超大斷面三維空間異形曲面預應力混凝土現澆梁模板施工技術

鄭軍濤

（深圳中鐵二局工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

前海7號景觀橋位于桂灣河上，主橋為魚腹式現澆混凝土連續箱梁，主梁結構造型模擬海魚魚腹的流線外形而設計，流線型三維曲面造型非常優美[1]。橋梁全長180m，跨徑布置為50m+80m+50m。橋面寬度變化為 37.5m～45m～37.5m～51m～47m，箱梁高度變化為2.8m～5.25m～2.8m～7.25m～2.8m。截面之間的過渡采用光滑的樣條曲線變化，主跨箱梁跨中高度為2.8m，從跨中處按圓弧線變化至1#墩中心處箱梁高度為5.25m、變化至2#墩中心處箱梁高度為7.25m。

本工程主梁為單箱多室魚腹式斷面，格室個數為6或8個。梁體在橫橋向底板為圓弧曲線，橋面橫坡為雙向2%。主橋箱梁采用縱向、橫向、豎向3向預應力體系，主橋箱梁采用支架上分段澆筑施工，由主墩向兩側分別對稱澆筑、實現跨中合龍。箱梁采用C50混凝土，主梁結構混凝土方量為10 410.4m3，鋼筋用量2 520t，預應力鋼絞線用量498.2t。箱梁斷面見圖1、圖2和圖3。

2 魚腹式現澆箱梁模板設計

2.1 梁體外模設計

由于本工程主梁結構造型獨特，且魚腹式箱梁底板采用光滑的樣條曲線變化，為了能夠實現梁體結構造型，魚腹式箱梁外模采用鋼模板，模板面采用桁架進行設計，鋼模板由面板、橫肋、豎肋及桁架4個主要構件組成，面板為5mm鋼板，橫肋采用橫肋采用12mm厚扁鋼，間距隨桁架布置；豎肋采用8#槽鋼，間距為40cm；桁架立桿和底層水平桿均采用雙肢12#槽鋼組合件，箱室腹板對應位置處的桁架橫橋向間距為30cm，其他部位立柱的間距為60cm。梁體底模見圖4。

圖1 1#墩柱處橫梁斷面示意圖（單位：cm）

圖2 2#墩柱處橫梁斷面示意圖（單位：cm）

圖3 中跨跨中梁體斷面示意圖（單位：cm）

2.2 梁體內模設計

由于魚腹式箱梁底線形呈光滑的樣條曲線變化，箱室空間不斷變化，為了能夠保證箱室結構尺寸、降低箱室內模施工難度，箱室內模全部采用木模體系板進行施工[2]。

1）腹板側模板設計構造：面板采用15mm厚的木模板，分配肋采用5cm×8cm的方木，間距不大于0.3m；主肋采用直徑4.8cm、壁厚3mm的雙鋼管，主肋間距60cm。腹板兩側模板之間采用直徑為14mm的普通對拉螺桿，利用箱室內搭設滿堂支架作為腹板防傾覆措施。梁體腹板模板設計如圖5所示。

2）箱室底模板設計構造：由于箱室底板呈曲面變化，梁體底板、腹板混凝土澆筑時，梁體底板厚度難以控制，甚至會使腹板混凝土流向箱室內部。通過在箱室底板內模之間設置特制對拉螺桿連接，以防止內模移動和上浮。對拉螺桿位置的設置根據設計預留的照明燈孔和外觀裝飾孔確定。

3）箱室頂板模板支架設計構造：因梁體節段分2層澆筑，待箱梁底板、腹板混凝土澆筑完成后進行頂板模板安裝。頂板支架立桿采用扣件式鋼管腳手架。箱室頂板模板同樣采用15mm厚的木模板，次梁采用5cm×8cm的方木；間距不大于0.3m；主梁采用10cm×10cm的方木。箱室頂板模板如圖6所示。

