新型裝配式框架橋模板臺(tái)車設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

摘要：為了提高框架橋箱涵模板搭設(shè)效率，解決模板搭設(shè)質(zhì)量效率低可能影響到混凝土外觀質(zhì)量的問題，文章依托實(shí)際工程，總結(jié)了一種新型裝配式模板臺(tái)車的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)。經(jīng)工程驗(yàn)證，該新型裝配式模板臺(tái)車強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性都要優(yōu)于滿堂支架，不僅保證了混凝土外觀質(zhì)量能夠保持較高水平，還提高了框架橋整體施工效率；同時(shí)以可周轉(zhuǎn)裝置代替一次性使用的裝置，響應(yīng)節(jié)能減排政策；使用剛度更高的臺(tái)車代替?zhèn)鹘y(tǒng)支架，利用液壓裝置進(jìn)行模板的拆卸，避免了工人進(jìn)行高空作業(yè)，能夠進(jìn)一步保證施工安全性，具有良好的示范和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：框架橋；裝配式；模板臺(tái)車；有限元模型

中圖分類號(hào)：U445.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-4874（2024）04-0134-04

0 引言

高速公路施工常有設(shè)置箱涵或框架橋作為重要的路系結(jié)構(gòu)，起到連接原有道路或改路的作用，恢復(fù)原有路系且一般箱涵、框架橋與路基是同時(shí)施工，一定程度上影響了路基整體施工效率及施工組織。傳統(tǒng)的箱涵框架橋施工一般采用滿堂支架法，將整體框架橋或箱涵墻身分節(jié)段現(xiàn)澆，都需要重新搭設(shè)支架、模板，其過程復(fù)雜繁瑣。滿堂支架模板之間的拼接，無有效約束，縫隙閉合質(zhì)量難以控制，混凝土外觀出現(xiàn)多條外凸條紋。并且工人在架子上搭設(shè)模板，存在較長(zhǎng)時(shí)間的高空作業(yè)，危險(xiǎn)性較大［1］。

為了提高框架橋箱涵模板搭設(shè)效率，解決模板搭設(shè)質(zhì)量效率低可能影響到混凝土外觀質(zhì)量的問題，進(jìn)行設(shè)備創(chuàng)新、技術(shù)改進(jìn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，本文根據(jù)施工特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種新型裝配式框架橋模板臺(tái)車，具有方便快捷、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，可用于框架橋、箱涵的施工。該臺(tái)車施工工法可提高框架橋、箱涵施工裝模效率、減少人工消耗、減少人員高空作業(yè)危險(xiǎn)且施工工藝簡(jiǎn)單安全、綠色環(huán)保。

1 工程概況

來賓至都安高速公路1-1項(xiàng)目有兩座框架橋：K232+362北五1號(hào)分離式立交橋和K233+110北五2號(hào)分離式立交橋，框架橋設(shè)計(jì)尺寸均為1 300 cm×630 cm（凈寬×凈高），框架橋長(zhǎng)度為30 m，分4個(gè)節(jié)段施工。框架橋橫斷面圖見圖1。

2 工藝原理

2.1 設(shè)計(jì)原理

模板臺(tái)車主要分成4部分，平車、立柱、貝雷橫梁、模板。底部平車作為底部主要框架，實(shí)現(xiàn)模板臺(tái)車的整體移動(dòng)以及支撐；立柱為承受豎向荷載的支撐結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)將上部荷載傳遞至平車；貝雷橫梁為上部桁架結(jié)構(gòu)，用于支撐模板，將模板平面荷載轉(zhuǎn)化成點(diǎn)荷載傳遞至立柱；模板包括墻身內(nèi)外模以及頂板底模，為帶肋定型鋼模板。

2.2 移動(dòng)原理

平車底部安裝滑輪，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑輪，實(shí)現(xiàn)模板臺(tái)車整體在軌道上移動(dòng)。

2.3 升降及支撐原理

模板臺(tái)車的升降利用4個(gè)千斤頂支頂平車橫梁同步提升，到位后，在平車底部放置楔形快并調(diào)節(jié)至接觸支撐平車底面。

2.4 側(cè)模板安拆原理

側(cè)模采用合頁式設(shè)計(jì)，合頁設(shè)置在頂模邊緣，側(cè)模類似于開關(guān)門實(shí)現(xiàn)模板安拆。

3 裝配式框架橋模板臺(tái)車設(shè)計(jì)

3.1 臺(tái)車特色功能設(shè)計(jì)

臺(tái)車設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)寬度及高度，為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，上橫梁采用可拼裝的貝雷梁，立柱采用可套筒接長(zhǎng)的厚壁鋼管。

3.2 臺(tái)車施工基本功能設(shè)計(jì)

