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青岛海湾大桥60m预制箱梁模板设计及安装施工技术
黎棠兴
（中交四航局第二工程公司）
摘 要：本文重要介绍青岛海湾大桥60m预制箱梁模板设计及安装施工技术。
关键词：箱梁 模板设计 安装施工

1.概述
目前国内混凝土箱梁的制梁模板多为拼装式，采用拼装式模板的优点是设计、制造较方便，成本较低。但也存在许多缺陷，如费工费时，拆模板时，由于箱形梁内空间的限制，人工拆除模板比较困难，并且由于端隔墙内腔较小，内模搬运较困难。在生产实践中，为提高制梁速度、减小劳动强度及提高机械化限度，整体钢模板在制梁施工中正在逐步的普及。
2.箱梁一般构造
青岛海湾大桥60m非通航孔桥预制箱梁采用单箱单室截面，箱梁顶宽17.0m，底宽6.6m，梁高3.5m，具体尺寸见《工程简介》，不再赘述，箱梁横断面、立面见图1、2。

图1　箱梁横断面图（跨中）

图2　箱梁立面图
3.箱梁模板设计
箱梁模板均采用钢模板，具有提高梁体表面光洁度、保证梁体尺寸以及增长倒用次数等优点。模板接缝平顺，板面平整，转角光滑，连接孔准确。模板具有足够的强度、刚度和稳定性，保证整体在施工过程中各部位尺寸对的，并具有多次反复使用不产生影响梁体外形的刚度。
3.1 重要构造
60m箱梁整体钢模板由底模、外模、端模、内模系统、液压系统等组成，箱梁模板构造图如图3。

图3 箱梁模板构造图

3.2 箱梁结构计算
计算说明：
材料允许应力：材质Q235-B，允许正应力（σ）160MPa，允许剪应力（τ）100Mpa。
模板刚度：模板悬臂段挠度≤1/400，模板纵、横肋、背带及外侧骨架最大位移≤3mm。
3.2.1 侧模、底模及骨架计算模型说明
60米预制箱梁模板采用大型空间有限元软件进行分析，其中面板、模板加劲板简化为四节点板单元，模板纵横肋、骨架各杆件简化为梁单元，地基梁简化为实体单元。模板撑杆为梁单元上、下端为铰接，约束条件：骨架螺旋千斤顶支撑处为竖向约束，地基梁底部为固定约束，图4为底模、侧模及骨架整体计算模型断面图。以下为计算结果，应力云图略。

图4 底模、侧模及骨架整体计算模型断面图
3.2.2 侧模、底模及骨架强度计算结果
经计算，骨架及模板肋最大应力为115.5MPa≤[σ]＝160Mpa，最大拉应力＝108.7MPa≤[σ]＝160Mpa，模板纵、横肋及骨架满足规定。
3.2.3 底模及侧模面板强度计算结果
（1) 最大主拉应力理论（第一强度理论）计算
经计算，底模板、侧模板的面板最主拉应力：
σ1max＝47.96MPa≤[σ]＝160MPa，满足规定。
（2）最大剪应力理论（第三强度理论）计算
经计算，底模板、侧模板的面板最大剪应力：
τmax＝47.96MPa≤[τ]＝100MPa，满足规定。
3.2.4 侧模、底模及骨架 刚度计算
整体刚度计算结果如下：
（1）底模横肋最大竖向位移：
1.15mm≤3mm，满足规定.
（2）侧模背带及骨架最大竖向位移：
2.37mm≤3mm，满足规定。
（3）侧模背带及骨架最大侧向位移：
2.88mm≤3mm，满足规定。
3.2.5 内模计算模型说明
60m预制箱梁内模采用大型空间有限元软件进行分析，其中面板、模板加劲板简化为四节点板单元，模板纵、横肋简化为梁单元，模板撑杆为梁单元上、下端为铰接，模型中释放局部2轴解决。内模对拉杆为（只拉无间隙单元），内模顶板与侧板、侧板与侧板之间为铰接，模型中在面板接缝处断开，运用加劲板设立成铰。约束条件：千斤顶支撑处为竖向约束，支撑纵梁固定处为固定约束。
本计算取内模部分标准段及箱梁渐变段和箱梁端部进行分析，内模模型见下图。

