摘 要 杭州湾跨海大桥70 m箱梁梁体庞大,采用全液压自动伸缩整体拼装模板进行施工。详细介绍了该模板的底模构造、外侧模构造、内模系统及其现场安装工艺,并总结了该模板的技术创新点。
关键词 全液压模板 模板设计 模板安装
1 引言
杭州湾大桥70m箱梁标准段主梁系单箱单室截面,单幅桥主梁顶宽15·8m,底宽6·25m,桥面设2%横坡,腹板为斜腹板,斜腹板坡度为1∶4·09,预制梁共计540片,预制台位8个,施工组织设计4套外模、4套内模、8套底模,所有模板均采用钢模,要求模板接缝平顺,板面平整,转角光滑,连接孔位置准确。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。但也存在许多缺点,如拼装和拆卸时费工费时,拆模板时,由于箱形梁内部空间的限制,拆除起来很麻烦,而且由于端隔墙内腔较小,内模搬运也困难;且拼装式模板刚度小易变形,预制梁的质量难以保证。为提高制梁速度,减小劳动强度,提高机械化程度和工程质量,现在整体钢模板在预制梁施工中正逐步普及。散拼式内模存在模板块数多,刚度小易变形,装拆工作量大,工作周期长的缺点,明显不适合杭州湾桥预制箱梁的使用要求。针对杭州湾跨海大桥70m箱梁预制,采用全液压整体钢模板对加快箱梁预制速度、保证箱梁质量有着十分重要的意义。70 m箱梁全液压整体钢模板由底模、外侧模、液压内模板系统、端模等组成。
(1)制成的梁体表面光洁度好,能保证梁体尺寸,倒用次数多;
(2)有足够的强度、刚度和稳定性,确保在施工过程中各部位尺寸正确;
(3)多次反复使用不影响梁体外形。
2 模板设计
2·1 模板设计依据
公路桥涵设计通用规范(JTJ021 89),公路钢结构及木结构设计规范(JTJ025 86),公路桥涵施工技术规范( JTJ041 2000),钢结构设计规范(GBJ17 88),杭州湾跨海大桥70 m箱梁设计图纸及其它文件资料。
2·2 模板设计创新
70 m箱梁全液压整体拼装钢模板的设计在吸取传统拼装式模板的优点基础上进行了积极的创新,有以下几处创新点。
(1)每套模板(外侧模及内模)能够倒用100多次,这就要求模板的刚度在满足常规设计中对面板的局部刚度、骨架的整体刚度、桁架的变形的同时,还需考虑在多次拆模中的集中荷载对其变形的影响以及频繁倒用和转运时的不平稳而引起的扭曲变形。考虑采用整体脱模方式,在现场将侧模的接缝焊接在一起。这样做一方面减少了模板接缝,在倒用及组拼时也节省了大量时间。靠模板的自重荷载和螺旋千斤顶辅助脱模,整体脱模后的侧模板落在运模小车上直接运至下一台位。
(2)要求侧模和底模连接方便、装拆快捷。在侧模桁架下设M45大螺杆(间距3·5 m)与底模连接,底模大螺帽在模板调试合适位置后直接焊在底模连接槽钢上,大螺杆从背带导向管中通过,直接与螺帽上紧,不需调整与背紧相临两横向桁架;设M22螺栓(间距30 cm)把底模和侧模连成整体,连接缝间夹燕尾橡胶条保证连接密实。为方便小螺栓的连接,侧模上的开孔为长圆形,小螺帽预先放在底模连接槽钢中并设有小挡板定位,方便安装,拆卸简捷。
(3)液压内模采用分节整体脱模、各节段收缩后分节整体出模。因腹板变厚段收缩空间小,端部出口小,我们打破了传统方案所采用的收缩双梁式