臺(tái)車的基本功能包括，移動(dòng)、抬升、支撐、模板移動(dòng)到位及拆除。設(shè)計(jì)底部平車，平車在軌道上滑動(dòng)；利用千斤頂進(jìn)行整體抬升；利用楔形塊作為支座支撐；側(cè)模板設(shè)計(jì)成合頁形式，方便安裝與拆卸。

3.3 臺(tái)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)式模板臺(tái)車系統(tǒng)由模板、支撐系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成。臺(tái)車橫斷面設(shè)計(jì)圖見下頁圖2。

模板：側(cè)模面板采用6 mm厚鋼板，背肋采用C8.0槽鋼與面板焊接，縱向背肋間距為400 mm。背楞用C100×48×5.3/8.5型號(hào)的槽鋼雙拼與背肋栓接，背楞并通過高強(qiáng)螺栓與門架連接，側(cè)模板之間使用拉桿進(jìn)行約束；豎向背楞間距為350 mm，橫向背楞間距為1 000 mm。頂模板采用6 mm厚鋼板，背肋采用C12.6槽鋼與面板焊接，放置于支撐架上。

支撐系統(tǒng)：豎向承重梁采用桁架結(jié)構(gòu)，間距1 m布置；立柱采用直徑為159 mm、厚度為5 mm的鋼管，縱向間距為1 m，橫向間距為3 910 mm。上端縱梁使用Ⅰ32b工字鋼，立柱之間使用C20b槽鋼進(jìn)行連接［2］。

行走系統(tǒng)：由軌道、軌道輪、平車和驅(qū)動(dòng)裝置組成，立柱與平車采用高強(qiáng)螺栓連接。

3.4 臺(tái)車結(jié)構(gòu)有限元分析驗(yàn)算

3.4.1 荷載計(jì)算

臺(tái)車在實(shí)際工程中主要承受模板臺(tái)車自重、鋼筋混凝土自重荷載、混凝土測(cè)壓、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載。臺(tái)車自重在有限元軟件中可直接施加，因此無須計(jì)算。其他荷載計(jì)算如下：

3.4.1.1 鋼筋混凝土及自重荷載

在模板臺(tái)車中，頂模面板需要考慮上部鋼筋混凝土的自重荷載，在Midas Civil模型計(jì)算中，鋼筋混凝土的容重取26 kN/m3，框架橋跨中梁高1.2 m，邊梁高為1.8 m，即可計(jì)算出頂模板上面荷載的大小。

3.4.1.2 混凝土測(cè)壓計(jì)算

根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162-2008），計(jì)算得臺(tái)車側(cè)模板墻身處的側(cè)壓力42.03 kPa。

3.4.1.3 振搗混凝土產(chǎn)生的荷載

對(duì)水平面模板可采用2.0 kPa；對(duì)垂直面模板可采用4.0 kPa（作用范圍在新澆筑混凝土側(cè)壓力的有效壓頭高度之內(nèi)）。

3.4.2 荷載組合

強(qiáng)度荷載工況組合：1.2模板自重+1.2鋼筋混凝土自重+1.4混凝土側(cè)壓+1.4振搗混凝土荷載。

剛度荷載工況組合：1.0自重+1.0鋼筋混凝土自重+1.0混凝土側(cè)壓。

3.4.3 建立有限元模型分析驗(yàn)算

3.4.3.1 模板臺(tái)車的強(qiáng)度驗(yàn)算

經(jīng)運(yùn)算分析，工況一荷載情況下，模板臺(tái)車產(chǎn)生最大組合應(yīng)力如圖3所示。計(jì)算結(jié)果顯示下模板最大組合應(yīng)力為拉桿處的187.7 MPa，＜σ=215 MPa，模板強(qiáng)度滿足要求。

3.4.3.2 模板臺(tái)車的剛度驗(yàn)算

計(jì)算結(jié)果顯示見圖4，模板最大的位移為4.02 mm，在模板臺(tái)車兩端，屆時(shí)施工過程中會(huì)有端模約束，能滿足變形要求。支撐桁架的最大位移為4 mm左右，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JIG/T 3650-2020）結(jié)構(gòu)表面外露的模板，撓度為模板構(gòu)件跨度的1/400。所以3.11 mm<4 000/400=10 mm。故模板臺(tái)車的剛度滿足要求［3］。

3.4.3.3 模板臺(tái)車穩(wěn)定性驗(yàn)算

模板臺(tái)車進(jìn)行屈曲分析時(shí)，荷載工況?。鹤灾?鋼筋混凝土自重+混凝土側(cè)壓。經(jīng)運(yùn)算分析，施工階段屈曲特征值見表1所示。由計(jì)算結(jié)果顯示，1階模態(tài)特征值為4.528 848，即穩(wěn)定系數(shù)大于規(guī)范要求經(jīng)驗(yàn)值4，因此該模型臺(tái)車穩(wěn)定性能滿足要求。