3 三維空間異形曲面空間曲面模板制作技術

異形混凝土箱梁在施工中最大的難點在于梁體模板的設計加工，既要求模板及支撐構件具有足夠的剛度、承載力和穩定性，又要求模板有足夠的精度和柔韌性，滿足空間曲面的塑型。

根據魚腹式箱梁的結構特點，為了確保模板面的曲面線形順暢。根據橋梁施工分段圖，對梁體底模進行縱橫向分塊，繪制鋼模板平面分塊布置圖，利用三維實體放樣技術和有限元逐步擬合的方法加工出鋼模板。

3.1 模板的制作工藝流程

工藝流程為：展開放樣→畫線下料→面板沖壓成型→制作桁架→模板組對→焊接→組對檢驗→模板修整。

圖4 梁體底模橫橋向布置示意圖

圖5 梁體腹板模板示意圖

圖6 箱室頂板模板支撐體系圖

3.2 制作要點

3.2.1 展開放樣

采用計算機三維軟件按1∶1比例畫出面板尺寸，將三維的幾何尺寸展開成二維的放樣圖形，定出面板橫肋和豎肋的形狀尺寸及數量。再通過三維實體放樣，定出面板尺寸及形狀尺寸。

3.2.2 畫線下料

按展開放樣的尺寸對面板進行下料，面板下料每邊宜預留出2cm寬度的余寬。

3.2.3 沖壓成型

用沖壓機對面板進行沖壓成形出曲面形狀，依靠模板自身加固采用的桁架體系，確保了曲面的空間幾何尺寸、曲率滿足設計要求。

3.2.4 制作組對桁架

按模板單元設計圖紙焊接模板桁架，桁架的水平桿件與豎向桿件要焊接牢固。

3.2.5 模板組對

把面板放在桁架上，用外力使面板與桁架吻合，然后按要求把模板豎肋、橫肋逐一點焊在面板上，待去掉外力后面板可以得到有效固定[3]。

3.2.6 焊接

模板與橫肋、豎肋采用先點焊后斷焊的方式，斷焊30mm，間隔100mm，焊縫高3mm，端角縫必焊且為雙面對稱焊。焊縫尺寸不宜過大，但焊縫外觀必須合格，位置必須準確，在保證焊接強度的前提下，有利于減小焊接變形。另外，焊接時被焊模板必須放平并且不得受外力使其產生明顯的變形，否則，會明顯影響模板外形尺寸的精度。

3.2.7 模板修正

模板橫肋和豎肋用來固定面板形狀尺寸以及增加整體面板的剛度，因此，應控制好模板豎肋和橫肋的形狀尺寸和間距，特別是要控制模板組裝孔的位置準確。否則，將影響模板的成型質量和使用質量。

4 大曲面魚腹式模板現場拼裝機接縫處理

4.1 箱梁底模廠內試拼裝

制作好的鋼膜板在運往施工現場正式投入使用前，需要在鋼模板加工廠內進行組裝。由于每塊鋼模板都是分塊加工制作，鋼材在焊接過程中會使鋼材材料本身產生翹曲變形，因此，組裝時相鄰模板之間會出現錯臺和模板空隙過大的現象，影響混凝土的觀感。

在試組裝過程中,要認真檢查模板的拼縫情況，如有出現拼縫不嚴密、錯臺等現象，要做出標記，對模板進行二次校正，使其達到最佳效果。

在鋼模板試拼裝過程中一定要反復檢測、調整，復核腹板曲面線形是否與梁體曲面線形相同，這樣才能保證線形順暢，達到理想的效果。

4.2 箱梁底?，F場安裝技術

1）為了消除模板支撐體系的非彈性變形，在梁體模板正式安裝前必須對箱梁支架體系進行預壓，在預壓過程中對支架沉降進行監測，為檢驗梁體支架的安全性和收集施工沉降提供可靠、有效的數據。

