申維剛
(廣東省長大公路工程有限公司,廣 東廣州 510000)
港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域,由于大橋位置處于海域,大橋下部結構處于海水中;為減少海水對混凝土構件的侵蝕和影響,除對混凝土本身材料做特殊要求外,對于墩身的施工工藝也做了具體的要求;即對于墩身下構采用整體式預制施工方案。同時墩身內(nèi)不允許設置對拉螺桿孔;由于墩身高,體積大,一次性澆筑的方量大,故該下構預制對模板設計要求極高。
港珠澳大橋C B04合同段的起始墩為90#、終點墩為151#,包括深水區(qū)非通航孔橋7×(6×110 m)+(5×110 m)、江海直達船航道橋 110 m+129m+2×258m+129m+110 m、深水區(qū)非通航孔橋5×110m+4×110m。
整體式墩身為承臺+墩身+墩帽的形式,對于不同結構尺寸的預制構件,通過模板的變化、組合,滿足所有預制構件的寬度、高度要求。
整體式模板包含:承臺外模及門架支撐系統(tǒng)、芯模及預埋骨架、2.5m墩身外模及內(nèi)模系統(tǒng)、2.5m以上墩身外模及內(nèi)模系統(tǒng)等[1]。
承臺外模包含以下幾部分:底胎盤、承臺外模、移位門架(包含爬梯及操作平臺)、壓漿模板、2.5m墩身模板。其模板系統(tǒng)組裝如下圖1所示。
圖1 模板系統(tǒng)組裝示意圖
底模在加工和運輸過程中分為7塊,以滿足運輸和吊裝的要求;待底模運至現(xiàn)場后將7塊模板拼裝成一個整體;為了滿足承臺鋼筋籠的移運要求,待7塊底模拼成整體后,將中間3塊模板進行加強并焊接成一個整體,滿足在承臺底模和鋼筋籠移運過程中變形要求。同時在構件移運小車的位置各設置一個可拆除活動節(jié)。
承臺外模采取大面模板分塊技術,根據(jù)尺寸變化,分別在大面模板兩端及小面模板中間加調整板,實現(xiàn)模板的快速變化,提高面板質量。承臺外模采取小面模板包大面模板形式,大面模板在兩端分別設600mm調整節(jié),面板在中部采取柔性連接,其中分離桁架采取2種連接板定位,分別對應2種截面,如圖2所示;小面模板中部設900mm調整節(jié),如圖3所示。外模高度5m,滿足2種承臺高度。同時模板懸掛與調整也是關鍵,充分利用門架,實現(xiàn)承臺模板與墩身的整體性。
圖2 大面承臺模板調整節(jié)
圖3 小面承臺模板調整節(jié)
承臺模板移動及起升裝置,可通過油缸實現(xiàn)水平方向的前后移動調節(jié)(需行對移位門架調節(jié)+450mm以對應兩種承臺尺寸),左右方向利用長圓孔微調,高低通過旋轉調節(jié)支撐螺桿調節(jié)。
通過移位門架,使承臺模板和墩身模板形成一個整體,同時可實現(xiàn)模板的整體移動。移位門架立柱底部設有小車,每個小車都具備2兩個零位,分別對應4.5m和5 m承臺,在零位基礎上又各有一個+200 mm調整位,為小車轉轉方向時使用。
3.5.1 墩身外??偢艣r
承臺區(qū)墩柱根據(jù)高度及截面大小的不同共分10種形式。
墩身高度最小H=10.25m;最高H=11.5m。
截面尺寸分為三種分別為:10m×3.5m;10m×4m;12m×4m;
墩帽分為兩種形式:單曲墩帽(14m×3.5m);雙曲墩帽(14m×5m);
墩身外模主要由七大部分組成:墩帽模板、墩身模板、槽口模板、外模桁架、頂部橫移機構、底部橫移機構、爬梯護欄及操作平臺[2]。
模板設計形式:大面模板采用桁架支撐,模板與桁架之間采用螺栓連接,桁架兩端頭各設4根精軋螺紋鋼對拉;墩身小面模板采用背楞支撐,模板連接處設計為小面包大面的轉軸形式,便于旋轉脫模。圖4所示為墩身內(nèi)模示意圖。
圖4 墩身內(nèi)模(單位:mm)
3.5.2 墩帽模板設計
兩種不同截面的墩帽模板高度均為:H=8 m+0.5m(墩身);模板的通用是考慮最大限度的通用大塊模板,四個倒角由于斜率的不同需要新制。
3.5.3 墩身模板設計
墩身因高度及截面大小的不同共有12種形式:墩身高度最小為H=10.25m,最高為H=11.5m。
整體墩高度變化共有5種,調整節(jié)分別為:L=300/600/750/900,模板的調整采用不累加的形式。
墩身截面大小不同分為3種,分別為:10m×3.5m、10 m×4m、12 m×4m,調整模板分為L=2 m、L=0.5m。
截面方向,模板共分為12塊+4塊(調整節(jié)),調整節(jié)均設在大小面模板中央拼縫處位置,便于調節(jié)。
3.5.4 外模桁架設計
外模桁架滿足墩柱不同高度及截面尺寸變化。
主要包括四部分:墩帽桁架(單曲墩帽/雙曲墩帽)、墩身桁架、桁架立柱、桁架連桿。
(1)墩帽桁架
墩帽分為單曲(14m×3.5m)、雙曲(14m×5m)兩種形式,外模桁架以雙曲墩帽為標準設計,在組拼單曲墩帽時,需要在相應位置增加墊梁,來滿足拼裝要求。