綜上分析可知，模板臺(tái)車的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿足要求，能適應(yīng)不同荷載組合。

4 模板臺(tái)車施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 預(yù)埋件安裝

預(yù)埋件均點(diǎn)焊或綁扎在墻身鋼筋上，以便固定。根據(jù)整體式移動(dòng)模板臺(tái)車的斜撐位置，在底板兩側(cè)倒角處，分別預(yù)埋36根直徑22 mm的地腳預(yù)埋螺栓，螺栓螺紋部分用透明膠包裹好，防止混凝土凝結(jié)在上面影響螺母安裝。預(yù)埋位置如圖5所示。

框架邊墻處澆注標(biāo)高為底板倒角以上12.4 cm處預(yù)埋[JP]d25 mm的PVC管，后續(xù)用于插入d22 mm鋼筋（12.4 cm指的是倒角頂部至PVC管底部?jī)艟啵┳鳛閭?cè)模板豎向支撐桿，用于框架橋墻身模板的豎向承重，間距為50 cm?，F(xiàn)場(chǎng)若缺少相應(yīng)材料，也可用其他尺寸的PVC管跟鋼筋代替，但其原則必須是保證插入的鋼筋頂面至倒角頂部距離為15 cm，且鋼筋應(yīng)≥18 mm。

4.2 軌道安裝

測(cè)量人員在底板上層鋼筋放樣標(biāo)明三條軌道中心線，將鋼軌擺放到位，鋼軌接長(zhǎng)采用魚尾板，在離軌道中心線兩側(cè)埋設(shè)M16的高強(qiáng)膨脹螺栓，用于錨固模板臺(tái)車軌道，螺栓間距為2 m。

4.3 模板臺(tái)車組裝

移動(dòng)式模板臺(tái)車的所有構(gòu)建在工廠進(jìn)行分塊預(yù)制，拉運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后整體組裝。模板臺(tái)車安裝順序從下至上依次進(jìn)行，具體流程如下：

（1）擺放楔形塊支座。在軌道兩側(cè)根據(jù)軌道對(duì)稱擺放楔形塊，楔形塊中心間距為24 cm，楔形塊擺放位置見圖6。

（2）安裝平車。利用吊車配合人工，將三根平車縱梁放置在楔形塊支座上，要求擺放跟軌道對(duì)齊。

（3）安裝平車橫聯(lián)。先安裝完兩平車間橫聯(lián)再安裝另兩平車間橫聯(lián)，平車橫聯(lián)采用螺栓與平車連接，連接過程中，如發(fā)現(xiàn)螺栓孔對(duì)應(yīng)不上，可人工撬動(dòng)微調(diào)平車使螺栓孔對(duì)齊。

（4）安裝橫梁。利用吊車配合人工，將橫梁放置在平車設(shè)計(jì)位置上，在安裝鎖緊裝置，鎖緊裝置每個(gè)螺栓均上兩顆螺母，縮進(jìn)裝置的U型螺栓應(yīng)保證受力垂直平車橫梁。

（5）立柱安裝。利用吊車配合人工先單獨(dú)將所有立柱全部安裝，再安裝立柱橫聯(lián)，安裝過程中，立柱與縱梁之間的螺栓不必?cái)Q緊，以便安裝立柱橫聯(lián)時(shí)微調(diào)位置，待上縱梁安裝完成后，可擰緊立柱與縱梁的螺栓。

（6）安裝縱梁。利用吊車配合人工將縱梁與立柱頂部用螺栓連接。

（7）安裝貝雷片。先在地面將貝雷片練成一片，再逐片吊裝至縱梁上進(jìn)行連接，待所有貝雷片安裝完成后，再安裝貝雷片間的支撐架以及貝雷片斜撐。

（8）安裝模板。逐節(jié)安裝模板，先安裝頂模板，再安裝倒角模板，最后安裝內(nèi)側(cè)模板，模板之間均采用螺栓連接。側(cè)模板安裝時(shí)，可用墻身預(yù)埋PVC管內(nèi)的鋼筋臨時(shí)支撐，內(nèi)側(cè)模版到位后，先與倒角模板連接，再安裝液壓伸縮裝置。

（9）臺(tái)車移動(dòng)安裝。安裝千斤頂支撐橫梁，將內(nèi)模板收回，拆除楔形塊支座，回收千斤頂將臺(tái)車降下至軌道，千斤頂上升下降應(yīng)保持同一水平同步運(yùn)作，啟動(dòng)電機(jī)整體移動(dòng)到位，再用千斤頂頂升臺(tái)車高于設(shè)計(jì)1cm，內(nèi)模板打開緊貼墻身，插入倒角上部墻身鋼筋至PVC管內(nèi)，用于支撐側(cè)模板；將臺(tái)車下降直至側(cè)模板落在墻身預(yù)埋鋼筋上，鋼筋承受側(cè)模板豎向荷載，然后將楔形快支座放置臺(tái)車下方，調(diào)節(jié)支座完全貼合支撐臺(tái)車，卸下千斤頂，安裝立柱拉桿防止臺(tái)車左右移動(dòng)，臺(tái)車整體移動(dòng)安裝到位完成，進(jìn)行下一步工序［4］。