图5 内模模型三维视图 图6 内模模型断面图
内模撑杆为φ83无缝钢管，间距2023mm。
3.2.6 内模强度计算
（1)内模各撑杆应力结果
内模纵肋最大应力为42.12MPa≤[σ]＝160Mpa，满足规定。
内模撑杆最大压应力＝58.04MPa≤[σ]＝160Mpa，满足规定。箱梁变厚段撑杆压应力最大。
（2) 内模面板及加劲板应力结果
① 最大主拉应力理论（第一强度理论）计算结果：
经计算，底模板、侧模板的面板最主拉应力：
σ1max＝80.3MPa≤[σ]＝160MPa，满足规定。
② 最大剪应力理论（第三强度理论）计算结果
经计算，底模板、侧模板的面板最大剪应力：
τmax＝80.3MPa≤[τ]＝100MPa，满足规定。
3.2.7 内模刚度计算
内模肋撑杆作用下整体刚度计算
内模整体最大竖向位移：
2.11mm≤3mm，满足规定
内模整体最大侧向位移：
1.398mm≤3mm，满足规定。
3.2.8 结论
经对60m箱梁底模、侧模、骨架及内模整体计算，箱梁底模、侧模、骨架及内模强度、刚度满足规范规定且有一定安全储备。
4.箱梁模板结构
4.1 底模
底模布设在预制台座上，由面板钢板与型钢骨架两部分组成，底模分为5段，中间段长49.0m；在靠近两端处设有便于运梁台车进出的活动底模块，长1.5m，底模安装时按设计规定设立预拱度,底模总体布置如图7。

图7 箱梁底模板总体布置示意图

4.2 外侧模
外侧模由侧模、翼模、外模桁架、侧模行走台车等组成。外模桁架下部的每个节点处均设有螺旋千斤顶，用于调整外模的安装高度和脱模。在两侧外模桁架的底部各设有二个移模台车，能在外模轨道上纵移，以便于一套外模合用于两个制梁台座。
侧模：侧模通过螺栓和螺杆与底模相联，侧模的垂直高度可通过外模桁架底部螺旋千斤顶调节。
翼模：翼模与侧模通过螺栓相联，翼模的外端与侧桁架之间采用调节螺杆支撑，用于调整模板平直度及线型，为便于施工在翼模外侧布置有人行走道及栏杆。
外模桁架：外模桁架由横联、侧桁架及上、下平联组成。外模桁架的作用是为保持外模形状的稳定和移动方便，在两侧外模桁架的底部各设有两个移模车能在外模轨道上纵移，并能用手动千斤顶使外模横移脱模，箱梁外侧模板横断面如图8。

图8　箱梁外侧模板横断面图

4.3 端模
在箱梁的两端设有端模，通过端模与底模、外模的联接形成闭合的外形空间。端模上布置了预应力锚板的安装孔及端部钢筋伸出的槽口，并在端模上部设有走道栏杆，端模布置如图9。

图9 箱梁端模板示意图

4.4 内模系统
内模系统由内模标准段、内模腹板加厚段、内模底板加厚段、模板伸缩油缸、内模小车、轨道、螺旋撑杆等组成，内模纵向分段如图10。
内模板沿混凝土箱梁长度方向分为七个内模车：内模标准段长32m，分3节（长10.5+11+10.5米）；两端两个腹板加厚段长4m，分为1节；两端两个底板加厚段及隔墙长10m，各一节段；模板在横截面上对称提成五块，一块顶模、二块上侧模、二块下侧模。顶模与上侧模间、上侧模与下侧模间均采用铰销联接，依靠油缸的伸缩带动模板绕销轴转动，实现模板的张开与收缩。隔墙模板采用法兰螺栓联接、人工装拆。

图10　内模纵向分段布置图
内模小车由车架、伸缩支腿、车轮、手动换向阀、油缸、胶管等组成。由设在车体上的液压站通过胶管提供液压源。操纵手动换向阀，控制内模板的张开与收缩及内模车伸缩支腿的顶起和收回。操纵同一块模板的各个油缸时，注意使各阀同时启动使各油缸同步，避免模板变形。各个油缸在脱模的初始阶段可先用撑杆拉动模板，待模板与梁体产生间隙后再同步动作。
控制模板油缸伸缩，驱动五块内模板按下侧模、上侧模、顶模的动作顺序依次撑开达工作位置，按其反顺序依次缩回到运送状态，以便于通过混凝土梁的端隔墙。
内模车的轨道采用P18钢轨，整体模板依靠螺纹锥销支撑在底模上。
在浇注混凝土前，可采用调整斜撑杆、竖撑杆的长度以保证内模板形状、位置的对的，并能承受混凝土对模板的压力。

4.5 液压系统
内模液压系统由液压站，手动换向阀，油缸以及液压附件组成。七台内模车均设有单独的液压站，液压站配有胶管与各自模板的油缸联接，液压系统布置如图11。

