港珠澳大橋橋墩預(yù)制后澆孔甩筋內(nèi)模設(shè)計(jì)與改進(jìn)

陳沖海，孫凱，孫業(yè)發(fā)，王海波，劉長義，宋書東

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

港珠澳大橋位于珠江口伶仃洋水域，自粵港分界線交點(diǎn)向西至口岸人工島，主體工程全長約29.552 km，采用橋隧組合方案，其中橋梁長大約24 km，橋隧連接處設(shè)置人工島。橋梁為樁基基礎(chǔ)，考慮減小阻水率的要求，設(shè)計(jì)非通航孔橋?yàn)槁袢胧匠信_(tái)，承臺(tái)埋入泥面以下。工程設(shè)計(jì)理念為“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”，承臺(tái)采用預(yù)制安裝后澆連接混凝土。港珠澳大橋設(shè)計(jì)使用年限為120 a。

為了使預(yù)制橋墩與鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)牢固結(jié)合，在預(yù)制橋墩承臺(tái)中對(duì)應(yīng)樁基位置預(yù)留6個(gè)后澆孔，后澆孔直徑3.6 m，側(cè)壁設(shè)有環(huán)向剪力齒。鋼管復(fù)合樁與后澆孔底部剪力鍵連接后，采用直螺紋套筒連接后澆孔內(nèi)的水平鋼筋，再澆筑后澆孔混凝土，實(shí)現(xiàn)預(yù)制橋墩與鋼管復(fù)合樁的整體連接。

承臺(tái)預(yù)制施工中后澆孔采用甩筋內(nèi)模，在對(duì)接鋼筋對(duì)應(yīng)位置開孔，保證環(huán)氧鋼筋精確定位，同心度滿足對(duì)接要求。承臺(tái)結(jié)構(gòu)及后澆孔鋼筋布置見圖1。

2 后澆孔內(nèi)模設(shè)計(jì)思路及結(jié)構(gòu)形式

2.1 模板設(shè)計(jì)思路

傳統(tǒng)的甩筋模板一般采用免拆模板網(wǎng)或木模板。采用模板網(wǎng)，大直徑鋼筋無法直接穿過，而且無法約束鋼筋的位置，難以達(dá)到預(yù)期的精度要求，影響后續(xù)鋼筋對(duì)接作業(yè)；此外，根據(jù)港珠澳大橋耐久性要求，免拆模板網(wǎng)在混凝土內(nèi)部會(huì)形成銹蝕通道，影響其使用壽命。采用木模板雖然可以解決穿筋問題，但只能一次性使用，無法多次周轉(zhuǎn)，由于本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較大，需要制作大量的木模板，耗費(fèi)大量的時(shí)間和木材。

圖1 承臺(tái)結(jié)構(gòu)及后澆孔鋼筋布置圖Fig.1 Layout of thecap structure and the pouring hole with rebar

模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮常規(guī)的混凝土澆筑工藝、澆筑側(cè)壓力、模板剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及使用壽命等諸多因素。

為防止?jié)仓^程鋼筋移位，在澆筑前要對(duì)后澆孔內(nèi)鋼筋預(yù)連接，模板設(shè)計(jì)時(shí)考慮連接鋼筋與模板橫豎肋及支撐構(gòu)件相對(duì)位置不發(fā)生沖突，以及對(duì)環(huán)氧鋼筋涂層的保護(hù)。

2.2 后澆孔內(nèi)模結(jié)構(gòu)形式

后澆孔內(nèi)模主要由中心桁架、2片大面模板、2片小面模板、支撐絲桿、連接桿、密封系統(tǒng)組成。后澆孔內(nèi)模見圖2。

1）中心桁架：主要作用為支撐整體模板，在澆筑時(shí)平衡模板所承受的混凝土側(cè)壓力，保證模板剛度，見圖 2（a）、（b）。

圖2 后澆孔內(nèi)模Fig.2 Internal formwork for pouring hole

2）大面模板、小面板面：根據(jù)鋼筋位置及整體脫模要求，對(duì)整圓模板分成4塊模板，順橋方向的2塊模板為大面模板，橫橋方向的2塊模板為小面模板。為保證模板剛度，大面模板設(shè)4道豎向背楞，小面模板設(shè)有2道豎背楞。背楞上有調(diào)節(jié)支撐絲桿與中心桁架連接，澆筑時(shí)起支撐作用。大面模板中間背楞設(shè)有支撐桿。大面模板與小面模板采用斜口連接，便于脫模。

模板面板根據(jù)鋼筋位置開出筋孔，出筋孔的尺寸為上、下各留有30 mm，左、右各留有50 mm的穿筋空間，見圖2（c），保證穿筋時(shí)不磕碰鋼筋保護(hù)層；出筋孔采用五合板密封。

3）支撐絲桿：在大面、小面模板背楞上設(shè)置支撐絲桿，澆筑時(shí)起支撐作用，保證模板剛度，承擔(dān)混凝土對(duì)模板受到的側(cè)壓力；脫模時(shí)克服混凝土黏結(jié)力，使模板脫離混凝土達(dá)到順利脫模的目的；所有支撐絲桿均采用梯型螺紋，便于操作且不易損壞，見圖2（b）。

4）連接桿：連接模板與中心桁架，澆筑時(shí)通過楔板鎖緊，起到支撐模板的作用，見圖2（b）。

5）密封系統(tǒng)：出筋孔采用膠合板密封，楔板鎖緊，見圖2（d）。膠合板采用5 mm厚的五合板，保證不漏漿，操作簡單、方便。膠合板為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，在與鋼筋發(fā)生擦碰時(shí)不會(huì)破壞鋼筋環(huán)氧涂層，對(duì)鋼筋起到保護(hù)作用。膠合板與鋼筋間隙采用發(fā)泡膠封堵。

