承臺墩身整體預(yù)制自動開合模板的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：港珠澳大橋CB05標(biāo)淺水區(qū)非通航孔橋采用“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”的建設(shè)理念，全橋共有62個墩臺，承臺墩身采用一次性整體預(yù)制施工工藝，針對整體預(yù)制模板設(shè)計成整體自動開合，在整體預(yù)制施工中起到至關(guān)重要的作用，并為今后同類型橋梁施工提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞：港珠澳大橋；承臺墩身；整體預(yù)制；自動開合模板；模板設(shè)計 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2015）27-0018-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.010

1 工程簡介

港珠澳大橋CB05標(biāo)非通航孔橋共62個橋墩，承臺尺寸為15.6m×11.4m×4.5m（橫橋向×縱橋向×承臺厚度），四周倒以圓角。墩身截面尺寸為11m×3.5m（橫橋向×縱橋向），墩身高在11～14m之間，順橋向壁厚0.8m，橫橋向壁厚1.2m。

承臺與墩身采用一次性整體預(yù)制，針對整體預(yù)制模板設(shè)計成整體自動開合，其結(jié)構(gòu)形式采用大桁架、大塊件方式。該套模板體系合模與開模狀態(tài)的實(shí)物圖如圖1和圖2所示：

圖1 承臺墩身一體化

模板合模圖 圖2 承臺墩身一體化

模板開模圖

2 模板設(shè)計

模板以與預(yù)制構(gòu)件匹配、安全牢固、操作方便、性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)耐用、美觀的原則設(shè)計。承臺及底節(jié)墩身預(yù)制模板主要由底模體系、外側(cè)模體系、外側(cè)空間桁架體系、內(nèi)側(cè)模板體系、液壓系統(tǒng)體系、自走行體系六個體系組成。

2.1 底模部分

底模由10mmQ235熱軋平直鋼板、I100內(nèi)楞及8mm加勁板組成。底模在兩側(cè)滑道位置處設(shè)置活動塊，以便于下沉移開，避讓橫移車移運(yùn)預(yù)制節(jié)段。底模活動塊自帶支架及螺桿頂，以便澆筑階段支撐及拆模時下沉活動塊。

2.2 外側(cè)模體系

墩身外側(cè)模板采用由（1+8）316L、Q235B熱軋鋼板復(fù)合而成的不銹鋼復(fù)合板，內(nèi)楞由I12型鋼及8mm筋板組成。墩身模板按最高節(jié)段配置。承臺外側(cè)模采用10mm鋼板為面板，I126間距300mm作為內(nèi)肋、2I250為外肋的結(jié)構(gòu)形式。承臺外側(cè)模板采用“側(cè)包底”的方式與底模相連接。模板在運(yùn)輸及吊運(yùn)能力范圍之內(nèi)，堅持盡可能大塊的原則，確?；炷镣庥^美觀。

模板連接除需拆分部位外，其他分塊均采用螺栓連接鎖死，施工過程中無需拆開。

2.3 外側(cè)空間桁架體系

外側(cè)桁架為□200×6、□140×6等型號方鋼組成的平面桁架，采用豎向腹桿及斜腹桿串聯(lián)成空間桁架。承臺外桁架橫縱桁架組成一整體，分左右兩半。左右兩側(cè)桁架采用Φ32精軋螺紋鋼連接成一整體，共同整體受力。

2.4 內(nèi)側(cè)模板體系

內(nèi)模分底部喇叭段、中間直線段、頂部喇叭段及頂部濕接縫段四段。內(nèi)模高度與墩身高度匹配，實(shí)現(xiàn)以內(nèi)模高度控制墩身高度。內(nèi)模在墩身鋼筋綁扎時同步拼裝，在承臺鋼筋整體橫移就位后，與墩身鋼筋一起整體吊裝插入承臺鋼筋內(nèi)，墩身鋼筋與內(nèi)模支撐在墩身鋼筋與內(nèi)模支撐板凳上。

2.5 液壓體系

為提高模板裝拆效率，在模板體系中設(shè)計液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)沿模板開合方向分成兩套液壓體系，每側(cè)一套。每套體系由兩組液壓系統(tǒng)組成：一組控制模板體系的升降及承臺側(cè)模的開合；另一組控制墩身側(cè)模開合。每組液壓系統(tǒng)內(nèi)的油缸可以同步操作，也可以單獨(dú)操作，便于施工中對模板狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