4.4 墻身頂板鋼筋安裝

將墻身上部豎向主筋以及頂板鋼筋提前綁扎預(yù)埋好。底板澆筑時(shí)注意沉降縫位置預(yù)埋遇水膨脹橡膠止水帶和預(yù)留沉降縫位置填塞材料選用2 cm厚浸瀝青軟木條及相關(guān)防水設(shè)施。搭設(shè)完成后復(fù)核模板頂標(biāo)高，確定混凝土頂面位置并在模板上做好明顯的標(biāo)記。

4.5 墻身外模板及端模板安裝

模板采用6 mm厚鋼模板，模板安裝應(yīng)位置正確、平順、穩(wěn)固、無錯(cuò)臺(tái)，模板通過墻身底部預(yù)留的拉桿孔內(nèi)的鋼筋支撐，模板先在平整地面連接成整體，再用吊車配合人工整體吊裝固定。

模板嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求安裝，每塊模板之間用螺栓聯(lián)結(jié)，采用18 mm拉桿拉牢，外套PVC管。澆筑混凝土前要求施工員加強(qiáng)檢查每個(gè)拉桿扣件是否擰緊連接牢固。

4.6 墻身頂板混凝土澆筑

墻身頂板混凝土用吊車起吊卸料斗澆筑。墻身和頂板混凝土采用水平分層方法分段澆筑，新澆筑混凝土每層控制為30 cm，使用插入式振搗器?；炷猎谶M(jìn)行振搗時(shí)，振搗棒的振搗間距不能超過半徑的1.5倍，振搗點(diǎn)按梅花狀布置，每個(gè)振搗點(diǎn)振搗時(shí)間為20～30 s，并遵循“快插慢拔”的原則［5］。

5 工期和經(jīng)濟(jì)效益分析

傳統(tǒng)滿堂支架模板用于框架橋施工，需要花費(fèi)大量的時(shí)間搭設(shè)支架模板，而且每節(jié)段的施工，都需要重新拆除搭設(shè)模板，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。

模板臺(tái)車組裝時(shí)間需要3 d，需要一個(gè)8人班組及一輛吊車配合，一座框架橋僅需要組裝一次，后續(xù)模板臺(tái)車移動(dòng)就位無須吊車，僅需2名工人。滿堂支架模板搭設(shè)需要5 d，一座框架橋需要搭設(shè)3次，每次搭設(shè)均需要一個(gè)8人班組及一臺(tái)吊車配合。每座框架橋的模板臺(tái)車在支模工序方面較滿堂支架節(jié)約成本（8×3×5×400+3×5×1 800）-（8×3×400+3×1 800）=（48 000+27 000）-（9 600+5 400）=60 000元。

采用裝配式模板臺(tái)車用于框架橋施工，能夠減少施工工期以及節(jié)約人工機(jī)械成本。

6 結(jié)語

新型裝配式框架橋模板臺(tái)車通過整體裝配式的設(shè)計(jì)，用臺(tái)車代替原來需要反復(fù)安裝的支架、模板，僅需在施工第一節(jié)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)需要拼裝臺(tái)車，后續(xù)節(jié)段施工僅需將臺(tái)車沿軌道移動(dòng)到固定位置，即可進(jìn)行內(nèi)支架模板的安裝工序，有效減少支架模板安裝工序的耗時(shí)。模板臺(tái)車整體移動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，側(cè)模板采用合頁式設(shè)計(jì)，側(cè)模板僅需控制液壓桿即可完成安拆，無須再另外使用起吊設(shè)備，減少支模工序的人工和機(jī)械成本。對(duì)比傳統(tǒng)支架、本工法使用臺(tái)車結(jié)構(gòu)經(jīng)過有限元軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)，從理論上保證了該結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能夠應(yīng)對(duì)較惡劣的大風(fēng)天氣環(huán)境。

臺(tái)車主梁支撐體系采用通用的貝雷梁，可周轉(zhuǎn)使用到鋼棧橋等結(jié)構(gòu)，通用性較強(qiáng)，其余桿件亦可應(yīng)用至其他支架體系，結(jié)構(gòu)桿件可周轉(zhuǎn)率高，值得推廣應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：熊桃慧（1987—），工程師，主要從事道路橋梁施工技術(shù)管理工作。