來實(shí)現(xiàn)底模水平高微調(diào)。

2.3 外側(cè)模系統(tǒng)

外側(cè)模系統(tǒng)由外模、外模桁架、底桁架、工作平臺(tái)、可調(diào)端頭節(jié)、各微調(diào)絲桿、活動(dòng)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(jié)構(gòu)為雙拼20#槽鋼焊接而成的方鋼。整套外模設(shè)置2個(gè)平移油缸、6個(gè)脫模油缸，便于外側(cè)模的平行移動(dòng)及脫模。

圖3 外側(cè)模正立面

為適應(yīng)曲線節(jié)段梁空間位置不規(guī)則情況，外?？赏ㄟ^水平微調(diào)絲桿、平移微調(diào)絲桿、縱移微調(diào)絲桿對外模的空間位置進(jìn)行調(diào)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(dòng)1 m，用以滿足2.5～3.5 m長度的節(jié)段梁施工。匹配梁段與外模搭接時(shí)，若無法緊密貼合，則用可調(diào)端頭節(jié)上的絲桿實(shí)現(xiàn)頂緊。

外側(cè)模在施工過程中需注意如下事項(xiàng)：外模位置調(diào)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(shè)置φ25 mm的精軋螺紋鋼進(jìn)行橫向?qū)?/p>

2.4 U形內(nèi)模

U形內(nèi)模由內(nèi)模一、內(nèi)模二、內(nèi)模三、底撐桿、頂部桁架、底剪刀撐、側(cè)剪刀撐、油缸、泵站、高度微調(diào)裝置等構(gòu)成（圖4）。

圖4 U形內(nèi)模正立面

其中內(nèi)模一為厚6 mm鋼板，內(nèi)模二、內(nèi)模三為背架結(jié)構(gòu)，由槽鋼及工字鋼組成。油缸控制撐桿對內(nèi)模板進(jìn)行開閉，由油缸拉動(dòng)絲桿在桁架進(jìn)行部分角度旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)合模與拆模。內(nèi)模的高度及橫向位置可通過高度調(diào)節(jié)裝置調(diào)整，此微調(diào)裝置也可帶動(dòng)模板橫向移動(dòng)。

在固定端模、底模及外側(cè)模調(diào)整到位后，利用梁場內(nèi)部20 t龍門吊將鋼筋骨架由胎架位置吊裝至模板內(nèi)，驗(yàn)收合格后，將整套U形內(nèi)模吊裝至鋼筋骨架上部進(jìn)行合模，待監(jiān)理驗(yàn)收通過后進(jìn)行混凝土澆筑。

3 模板液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

三套底模一套用于澆筑節(jié)段，一套用于匹配節(jié)段，另一套在場內(nèi)根據(jù)節(jié)段梁標(biāo)高組裝完畢，待澆筑節(jié)段移動(dòng)至匹配節(jié)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(jìn)行合模。

3.1 底模液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

節(jié)段梁的預(yù)制速度主要取決于底模的周轉(zhuǎn)速度。為確保工期和施工質(zhì)量，將底模下部小車設(shè)計(jì)成液壓傳動(dòng)行走系統(tǒng)。底模小車包括臺(tái)車底盤、上部結(jié)構(gòu)、高度調(diào)節(jié)油缸、水平調(diào)節(jié)油缸、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)（圖5）。

圖5 底模小車立面

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

3.2 內(nèi)模液壓設(shè)計(jì)

內(nèi)模有8套油缸對模板進(jìn)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(nèi)模二、內(nèi)模三相連。拆模過程中先松動(dòng)底部撐桿，泵站帶動(dòng)2套油缸間的夾角變小，油缸帶動(dòng)內(nèi)模二、內(nèi)模三，使其從混凝土表面脫離，實(shí)現(xiàn)拆模過程。

3.3 外側(cè)模液壓設(shè)計(jì)

外側(cè)模開合同樣采用全液壓控制，由控制柜來控制油缸，進(jìn)而控制側(cè)模的開合。拆模過程中通過側(cè)模背架上的脫模油缸作用于與之相連的撐桿及桁架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)部分角度旋轉(zhuǎn)，從而使模板與混凝土脫離。在側(cè)模開合過程中應(yīng)均勻施力，以免擾動(dòng)已精調(diào)好的匹配梁或者固定端模的軸線。

4 應(yīng)用效果

某工程已通過使用此種模板預(yù)制節(jié)段梁近200片，并完成現(xiàn)場懸拼施工。應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)后，該工程在短線法預(yù)制梁施工方面節(jié)省了大量鋼材模板成本，進(jìn)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(yù)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(jìn)度，提高了制梁工效。同時(shí)，使用該種模板預(yù)制的節(jié)段梁梁形標(biāo)準(zhǔn)，成品質(zhì)量好，外形美觀。由于其底模匹配精度高，預(yù)制梁底部線形控制精準(zhǔn)，更利于在梁場存梁臺(tái)存放。

通過該種液壓預(yù)制模板預(yù)制的節(jié)段梁運(yùn)送至現(xiàn)場后，在進(jìn)行懸臂拼裝時(shí)匹配面吻合度高，節(jié)段梁節(jié)段標(biāo)高、軸線等偏差較小，剪力鍵位置吻合，使得拼裝工程順利進(jìn)行，工程按時(shí)交付。

5 結(jié)語

本文以某工程短線法預(yù)制變截面U箱組合節(jié)段梁模板為工程實(shí)例，詳細(xì)論述了“雙U＋雙箱室”組合的變截面節(jié)段梁的模板設(shè)計(jì)及調(diào)控工藝。實(shí)踐表明，采用該模板系統(tǒng)，提升了模板利用效率，提高了制梁工效，保證了預(yù)制梁成品外觀質(zhì)量，應(yīng)用效果良好，可進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)段梁液壓預(yù)制模板在施工中的廣泛使用。