2.6 自走行體系

自走行系統(tǒng)內(nèi)嵌入模板桁架體系內(nèi)部，由動力電機(jī)、主動輪及從動輪組成，實(shí)現(xiàn)模板由電機(jī)驅(qū)動，自行開合，方便操作，提高工作效率。

3 模板桁架體系計算

3.1 建模

承臺墩身一體化模板面板采用1mm（316L不銹鋼板）+8mm（Q235普通鋼板），模板內(nèi)楞采用I12.6，外楞采用I25b，模板桁架上下水平弦桿采用方通200mm×6mm鋼管，腹桿及連接桿采用方通140mm×6mm鋼管，豎向油缸支腿采用方通300mm×10mm鋼管，水平油缸支腿采用方通160×10mm鋼管，桁架連接螺桿采用Ф32精軋螺紋鋼，絲桿撐采用Ф80螺紋鋼。利用MIDSA建立整體模型，如圖3所示：

圖3 預(yù)制承臺模板整體模型 圖4 模板加載圖（桁架未示）

3.2 模型加載荷載

出于安全考慮，取混凝土澆筑到底節(jié)墩身頂面工況作為計算工況，有效壓頭范圍內(nèi)新澆混凝土模板側(cè)壓力沿豎向線性變化，有效壓頭以下至承臺底面范圍內(nèi)按照最大側(cè)壓力施加均布荷載，下端承臺模板荷載按照承臺模板最大側(cè)壓力施加，底節(jié)墩身模板荷載按照墩身模板最大側(cè)壓力施加（如圖4）；振搗荷載及混凝土澆筑水平荷載垂直于模板平面滿布，各荷載具體取值按照規(guī)范《路橋施工計算手冊》計算取值。

3.3 下端承臺模板整體檢算

經(jīng)模型分析計算，下端承臺模板桁架桿件最大組合應(yīng)力為191.5MPa，均發(fā)生在水平弦桿上，面板最大有效應(yīng)力37MPa，依據(jù)模板設(shè)計說明，模板型材均采用Q345B鋼材，強(qiáng)度設(shè)計值為310MPa，面板采用Q235B鋼材，強(qiáng)度設(shè)計值為215MPa，強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。下端承臺模板桁架撓度最大為9.7mm，根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范，桁架允許撓度為計算跨徑的1/400，剛度滿足規(guī)范要求。

3.4 上端墩身模板整體檢算

經(jīng)模型分析計算，上端底節(jié)墩身模板桁架桿件最大組合應(yīng)力為212.5MPa，均發(fā)生在水平弦桿上，面板最大有效應(yīng)力62MPa，依據(jù)模板設(shè)計說明，模板型材均采用Q345B鋼材，強(qiáng)度設(shè)計值為310MPa，面板采用Q235B鋼材，強(qiáng)度設(shè)計值為215MPa，則上端底節(jié)墩身模板強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.5 承臺模板桁架各類桿件內(nèi)力檢算

模板桁架主要受力桿件由不同截面方通型鋼組成，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，承臺各類桿件最大拉力、最大壓力、各主要受力桿件強(qiáng)度及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

3.6 承臺模板桁架連接螺栓強(qiáng)度檢算

承臺模板外空間桁架由橫縱桁架組成一整體，分為左右兩半，左右兩側(cè)桁架采用Ф32精軋螺紋鋼連接成一整體共同受力，每根桿件采用四根螺紋鋼連接。根據(jù)模板整體建模計算，桁架拼接處桿件軸力最大為65.8t，則單根Ф32精軋螺紋鋼軸力為16.5t。Ф32精軋螺紋鋼抗拉承載力設(shè)計值取450MPa，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，單根鋼筋Ф32精軋螺紋鋼抗拉承載力設(shè)計值為36.2t>16.5t，則模板桁架連接螺栓強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.7 模板面板剛度檢算

預(yù)制承臺模板面板由1mm（316L不銹鋼板）+8mm（Q235普通鋼板）組成，根據(jù)模板設(shè)計圖，模板下端承臺部分內(nèi)楞間距300mm，底節(jié)墩身部分內(nèi)楞間距350mm，有效壓頭高度以下模板側(cè)壓力均布，下端承臺模板側(cè)壓力較上端墩身模板側(cè)壓力小，因此僅取內(nèi)楞間距為350mm的墩身模板面板進(jìn)行檢算。內(nèi)楞間距350mm，外楞間距1445mm，兩邊方向長度比大于2，故按照單向板進(jìn)行計算。取1m寬度進(jìn)行計算，則面板撓度：