图11　内模液压系统布置图
5.箱梁模板施工工艺流程
底模安装→外侧模安装→底腹板钢筋吊装→端模安装→内模安装→调整验收内模板→顶板钢筋吊装→浇注混凝土→养护→拆除端模→分段拆除内模→拆除外侧模→预应力张拉→移梁→清理模板→进入下一操作循环。6.箱梁模板的安装
6.1 底模安装
底模安装施工流程：预制台座纵横向中线放样—肋板标高复测—底模拼装—预拱度调节—底模标高复测—固定底模。具体规定如下：
①底模清理：清除底模面板上杂物，对活动底模的接缝处清除浮渣并使之密贴。
②检查底模的平整度，特别是支座处误差须在允许范围内。
③均匀涂刷脱模剂。
6.2 侧模安装
①当侧模纵移到位精确对位后启动台车上的横移油顶，将模板推向底模并靠拢。
②在侧模底部放置千斤顶，调整侧模高度。
③连接侧模与底模的螺栓，使侧模与底模靠紧，微调侧模支腿的调节支撑，使侧模板固定。
④侧模立完后，检查并验收侧模的尺寸，其误差应在规范允许范围内。
⑤均匀涂刷脱模剂。
⑥模板的横移、纵移、顶升及下降应同步，防止侧模变形。
6.3 内模安装
①内模的拼装在内模拼装台座上进行。
②液压内模分段吊装到内模拼装台座上，内模整体拼装完毕后用胶带粘贴缝隙。
③检查校正内模的截面尺寸及外形尺寸，如误差超标，则通过调节支撑杆来调整。
④底腹板钢筋吊装完后，在底板上安装钢管支柱，支柱位置与轨道梁支腿位置相应放置。当支柱与个别钢筋相碰时可适当调整钢筋位置。
⑤两侧及顶部涂刷脱模剂后，用两台120t门吊将内模及轨道梁吊装到制梁台座上，将螺杆穿入支柱预留孔中，使轨道梁支腿支承在底模上，如图12为内模吊装示意图。

图12 内模吊装示意图
6.4 端模安装
按规定安装锚垫板后即可吊装端模，端模安装要保证中线、高度和垂直度。端模上布置了供安装张拉索预埋件的安装孔及端部湿接头联接钢筋伸出的槽口。预埋钢筋及钢板安装完后，端模预留孔用三合板封堵。端模由8块组成，拼成的端模要保证端模刚度、控制整体定位精度。
7.箱梁模板拆除
7.1 拆外模
a.拆除端模与侧、翼模联接螺栓，拆除端模两翼；
b.拆除端模中部、腹板及底板部位；
c.拆除翼缘挡板上部；
d.拆除侧模与底模联接螺栓及螺杆；
e.调整侧模桁架底部千斤顶，使外模整体下移70毫米，外模桁架落在移模小车上；
f.调整移模小车上千斤顶，使外模整体向外横移70毫米；
g.用牵引卷扬机将模板沿轨道纵移至另一制梁台座；
7.2 拆内模
先拆除撑杆，铺设钢轨，再按节段，拆除两节段间模板联接螺栓，再分节段，从一端依次脱模。采用5t卷扬机拖出梁体，并用120t龙门吊将此节段吊至拼装台座。
a.拆除底板变厚段（10m）
拆除撑杆，梁体缩口处下模板人工拆除，操纵手动换向阀，按10米段动作图分段收缩隔墙段及底板加厚段下、上侧模油缸，到位后，拧内模车锥销使内模车车轮落在钢轨上，再收缩内模车竖油缸，使内模呈收模状态。
b.拆除腹板变厚段（4m）
拆除腹板变厚段撑杆，操纵手动换向阀，按腹板变厚段动作图收缩下、上、顶侧模油缸，拧内模车锥销，使轮子落到钢轨上。油缸不要收缩过多，收缩时注意是否与相邻模板干涉，假如干涉，可先将车体向外拉出一点。收缩到位后，使内模呈收模状态。
c.拆除标准段（10.5+11+10.5m）
拆除标准段撑杆，操纵手动换向阀，按标准段动作图收缩下、上侧模油缸，到位后，拧内模车锥销，使内模车车轮落在钢轨上，再收缩内模车竖油缸，使内模呈收模状态，至此，整个脱模工作所有完毕。
8.结束语
青岛海湾大桥60m跨非通航孔桥整孔预制箱梁模板采用整体拼装式钢模板，内模采用液压式整体吊装，侧模采用单侧一块整体模板通过轨道滑移可合用于两个预制台座，不仅能保证施工质量，并且能提高工作效率，加快施工进度，节省大量的人力物力，缩短了箱梁预制的周期。