2000t級(jí)大截面魚腹式箱梁模板設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

王洪濤,杜麗琴,段軍朝

(中建三局股份公司工程總承包公司,武漢 430064)

2000t級(jí)大截面魚腹式箱梁模板設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

王洪濤,杜麗琴,段軍朝

(中建三局股份公司工程總承包公司,武漢 430064)

介紹武廣客運(yùn)專線新建武漢站工程2000t級(jí)大截面魚腹式箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性。重點(diǎn)闡述魚腹式箱梁模板設(shè)計(jì)、制作、安裝、板面處理及模板拆除等關(guān)鍵技術(shù);并通過采用有限元計(jì)算軟件模擬大截面魚腹式箱梁模板在施工中的實(shí)際工況,對(duì)模板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)的目的。工程實(shí)踐證明,2000t級(jí)大截面魚腹式箱梁模板設(shè)計(jì)與施工技術(shù)有效地保證了工程施工質(zhì)量。

鐵路客站;大截面魚腹式箱梁;模板;設(shè)計(jì);施工

1 工程簡(jiǎn)介

武廣客運(yùn)專線新建武漢站站房工程在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了上部大型建筑與下部橋梁共同作用的“橋建合一”的新穎設(shè)計(jì)理念。站房結(jié)構(gòu)主要由地下層、地面層、站臺(tái)層及上部大型鋼結(jié)構(gòu)屋架組成,建筑總高度59.3m,站房總建筑面積為332396m2。其中,站臺(tái)層是由10座平行的鐵路高架橋組成,每座橋梁之間的凈距僅為6m。橋梁結(jié)構(gòu)類型為:5-36m魚腹式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁+(22.1～34)m+48m+(22.1～34) m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁+5 -36m魚腹式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁,現(xiàn)澆魚腹式簡(jiǎn)支箱梁100片。如圖1所示。

圖1 武漢站剖切效果圖及單跨魚腹式箱梁效果圖

本工程魚腹式簡(jiǎn)支箱梁為全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),箱梁截面呈魚腹式單箱五室,橋面呈槽形;箱梁底板為魚腹式,梁底弧度從0°變至46.6°左右。梁長(zhǎng)36m,寬15.5m,高4.98m。箱梁采用C50高性能耐久性混凝土,單片箱梁混凝土方量達(dá)705m3,鋼筋用量為141t,預(yù)應(yīng)力鋼絞線用量15.35t,單片箱梁總質(zhì)量約為2026t。箱梁外觀設(shè)計(jì)要求為飾面清水混凝土。魚腹式簡(jiǎn)支箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖2。

圖2 2000t魚腹式簡(jiǎn)支箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面示意(單位:cm)

2 模板設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

2.1 魚腹式箱梁模板設(shè)計(jì)

(1)由于本工程魚腹式箱梁體量大、結(jié)構(gòu)造型特殊,且魚腹式箱梁底板為空間曲面,在模板設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)2000t級(jí)魚腹式箱梁結(jié)構(gòu)造型,魚腹式箱梁外模均采用全鋼模板,鋼模模板面板采用8mm-Q235 (GB700)熱軋鋼板,模板的主肋沿箱梁長(zhǎng)度方向布置,主肋選用[10槽鋼,間距在箱室范圍內(nèi)按300～350 mm布置,腹板處適當(dāng)加密為250mm間距。

根據(jù)2000t級(jí)魚腹式箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),為確保模板板面曲面順暢,鋼模板加工采用沖壓技術(shù)成型,再將模板進(jìn)行整體拼裝,使箱梁縱向模板水平接縫順直、橫向接縫順暢與水平接縫垂直,滿足裝飾清水混凝土的裝飾性要求的外觀質(zhì)量。箱梁外模拼裝后標(biāo)準(zhǔn)段示意見圖3。

圖3 箱梁外模拼裝后標(biāo)準(zhǔn)段示意

(2)箱梁內(nèi)模采用木模,內(nèi)模的裝卸采用“整裝散拆”方式進(jìn)行。內(nèi)模板的加工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的吊運(yùn)能力及施工的便利性,每3m為一單元,然后再在原位進(jìn)行組裝。