3 施工存在問題及改進(jìn)措施

3.1 工藝流程

支立模板：預(yù)制區(qū)外組裝內(nèi)?！信_(tái)底板鋼筋綁扎→安裝后澆孔內(nèi)?！信_(tái)內(nèi)橫、縱鋼筋穿筋→隨穿筋封堵出筋孔→驗(yàn)收→澆筑混凝土。

拆卸模板：拆卸后澆孔對(duì)接鋼筋→通過調(diào)整絲桿脫?！醭鲋行蔫旒堋笮“迕娣制醭觥?/p>

3.2 存在問題

1）大面模板脫模困難，造成這一現(xiàn)象主要有以下原因：

①板面與混凝土脫離前需要先將孔內(nèi)160根預(yù)連接鋼筋分層拆除，由于鋼筋數(shù)量多，拆卸時(shí)間長，拆內(nèi)模時(shí)混凝土與模板黏結(jié)力較大。

②后澆孔設(shè)有3層梯形斷面的環(huán)向剪力齒，混凝土與模板之間存在較大的約束力。

③鋼筋連接套筒設(shè)置在板面內(nèi)側(cè)，澆筑振搗過程，部分鋼筋移位后，拆模時(shí)套筒或螺紋鋼筋卡住模板，導(dǎo)致脫模困難。

2）穿筋孔太大，鋼筋綁扎過程本身的施工誤差及澆筑振搗過程對(duì)鋼筋位置的影響，造成部分鋼筋發(fā)生移位，出現(xiàn)一定程度的偏心，給鋼筋拆除、對(duì)接造成困難。

3.3 改進(jìn)措施

1） 大面模板一分為二，模板由4片改為6片，減小大片模板與混凝土接觸面積，方便拆模。

2）將鋼筋套筒設(shè)置在混凝土內(nèi)部，減少鋼筋移位對(duì)拆模造成的困難。圖3（a）為套筒設(shè)置在混凝土外部時(shí)對(duì)接鋼筋安裝示意圖，圖3（b）為套筒設(shè)置在混凝土內(nèi)部時(shí)對(duì)接鋼筋安裝示意圖，圖3（c）為兩種套筒設(shè)置方式的效果。

圖3 鋼筋套筒設(shè)置方式及效果Fig.3 Setting modeand effect of steel sleeve

后澆孔套筒設(shè)置在混凝土內(nèi)部，由于鋼筋制作本身誤差，部分套筒未能保證完全緊貼模板板面，混凝土澆筑時(shí)將鋼筋絲扣包裹，在脫模前拆卸預(yù)連接鋼筋時(shí)存在很大困難。后期在現(xiàn)澆后澆孔混凝土前對(duì)接鋼筋，套筒被混凝土包裹，僅依靠旋轉(zhuǎn)鋼筋進(jìn)行對(duì)接安裝，對(duì)環(huán)氧涂層破壞嚴(yán)重。套筒為固定端，就要求更為嚴(yán)格的同心度控制，較大的施工誤差不能保證絲扣完全伸入套筒。另外設(shè)置在內(nèi)部的工藝要求連接時(shí)采用長套筒，造價(jià)較高。經(jīng)反復(fù)研究分析仍采用套筒設(shè)置在混凝土外部工藝。

3） 采用鋼木模板結(jié)合工藝

后澆孔采用鋼木模板結(jié)合方式。在穿筋孔位置采用環(huán)形木模板工藝，其余部位仍采用鋼模板（見圖4）。環(huán)形木模板做成分塊圓弧形，按照鋼筋設(shè)計(jì)位置采用電鉆精確開孔，開孔尺寸較鋼筋擴(kuò)大10 mm，保證鋼筋位置更為精確。封孔時(shí)，通過制作兩半圓形膠合板夾片，上下夾住鋼筋，通過射釘固定在環(huán)形模板上。由于夾片較小，容易調(diào)整，能更準(zhǔn)確牢固固定鋼筋，防止?jié)仓駬v時(shí)對(duì)鋼筋的影響。拆模時(shí)先拆除鋼結(jié)構(gòu)模板，由于鋼模板外伸鋼筋及套筒與鋼板面之間有足夠大的間隙，可以保證鋼模板順利脫模，環(huán)形木模板依然附著在混凝土表面，最后單獨(dú)拆除。

圖4 后澆孔內(nèi)模照片F(xiàn)ig 4 Photo of theinternal formwork for pouring hole

3.4 實(shí)施效果

通過縮小板面尺寸，由4片改為6片，減小了約束力和混凝土黏結(jié)力，施工效率明顯提升。在穿筋孔位置采用環(huán)形木模板工藝后，鋼筋位置較之前更加準(zhǔn)確，已施工完成的橋墩在出運(yùn)安裝前進(jìn)行后澆孔鋼筋預(yù)連接均能滿足要求。

4 結(jié)語

經(jīng)過反復(fù)研究分析、試驗(yàn)驗(yàn)證和不斷改進(jìn)，后澆孔模板采用鋼木混合結(jié)構(gòu)的模板形式，施工工藝更加成熟，形成了一套完整的施工技術(shù)，操作簡便，保證質(zhì)量，滿足了“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”和耐久性要求，對(duì)甩筋位置有精度要求的類似工程模板設(shè)計(jì)具有較大的參考意義。鋼木混合結(jié)構(gòu)的模板形式也可用于其它難度較大的異形混凝土結(jié)構(gòu)施工。

[1]GB 50009—2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].GB 50009—2001，Load specification of buildingstructures[S].

[2]JGJ162—2008，建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].JGJ162—2008，Safety technical specification of buildingconstruction template[S].

[3] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.JIANG Zheng-rong.Calculated handbook of building construction[M].Beijing:China Architecture&Building Press,2007.