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

摘要：前海7號景觀橋為魚腹式現澆混凝土箱梁，施工中最大的難點是解決現澆梁的模板設計、加工、安裝和確保清水混凝土效果。為了能夠實現梁體結構造型，箱梁底模采用鋼模板進行設計，箱室內模采用木模結構，成功完成了了超大斷面三維空間異形曲面預應力混凝土現澆梁的施工，并且梁體線形順暢、混凝土觀感好。

關鍵詞：景觀橋；魚腹式現澆箱梁；空間異形曲面；模板

1.工程簡介

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新穎設計，流線型三維曲面造型非常優美。橋梁全長180米，跨徑布置為（50+80+50）m。橋面寬度變化為7.5m～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。如圖-1、圖-2 所示。

本工程主梁為單箱多室魚腹式斷面，格式個數為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%。主梁結構。主橋箱梁采用縱向、橫向、豎向三向預應力束，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、實現跨中合攏。箱梁采用C50混凝土，主梁結構混凝土方量為10410.4m3，鋼筋用量2520t，預應力鋼絞線用量498.2t。箱梁斷面見圖-3、圖-4、圖-5。

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、及桁架四個主要構件組成，面板為5mm鋼板，橫肋采用12×100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，其它部位立柱的間距為60cm。梁體底模見圖-6、圖-7。

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。

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。腹板側模見圖-8所示。

箱室底模板設計構造：由于箱室底板成曲面變化，梁體底腹板混凝土澆筑式時底板厚度難以控制，甚至會使腹板混凝土流向箱室內部。箱室底板內模之間采用對拉螺桿連接，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的留設而確定。

箱室頂模板設計構造：因梁體分兩層澆筑，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，分配肋采用5cm×8cm的方木；距不大于0.3m；主肋采用10cm×10cm的方木。腹板側模見圖-9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截面鋼制模板的設計加工，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。

3.2制作要點

（1）展開放樣

根據圖紙設計要求通過初步展開放樣。計算出面板展開尺寸，按1：1的比例畫出面板尺寸，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。

（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）沖壓成型

用沖壓機對面板進行沖壓成型，依樣板面板線形，并對面板進行修整。

（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。

（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，待去掉外力后面板已得到有效固定。

（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。

（7）模板修正

模板橫肋和豎肋用來固定面板形狀尺寸并用來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，需要在鋼模板加工場內進行組裝。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，因此組裝時會出現相鄰模板之間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。

因此，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是否相同，這樣才能保證線形順暢，達到理想的效果。

4.2箱梁底模現場安裝技術

（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，避免送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，最后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。底模安裝件圖-10。

4.3箱梁模板表面處理技術

本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注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。脫模試驗見圖-11。

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，原則上只需要處理一遍，銹蝕嚴重的可適當增加處理次數。模板打磨除銹見圖-12。

（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，然后用棉布醮天那水擦拭模板表面，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

由于箱梁混凝土澆筑在腹板與頂板下倒角面預留了水平施工縫，箱體混凝土分兩次澆筑成型，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）由于箱室空間多、腹板模板支設高度達、箱室腹板模板加固完畢之后對箱室寬度、腹板垂直度進行測量，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。

（4）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。箱室模板施工見圖-13。

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是方可拆除，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要求后，即可進行箱體地末班拆除。

7.結束語

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的效果，為公司帶來了良好的社會效益，同時為形狀復雜的異形曲面的模板具有借鑒意義。

參考文獻

[1]孔德法.魚腹式變截面箱梁橋綜合施工技術[J]鐵道標準設計，2012，（6）：79-82。

[2]魚腹式預應力混凝土現澆連續箱梁施工技術[J]施工技術，2007，（11）：96-98.

（作者單位：深圳中鐵二局工程有限公司）