內(nèi)模板與外模板之間的連接采用特制Tr22螺桿;內(nèi)模與內(nèi)模之間采用直徑為14mm的普通對(duì)拉螺桿。內(nèi)模板采用18mm厚的竹膠板,木楞采用為5cm× 10cm的方木,支撐體系為型鋼支撐。

箱梁外模與內(nèi)模、內(nèi)模與內(nèi)模之間采用對(duì)拉螺桿連接,以防止內(nèi)模板移動(dòng)和上浮。對(duì)拉螺桿位置的設(shè)置根據(jù)有限元模擬箱梁內(nèi)模在混凝土澆筑過程中的受力狀態(tài)以及箱梁外觀裝飾孔的留設(shè)而綜合確定。內(nèi)模與內(nèi)模之間采用普通對(duì)拉螺桿,外模與內(nèi)模之間采用特制的對(duì)拉螺栓。在對(duì)拉螺桿設(shè)計(jì)中,螺桿堵錐頭起到連接螺桿、在混凝土面形成裝飾成孔以及限位的作用。箱梁模板支撐體系及對(duì)拉螺桿設(shè)置見圖4,內(nèi)、外模板之間的直桿對(duì)拉螺栓見圖5。

圖4 箱梁模板支撐體系及對(duì)拉螺桿設(shè)置示意

圖5 內(nèi)、外模板之間的直桿對(duì)拉螺栓示意(單位:mm)

(3)鋼模板外架體系采用型鋼胎架,模板分塊的劃分根據(jù)魚腹式箱梁對(duì)外觀飾面清水混凝土裝飾效果的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)備的起重能力進(jìn)行劃分;模板分塊原則按定型化、整體化、模數(shù)化、通用化。箱梁模板設(shè)計(jì)與加工必須根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)圖紙,充分考慮不同梁跨模板之間的配模以及流水作業(yè)和模板周轉(zhuǎn)使用次數(shù)。箱梁外模加工分塊見圖6。

圖6 箱梁外模加工分塊示意(單位:mm)

2.2 魚腹式箱梁模板體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于本工程魚腹箱梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜,自重大,其模板體系設(shè)計(jì)施工復(fù)雜,為了確保2000t級(jí)魚腹箱梁模板的設(shè)計(jì)可靠性、經(jīng)濟(jì)性和合理性。根據(jù)模板形狀特點(diǎn),對(duì)模板實(shí)體結(jié)構(gòu)建立有限元整體模型,受力過程充分考慮了混凝土澆筑速度,澆筑高度,分層狀況及內(nèi)外模相互作用等影響(圖7)。通過有效的模擬分析,展示出2000t級(jí)魚腹式箱梁模板體系的薄弱點(diǎn)以及可優(yōu)化部位,從而實(shí)現(xiàn)既確保安全,又體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的目的。

圖7 模板體系有限元分析計(jì)算

首先根據(jù)有限元分析出模板體系的薄弱桿件,根據(jù)分析結(jié)果,對(duì)薄弱桿件應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè),可以有效地掌握混凝土澆筑過程中桿件應(yīng)力變化,從而可有效化解超重復(fù)雜內(nèi)力作用的模板體系風(fēng)險(xiǎn)(圖8、圖9)。

圖8 有限元分析監(jiān)測(cè)桿件

圖9 7號(hào)右桁架測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化趨勢(shì)

2.3 魚腹式空間曲面結(jié)構(gòu)模板制作技術(shù)(圖10)

由于本工程魚腹式箱梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在模板加工制作中,需關(guān)鍵控制模板不同截面的尺寸與弧度的變化、模板支撐體系、拼縫、平整度、光潔度等指標(biāo)。

圖10 模板支架體系與整體拼裝

模板加工必須選擇實(shí)力雄厚的加工企業(yè),采用大型鋼模加工設(shè)備進(jìn)行制作(如:大型銑邊機(jī)、數(shù)控切割機(jī)、剪板機(jī)、校直機(jī)等設(shè)備)。鋼龍骨在組裝前必須調(diào)直,龍骨盡量不用接頭,如確需連接,接頭部位必須錯(cuò)開布置。

為保證鋼模板組合效果,在模板出廠前必須進(jìn)行預(yù)拼裝,對(duì)模板表面的平整度、截面尺寸、弧度、模板拼縫、模板螺栓連接體系進(jìn)行驗(yàn)收,以保證模板加工質(zhì)量滿足施工要求。預(yù)拼完成后,采用油漆在模板背面進(jìn)行編號(hào),以確保進(jìn)場(chǎng)后模板拼裝順利與模板設(shè)計(jì)一致。