运模小车的思路,改为单立柱式主梁支撑在运模小车上的设计方案,这样大大增加了内模的活动空间。旋转的轨迹决定了内模下翼板的旋转半径增大,为解决此段模板的空间小的问题,将此处的下翼板分为两节以避免相互制约,从而满足内模的收缩需要。内模的收缩及脱模均利用HIMEN专用泵站驱动液压缸实现,考虑到现场操作的方便和每次定位的一致性,每个伸缩液压缸的行程和安装距均根据模板的实际尺寸需要来定制。为满足液压缸在收缩过程中角度的变化,液压缸支撑点处均采用销轴活结,而液压缸与模板相连处为铰接,内模各铰接点处均经特别加强处理,以保证满足倒用时刚度的要求。
2·3 模板构造
(1)底模构造
底模由面板、骨架两部分组成。为保证整个底模平整度控制在1·5mm/(2m)内,面板用厚14mm钢板。骨架是为了保证底模在制梁时的整体刚度,
根据计算选用[20,按每35 cm间距均匀布置。为避免底模的焊接变形,骨架与面板间采用50mm/(150mm)间断焊,hf=4~5 mm。在底模板的[20边框上
钻24孔和60孔,分别用M22螺栓及M45大螺杆与侧模相连。底模安装在制梁台座上,承受混凝土梁的重量。底模板在靠近两端处设有便于移运梁体小车进出的长1·2 m、宽6·25 m活动底模块。由于底模长达70 m,为了解决钢底模与其下部的混凝土支承(三条混凝土梁)的热膨胀系数不同而产生的底模上拱问题,安装时将底模的中部20m段与其下部的支承梁固结,余下部分仅在条形混凝土梁上设横向约束挡块,纵向自由放置。两端部底模(5个条形基础部分)下部铺设聚乙烯四氟板(尺寸30 cm×80 cm),以减小梁体张拉时钢底模与其下部的混凝土支承梁的摩擦力。
(2)外侧模
外侧模由侧模、翼模、外模桁架、侧模走行台车等组成。侧模及翼模长70m(考虑运输需要分为10块,每块模板长7m),高约4m,面板厚10mm,纵肋为Ⅰ18a,间距300 mm。面板与骨架及面板拼接缝采用50 mm/150 mm间断焊,hf为5 mm;连接板与加劲肋满焊,hf为6 mm。翼模考虑运输需要,分为2段,分段间通过螺栓相连。翼模的外端与桁架之间用调节螺杆支撑,用于调整模板翼缘与腹板之间的角度。外模桁架由横联、侧桁架及上、下平联组成。主桁架高4 m、宽4·5 m,桁架共计20片,弦杆用Ⅰ20,连接系用∠100×100×10。在外模桁架下部的每个节点处均设有螺旋千斤顶(每侧设40个20 t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3个长3·5 m、宽4·5 m移模台车,能在外模轨道上纵移,以便于一套外模能适用于多个制梁台位及将制成的梁体移出制梁台位。在每个移模车上设置横向千斤顶可使外模能作横向移动。
(3)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、端隔墙、内模伸缩液压缸、内模走行小车、轨道、螺旋撑杆等组成。模板在横截面上对称分成5块:1块顶模、2块上侧模、2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结,依靠液压缸的伸缩带动模板绕销轴转动,实现模板的张开与收缩。内模面板厚8 mm,加劲肋厚6 mm,面板与加劲肋间采用50mm/150mm间断焊,hf=5 mm。每个内模小车由车架、2个可伸缩支腿、4个走行轮、手动换向阀、液压系统、胶管等组成。由安装在车体上的HIMEN液压模板专用泵站提供液压源,操纵手动换向阀组,控制液压缸的收缩及伸缩支腿的顶起和收回。各个液压缸在脱模的初始阶段可先用撑杆拉动模板,待模板与梁体有了间隙后再同步动作。