2）梁體底模安裝從梁體中心線向兩側對稱的順序進行安裝，避免梁體最低點向最高點安裝造成累計誤差。

3）在模板安裝前，必須對首塊梁體模板進行準確定位，對模板的平面線形、弧度等進行復核。

4）在梁體底模安裝過程中，嚴格控制每塊模板的平面線形和標高。相鄰模板先采用螺栓臨時連接固定，在各個施工節段的模板安裝完畢后，對整個底模的拼裝線形、尺寸、弧度等技術指標進行全斷面測量。若底模的拼裝線形滿足設計要求，就可以對整個模板的加固體系進行緊固，以滿足箱梁施工過程中模板支撐體系的整體穩定性和安全性[4]。

4.3 箱梁模板表面處理技術

前海7號景觀橋對混凝土的外觀質量提出了更高的要求,為了保證混凝土外觀質量，在箱梁正式澆筑前，選擇不同的脫模劑進行了多次現場試驗，發現選擇優質的模板漆澆筑出來的混凝土平整光滑,外觀細膩,光潔度好,混凝土表干后達到了親水混凝土的效果。

模板涂刷前要求模板表面無銹跡、無油、清潔、干燥，施工時應注意以下幾個方面：

1）鋼模板采用角磨機配鋼絲球進行除銹，原則上只需要處理1遍，銹蝕嚴重的可適當增加處理次數。

2）鋼模板上的油漬可采用除油劑或去污力較強的清潔劑，清洗的工具采用硬質的地板刷；

3）涂刷模板漆前需要保持模板的清潔，表面的一些浮塵可采用干海棉擦干凈即可，然后用棉布醮水擦拭模板表面，并用干布擦干即可，上漆時工人需要帶腳套，以免沾污模板，影響效果。

4）涂刷模板漆前需要保證模板表面的干燥，如果模板表面潮濕，會造成涂刷模板漆后起泡以及表面沒有光澤，影響混凝土表面的光潔度。

5 箱梁內模施工技術

由于梁體沿橫向、縱向的高度差異大，采用多次澆筑、分段施工的施工方法可以有效控制梁體施工線形，降低施工難度。梁體縱向節段混凝土分2次澆筑成型，第一次安裝箱室底板頂模和腹板側模、第二次安裝箱室頂面底模，內模施工應注意以下事項：

1）為了保證底板曲面混凝土的澆筑厚度和澆筑質量，需要增加底板頂模，模板上預留混凝土澆筑孔和振搗孔，增設防底板頂模防上浮的拉桿，模板的澆筑孔和振搗孔安排專人進行封堵。

2）由于箱室腹板高度較高，鋼筋和波紋管密集，為了確保腹板混凝土的澆筑及振搗質量，通過在箱室腹板側模按縱、橫向間距1.5m開孔，開孔在模板安裝前完成。

3）模板安裝前要檢查模板面是否清理干凈，鋼筋保護層厚度是否滿足要求、預應力管道是否按要求固定，對鋼筋有抵觸模板的位置應墊混凝土墊塊。

4）由于梁體格室數量較多，且腹板支模高度隨梁高不斷變化。箱室腹板模板加固完畢之后對箱室寬度、腹板垂直度進行量測。若出現模板支模不垂直、腹板厚度不滿足設計要求，應立即安排人員進行調整。

5）內模安裝完畢后，對照模板設計方案進行一次全面檢查，檢查各部位的界面尺寸是否準確、對拉螺桿是否牢固。

6 模板的拆除

1）箱室腹板在混凝土強度能保證結構棱角不損壞時方可拆除，混凝土強度宜為2.5MPa及以上。

2）箱室頂板在混凝土澆筑完畢經過養護其強度達到設計強度的75%以上方可拆除。

3）當箱梁預應力張拉完畢，且預應力管道內的漿液強度達到設計要求后，即可拆除梁體底模。

7 結語

前海7號景觀橋為超大斷面三維空間異形曲面魚腹式預應力混凝土現澆梁，為了確保梁體的施工質量和外觀效果，梁體底模采用鋼模板、箱室內采用木模板成功攻克了魚腹式現澆梁施工的技術難題，使混凝土梁的外觀質量取得了良好效果，同時對形狀復雜的異形曲面模板設計與施工具有借鑒意義。