模板在運(yùn)輸過程中,使用臨時(shí)模板運(yùn)輸支架將模板固定,防止鋼模板變形。

3 大截面魚腹式箱梁模板安裝技術(shù)(圖11)

(1)在模板安裝之前,為了消除鋼模板及支架體系的非彈性變形,必須對(duì)箱梁施工支架體系平臺(tái)及箱梁底模進(jìn)行預(yù)壓;并對(duì)箱梁支架體系進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè),以確保支架體系的安全性和收集彈性變形數(shù)據(jù),為箱梁施工預(yù)拱度的設(shè)置提供有效、可靠的依據(jù)。

(2)箱梁模板安裝時(shí),采取從中間向兩端對(duì)稱的順序進(jìn)行,以避免從一端向另一端安裝過程中造成積累誤差。在模板安裝前,必須精確測(cè)設(shè)箱梁的中心線及平面位置后,再根據(jù)模板設(shè)計(jì)的劃分尺寸從中間向兩邊對(duì)稱進(jìn)行、先下后上的安裝順序進(jìn)行安裝。

(3)在模板安裝前,必須對(duì)模板的平面定位進(jìn)行復(fù)測(cè),同時(shí)還需對(duì)模板編號(hào)、尺寸、平整度、弧度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核。

(4)在箱梁模板安裝過程中,每安裝一塊對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)調(diào)整一次,特別應(yīng)對(duì)模板的平整度、相鄰模板之間的拼縫錯(cuò)臺(tái)以及平面位置、高程進(jìn)行嚴(yán)格控制。模板安裝過程中,相鄰模板之間先采用臨時(shí)連接,在整跨箱梁模板安裝完畢后,再對(duì)每塊模板進(jìn)行聯(lián)合調(diào)整,以保證高程、平面位置、尺寸以及模板板面的光滑圓順、模板接縫橫平豎直;最后,對(duì)模板的加固體系進(jìn)行重新緊箍,以滿足箱梁施工過程中對(duì)模板體系穩(wěn)定性、安全性、剛度的要求。

模板工程高程調(diào)節(jié)采用千斤頂,千斤頂與模板、分配梁應(yīng)對(duì)中,千斤頂應(yīng)在頂部采取抗滑動(dòng)措施,模板施工過程中應(yīng)有確保模板縱橫向錯(cuò)動(dòng)的加固措施,防止千斤頂大片傾覆。

圖11 箱梁模板安裝

4 大截面魚腹式箱梁清水混凝土模板表面處理技術(shù)(圖12)

模板板面的清理是保證清水混凝土外觀質(zhì)量的關(guān)鍵。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的多次試驗(yàn),選擇優(yōu)質(zhì)的樹脂類模板漆;此類模板漆不僅脫模效果好,而且對(duì)混凝土的外觀效果有很好的改善作用。模板在模板漆的涂刷不僅要按照材料說明執(zhí)行,而且還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:

(1)采用角磨機(jī)將模板表面的鐵銹及殘留混凝土屑清理干凈,再進(jìn)行表面除油污處理,最后使用潮濕、干凈的抹布清洗模板板面,保證模板板面清潔;

(2)待模板板面干透后,均勻涂刷優(yōu)質(zhì)模板漆1～2度,不能過厚或過薄,刷涂量以10～15m2/kg為宜。模板漆涂刷完成16h以內(nèi),不得淋雨;特別是涂刷完成1h以內(nèi),涂層不宜暴露在揚(yáng)塵中,如空氣中揚(yáng)塵較大,采取遮蓋措施;模板漆表干前,不得用手或其他物件觸碰;

(3)拆模后對(duì)涂層局部破壞處,可用砂紙將破壞處及周邊50mm范圍內(nèi)打毛后再涂。破損嚴(yán)重需重新進(jìn)行模板清理及模板漆的涂刷。

圖12 箱梁模板板面除銹與模板漆涂刷

5 魚腹式箱梁內(nèi)模施工技術(shù)(圖13)