根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范要求，鋼模板面板撓度不得大于1.5mm，故剛度滿足規(guī)范要求。

4 整體自動開合系統(tǒng)

為方便模板裝拆效率，減小施工機(jī)械的投入，在模板體系中設(shè)計液壓系統(tǒng)達(dá)到整體開合的目的。液壓系統(tǒng)由泵站動力系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、液壓管道系統(tǒng)及液壓千斤頂系統(tǒng)組成，每套系統(tǒng)由1套泵站、12支50t豎向油缸、20支15t水平拉力油缸等組成。布設(shè)自走行系統(tǒng)，它由動力電機(jī)、主動輪及從動輪組成，實(shí)現(xiàn)模板由電機(jī)驅(qū)動，自行開合，方便操作，提高工作效率。

開合原理：精確控制開合軌道，要求控制軌道的標(biāo)高和線型兩個指標(biāo)；利用自走行系統(tǒng)主動輪牽引模板桁架體系進(jìn)行模板自動開合，開合后采用液壓系統(tǒng)中豎向頂調(diào)整模板的垂直度，控制精度滿足施工要求，從而做到模板自動開合。

脫模原理：承臺墩身整體模板桁架體系總重量達(dá)到約420t，脫模順序?yàn)橄榷踢吅箝L邊。短邊模板采用液壓脫模，長邊模板采用自重沉降式脫模。具體操作為：先將模板四條邊之間的連接螺栓解除，再解除桁架之間的連接拉桿，利用短邊方向的水平方向液壓千斤頂將短邊模板拉脫懸掛在短邊方向的桁架上拆除短邊模板，最后將長邊桁架支腿豎向千斤頂回油，利用重力作用將模板桁架與混凝土脫開，從而達(dá)到脫模目的。

5 模板制作安裝、使用及注意事項(xiàng)

5.1 模板制作安裝

承臺墩身預(yù)制節(jié)段模板采用大塊鋼模板，鋼模板按照批準(zhǔn)的圖紙在大型的專業(yè)廠家制作。模板進(jìn)場前在工廠預(yù)拼，檢查合格后方可運(yùn)送至施工現(xiàn)場。此外，模板焊縫要求飽滿，不得有漏焊、假焊等現(xiàn)象，模板漆噴涂前必須將表面的浮銹、焊渣、灰層清除干凈，模板連接法蘭的螺栓孔必須采用鉆床成孔，模板在運(yùn)輸過程中不得變形，模板要求噴涂油漆三道、鐵紅環(huán)氧脂底漆一道、面漆二道，并編號。模板安裝分底模拼裝、模板體系組拼、模板合模檢查三步進(jìn)行。

5.2 模板使用

模板組拼好后沿模板開合方向分為兩部分，兩部分在各自走行電機(jī)驅(qū)動下自行開合，在每一部分中受力桁架、長邊承臺模板、長邊墩身模板三者固結(jié)成整體，短邊承臺模板、短邊墩身模板由導(dǎo)管及套管固定在受力桁架上由平移液壓千斤頂推動進(jìn)行開合。

5.3 模板使用注意事項(xiàng)

嚴(yán)格遵守模板的使用步驟，嚴(yán)禁在模板與承臺墩身之間為脫開之前，強(qiáng)行使用走行系統(tǒng)生拉硬拽脫模。豎向液壓系統(tǒng)主要起到調(diào)整垂直度的作用，垂直度調(diào)整應(yīng)該在模板合模后承臺底部模板未固結(jié)前進(jìn)行。整體模板迎風(fēng)面積大，在打開狀態(tài)時必須固結(jié)。

6 結(jié)語

港珠澳大橋CB05標(biāo)淺水區(qū)非通航孔橋共62個橋墩，采用此套模板體系已成功完成了承臺墩身的預(yù)制，使用方便，操作簡單。該桁架模板體系使得單座承臺墩身的預(yù)制周期可壓縮在7天以內(nèi)，工期有保證。已預(yù)制的承臺墩身各項(xiàng)測量檢驗(yàn)指標(biāo)均滿足設(shè)計與規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期的目的，為以后的整體化預(yù)制施工提供了很好的思路與借鑒。

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作者簡介：劉志勇（1982-），男，中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司工程師，一級建造師，研究方向：道路與橋梁

工程。

（責(zé)任編輯：周 瓊）