控制模板液压缸伸缩,驱动5块内模板依下侧模、上侧模、顶模的动作顺序依次撑开到达工作位置,按其反顺序依次缩回到运送状态,便于通过箱梁的端隔墙。整个70 m预制梁分成8个模板节段,每个节段的内模液压系统组成独立的单元,在拼装施工以及移位过程中都无需拆卸,确保现场浇筑混凝土无液压油污染。每个节段由一个HIMEN液压模板专用泵站提供动力源,通过高压软管控制该内模节段内全部液压缸的动作,控制液压缸动作的手动多路阀组集成在液压泵站上。因为无需拆卸,全部液压管路可以根据模板的最佳路线加以固定。就整个70 m预制梁的液压系统设计而言采用风险分
散化设计: 8个截断各有独立的液压子系统;就每个节段的内模液压系统而言,考虑到操作的方便性和长期使用的可靠性,液压系统采用集成化设计,从总体上确保液压控制系统的可靠性和操作便利性。
(4)端模
面板厚12mm,骨架为[20,为便于安装和拆模,设计成多块(分为6块)拼装结构,端模上布置了张拉预埋件的安装孔及端部钢筋伸出的槽口。
3 模板现场安装
(1)安放底模
底模安放在预制好的条形台座上,先将底模吊到条形台座上进行调平,底模平整度测量合格后,才能进行外模的安装。
(2)安装外模
先将运模小车安放在预定位置处,把螺旋千斤顶摆好,用门机将调整好的侧模吊到设计位置,穿上底模与侧模之间的连接螺栓,调节千斤顶使侧模基本到位,按此过程,将所有的侧模拼装完毕,再进行翼模的拼装。用门吊将翼模吊到预定位置,并且用伸缩螺杆支撑住,同时连接侧模与翼模之间的连接螺栓,安装好所有的翼模后,安装栏杆与扶梯。通过测量,外模线形与梁体线形一致,上紧所有的螺杆及螺栓。
(3)安装内模
将内模小车按顺序摆放在内模预拼台座上,在此前将伸缩液压缸安装到支腿内腔内,插上销轴,再将顶板吊到内模小车的龙骨梁上,按照设计一一对应好。对中后点焊以免滑落,然后将一侧的上侧板与下侧板整体吊装,与顶板插入销轴连接上(上侧板与下侧板在地上预先拼装,并且将撑杆也连上),用枕木段抄死,以免倾覆,拼完好一侧,再拼另一侧。同理,将所有的侧板挂上并且固定好,然后将所有撑杆与液压缸和内模连上,调整好角度,将所有8个内模小车上的模板连成整体,按梁体设计图纸调节线形,进行微调,并且要将顶板与内模小车龙骨梁之间焊死焊牢,同时液压系统都要安装完毕,最后安装吊点,用两台120 t门机整体吊装到制梁台座的钢筋笼内。
(4)安装端模
先将分块式端模在地上拼好,再用门机整体吊装到已拼装好的外模与底模上,并且用螺栓将端模与侧模连接起来,安装好一端端模后,再安装另一端。
4 模板拆除移位
外模、内模、端模以及钢筋在制梁台座上经检查合格后,用混凝土输送泵输送混凝土,浇筑完毕,等混凝土达到一定强度后拆模。先拆端模,松开侧模与端模之间的螺栓,分块拆出。再下落千斤顶辅之以倒链,松开底模与侧模之间的连接螺栓,将外模与梁体脱开,用卷扬机将其拉到另外一个制梁台座,最后拆除内模,拆开内模块与块之间的连接螺栓,启动油泵,将内模收缩为移动状态,用卷扬机将其沿运模轨道从端隔墙位置拉出,并且用门机把它吊到下一个内模拼装台位上。同理,其余内模一一拉出吊放到拼装台位上,准备预制下一片箱梁。
5 结束语
全液压整体伸缩模板经现场使用表明,结构设计合理,强度及刚度能满足多次倒用要求。现场使用时多次倒用的实际变形小,拼装、拆卸、吊运、倒运方便。预制出的箱梁尺寸误差在规范允许范围之内,大大缩短了制梁周期,预制梁周期达到了预定目标。
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