(1)內(nèi)模安裝在箱梁底板和腹板鋼筋以及預(yù)應(yīng)力波紋管安裝并驗(yàn)收合格后進(jìn)行,內(nèi)模安裝之前必須采用高壓風(fēng)和高壓水槍將箱梁底板板面上的雜質(zhì)清理干凈;對(duì)殘留在箱梁底板上的扎絲、木塊、鐵件等雜物采用人工進(jìn)行清理。

(2)內(nèi)模的支撐可采用鋼支撐或木支撐體系。其安裝的位置、間距必須滿足設(shè)計(jì)要求,混凝土的振搗口、預(yù)留人洞口的設(shè)置必須按照事先設(shè)計(jì)方案進(jìn)行留設(shè)。

(3)模板安裝前先檢查模板板面是否清理干凈,以及鋼筋保護(hù)層墊塊是否按照預(yù)先制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布設(shè);在內(nèi)模安裝完成后必須檢查混凝土墊塊是否有損壞,如有損壞必須對(duì)損壞墊塊進(jìn)行更換;模板拼縫應(yīng)采用寬膠帶進(jìn)行粘貼,以防止漏漿。

(4)模板安裝前先檢查箱梁內(nèi)預(yù)留預(yù)埋件的數(shù)量、位置是否準(zhǔn)確,固定是否牢靠。內(nèi)模安裝完畢后,檢查各部位尺寸是否準(zhǔn)確,對(duì)拉螺桿的連接是否牢固,數(shù)量、位置是否滿足模板設(shè)計(jì)方案。

圖13 箱梁內(nèi)模板安裝及內(nèi)模支撐體系

6 模板拆除(圖14)

(1)內(nèi)模須在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上方可進(jìn)行拆除。在內(nèi)模拆除過程中盡量保證模板板面的完好率,以便于能夠再次周轉(zhuǎn)使用。

(2)箱梁外模拆除

混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到85%時(shí),將兩端端模及非標(biāo)準(zhǔn)段模板脫模,確保預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)應(yīng)力不損失。腹板預(yù)應(yīng)力張拉部分,即能夠承受梁體自重后,脫箱梁標(biāo)準(zhǔn)段模板。

外模脫模時(shí)靠自重脫模,先將模板之間的連接拆除,后松懈千斤頂,模板應(yīng)逐塊由兩側(cè)向中間拆除,千斤頂松懈時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行,并在其下加墊枕木作為安全措施。模板拆除過程中不得采取強(qiáng)硬措施,避免對(duì)混凝土外觀的損傷。

圖14 拆模后的魚腹式箱梁

7 結(jié)語(yǔ)

武廣客運(yùn)專線新建武漢站工程2000t級(jí)大截面現(xiàn)澆魚腹式簡(jiǎn)支箱梁模板結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,為了確保箱梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及外觀飾面清水混凝土施工效果。在模板設(shè)計(jì)與施工時(shí)必須深入細(xì)化、注重細(xì)節(jié),不僅要考慮模板使用的安全性、穩(wěn)定性、強(qiáng)度可靠性,還要充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)模板的安裝拆卸便利性并為操作人員提供良好的作業(yè)環(huán)境。

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Key Technologies of Design and Construction of Formworks of 2000 tons Large Cross-section Fish-bellied Box Girder

WANG Hong-tao, DU Li-qin, DUAN Jun-chao
(General Contracting Company of China Construction Third Engineering Bureau, Wuhan 430064, China)

This paper introduces the structure characteristics of the formworks of 2 000 tons large cross-section fish-bellied box girder of new Wuhan Station in Wuhan-Guangzhou Passenger-dedicated Line,especially focuses on the key technologies of the formworks of fish-bellied box girder including design,production,installation,surface treatment and removal etc.The finite element software was used to simulate the practical conditions of the formworks in the process of construction and optimize the formwork structures for the purposes of safety and good economic benefit.The engineering practice proves that with above technologies of design and construction of the formworks,the construction quality of the project can be ensured.

railway passenger station;large cross-section fish-bellied box girder;formworks;design; construction

U44

B

1004 -2954(2012)12 -0065 -04

2012-04-28

王洪濤(1970—),男,高級(jí)工程師,2010年畢業(yè)于華中科技大學(xué),工學(xué)碩士,E-mail:flyboy1129@163.com。