(2)墩身桁架
墩身截面分為兩種形式:12m×4m和10m×3.5m,按照最大截面設計。桁架寬為中心線2.5m。腹桿間距中間部位為1.3m;對拉座位置為1.8m左右;內(nèi)外大立柱間距為10.0m;對拉桿間距為12.7m。
對墩身底部桁架及模板的處理:為便于安裝及對接的準確性,墩身底部0.5m模板處設20mm母口,2.5m模板處設20 mm子口,防止與2.5 m混凝土接縫處模板發(fā)生變形,出現(xiàn)嚴重錯臺,所以必須控制0.5m模板的變形,在0.5m桁架上設置了5個加強支撐。
(3)桁架立柱
立柱主要用于連接所有外模桁架,起到支撐整體外模的作用;與頂部橫梁連接,底部利用勾板與行走門架反扣,加強墩身模板系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其關鍵技術是在不解體情況下,對模板高度與寬度進行調整,滿足墩身變化要求。同時滿足模板的精確定位。
立柱結構主要包含以下幾部分:上套筒、下套筒、底部錨座及拉桿、高度調節(jié)頂升油缸、底部微調頂升油缸。
上、下套筒利用調節(jié)頂升油缸頂升插鋼銷的形式。立柱底部在澆筑狀態(tài)及合模前,均利用4根精軋螺紋鋼與門架錨固,頂部利用鋼銷與橫梁固定連接,防止模板因風載等因素發(fā)生傾翻。
(4)桁架連接桿
桁架連桿主要作用是,把外模桁架連接成一個整體。防止桁架大立柱之間部位產(chǎn)生撓度變形,尤其在模板增加調整節(jié)狀態(tài),模板與桁架的連接螺栓需要全部拆除,此時所有桁架僅靠與大立柱的連接,設計連桿支撐后,把所有桁架連接為一個整體,可減少桁架跨中部位的變形
3.5.5 頂部橫移機構
頂部橫移機構設置在兩側大立柱頂部,組成構件有:頂部連接橫梁、頂推支座、頂部橫移油缸、轉動鎖緊裝置。頂部橫移機構具有如下幾個作用:
(1)在澆筑狀態(tài)下,頂橫梁、固定鋼銷將兩側模板連接為一整體,起到頂部對拉作用,同時支頂內(nèi)模以防偏移,工作時施工預壓力;
(2)開模狀態(tài),頂部油缸利用頂推支座使頂部模板開模100mm;
(3)模板向兩側橫移時,整側模板在橫梁底部滑移,為防止兩側模板移動時不同步,橫梁出現(xiàn)相斥現(xiàn)象,再者因為橫移過程中,風載作用等因素防止模板傾翻,所以滑座設計成轉動(勾板)形式。
頂部連接橫梁在澆筑狀態(tài)、距合模1m狀態(tài)及橫移脫模4.75m狀態(tài)均設有固定銷固定,保證任何狀態(tài)橫梁都與模板連接,固定兩側模板。
3.5.6 底部橫移機構
底部橫移機構包括:滑梁、底部橫移油缸、頂升微調油缸、定位調節(jié)油缸。
底部橫移機構設有X、Y、Z軸三個方向的油缸,模板在合模時可保證其精確性。合模狀態(tài),立柱頂升油缸調節(jié)(Y軸)模板整體高度;底部開合油缸控制(X軸)模板脫模與合模;水平調整油缸調節(jié)(Z軸)模板水平位置。調節(jié)完畢后,利用設置在移位門架上的頂絲固定滑梁位置。澆筑狀態(tài)外模整體重量靠底部調節(jié)支撐及液壓油缸支撐,最底部的一榀桁架設置勾板反勾在門架次梁上的軌道上。脫模狀態(tài),收縮調節(jié)支撐,此時外模重量全部落在滑梁上,滑梁底部設有聚四氟乙烯板,借助底部橫移油缸在移位門架大梁上橫移滑動,勾板與門架上的軌道始終保持反勾狀態(tài)。
承臺芯模高度分別為4.5m和5 m,直徑有3.8m、3.6m。承臺芯模為機械撐桿式支撐,以立柱為依托,為防止上浮,立柱與底平臺相固定。承臺內(nèi)部預埋勁性骨架,其作用為:(1)連接承臺各腔芯模,使各腔芯模連接為一個整體,保證芯模結構的穩(wěn)定性;(2)用于支撐2.5m高墩身內(nèi)模。圖5所示為承臺芯模示意圖。
圖5 承臺芯模示意圖(單位:mm)
墩身內(nèi)模設計根據(jù)承臺區(qū)設置塔吊的起重能力進行分節(jié),分節(jié)尺寸為:墩身最底部為2.5m高內(nèi)模,其上為2m高的內(nèi)模標準節(jié)4節(jié),并設置1.5m、0.75m高調整節(jié)內(nèi)模。
墩身內(nèi)模模板為機械支撐式,中間設有立柱,立柱與預埋的勁性骨架法蘭連接。
從內(nèi)模底部算起,每4m設置一層人洞,規(guī)格為50 cm×50 cm,便于施工人員控制澆注情況及鋼筋綁扎,操作完畢后人洞處模板封閉,繼續(xù)澆注。如圖6所示為墩身內(nèi)模示意圖。
圖6 墩身內(nèi)模(單位:mm)
綜上所述,通過對整體式預制構件模板的設計,包括承臺和墩身的外模、內(nèi)模和芯模以及其個控制系統(tǒng)的設計,很好的達到了預制構件的施工要求,確保了大型預制構件的施工質量和進度要求。同時形成了一套大型構件預制模板的成套設計和施工技術,為后續(xù)同類型構件的施工積累了寶貴的經(jīng)驗。