超大断面三维空间异形曲面预应力混凝土现浇梁模板施工技术

郑军涛

（深圳中铁二局工程有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

前海7号景观桥位于桂湾河上，主桥为鱼腹式现浇混凝土连续箱梁，主梁结构造型模拟海鱼鱼腹的流线外形而设计，流线型三维曲面造型非常优美[1]。桥梁全长180m，跨径布置为50m+80m+50m。桥面宽度变化为 37.5m～45m～37.5m～51m～47m，箱梁高度变化为2.8m～5.25m～2.8m～7.25m～2.8m。截面之间的过渡采用光滑的样条曲线变化，主跨箱梁跨中高度为2.8m，从跨中处按圆弧线变化至1#墩中心处箱梁高度为5.25m、变化至2#墩中心处箱梁高度为7.25m。

本工程主梁为单箱多室鱼腹式断面，格室个数为6或8个。梁体在横桥向底板为圆弧曲线，桥面横坡为双向2%。主桥箱梁采用纵向、横向、竖向3向预应力体系，主桥箱梁采用支架上分段浇筑施工，由主墩向两侧分别对称浇筑、实现跨中合龙。箱梁采用C50混凝土，主梁结构混凝土方量为10 410.4m3，钢筋用量2 520t，预应力钢绞线用量498.2t。箱梁断面见图1、图2和图3。

2 鱼腹式现浇箱梁模板设计

2.1 梁体外模设计

由于本工程主梁结构造型独特，且鱼腹式箱梁底板采用光滑的样条曲线变化，为了能够实现梁体结构造型，鱼腹式箱梁外模采用钢模板，模板面采用桁架进行设计，钢模板由面板、横肋、竖肋及桁架4个主要构件组成，面板为5mm钢板，横肋采用横肋采用12mm厚扁钢，间距随桁架布置；竖肋采用8#槽钢，间距为40cm；桁架立杆和底层水平杆均采用双肢12#槽钢组合件，箱室腹板对应位置处的桁架横桥向间距为30cm，其他部位立柱的间距为60cm。梁体底模见图4。

图1 1#墩柱处横梁断面示意图（单位：cm）

图2 2#墩柱处横梁断面示意图（单位：cm）

图3 中跨跨中梁体断面示意图（单位：cm）

2.2 梁体内模设计

由于鱼腹式箱梁底线形呈光滑的样条曲线变化，箱室空间不断变化，为了能够保证箱室结构尺寸、降低箱室内模施工难度，箱室内模全部采用木模体系板进行施工[2]。

1）腹板侧模板设计构造：面板采用15mm厚的木模板，分配肋采用5cm×8cm的方木，间距不大于0.3m；主肋采用直径4.8cm、壁厚3mm的双钢管，主肋间距60cm。腹板两侧模板之间采用直径为14mm的普通对拉螺杆，利用箱室内搭设满堂支架作为腹板防倾覆措施。梁体腹板模板设计如图5所示。

2）箱室底模板设计构造：由于箱室底板呈曲面变化，梁体底板、腹板混凝土浇筑时，梁体底板厚度难以控制，甚至会使腹板混凝土流向箱室内部。通过在箱室底板内模之间设置特制对拉螺杆连接，以防止内模移动和上浮。对拉螺杆位置的设置根据设计预留的照明灯孔和外观装饰孔确定。

3）箱室顶板模板支架设计构造：因梁体节段分2层浇筑，待箱梁底板、腹板混凝土浇筑完成后进行顶板模板安装。顶板支架立杆采用扣件式钢管脚手架。箱室顶板模板同样采用15mm厚的木模板，次梁采用5cm×8cm的方木；间距不大于0.3m；主梁采用10cm×10cm的方木。箱室顶板模板如图6所示。

3 三维空间异形曲面空间曲面模板制作技术

异形混凝土箱梁在施工中最大的难点在于梁体模板的设计加工，既要求模板及支撑构件具有足够的刚度、承载力和稳定性，又要求模板有足够的精度和柔韧性，满足空间曲面的塑型。

根据鱼腹式箱梁的结构特点，为了确保模板面的曲面线形顺畅。根据桥梁施工分段图，对梁体底模进行纵横向分块，绘制钢模板平面分块布置图，利用三维实体放样技术和有限元逐步拟合的方法加工出钢模板。

3.1 模板的制作工艺流程

工艺流程为：展开放样→画线下料→面板冲压成型→制作桁架→模板组对→焊接→组对检验→模板修整。

图4 梁体底模横桥向布置示意图

图5 梁体腹板模板示意图

图6 箱室顶板模板支撑体系图

3.2 制作要点

3.2.1 展开放样

采用计算机三维软件按1∶1比例画出面板尺寸，将三维的几何尺寸展开成二维的放样图形，定出面板横肋和竖肋的形状尺寸及数量。再通过三维实体放样，定出面板尺寸及形状尺寸。

3.2.2 画线下料

按展开放样的尺寸对面板进行下料，面板下料每边宜预留出2cm宽度的余宽。

3.2.3 冲压成型

用冲压机对面板进行冲压成形出曲面形状，依靠模板自身加固采用的桁架体系，确保了曲面的空间几何尺寸、曲率满足设计要求。

3.2.4 制作组对桁架

按模板单元设计图纸焊接模板桁架，桁架的水平杆件与竖向杆件要焊接牢固。

3.2.5 模板组对

把面板放在桁架上，用外力使面板与桁架吻合，然后按要求把模板竖肋、横肋逐一点焊在面板上，待去掉外力后面板可以得到有效固定[3]。

3.2.6 焊接

模板与横肋、竖肋采用先点焊后断焊的方式，断焊30mm，间隔100mm，焊缝高3mm，端角缝必焊且为双面对称焊。焊缝尺寸不宜过大，但焊缝外观必须合格，位置必须准确，在保证焊接强度的前提下，有利于减小焊接变形。另外，焊接时被焊模板必须放平并且不得受外力使其产生明显的变形，否则，会明显影响模板外形尺寸的精度。

3.2.7 模板修正

模板横肋和竖肋用来固定面板形状尺寸以及增加整体面板的刚度，因此，应控制好模板竖肋和横肋的形状尺寸和间距，特别是要控制模板组装孔的位置准确。否则，将影响模板的成型质量和使用质量。

4 大曲面鱼腹式模板现场拼装机接缝处理

4.1 箱梁底模厂内试拼装

制作好的钢膜板在运往施工现场正式投入使用前，需要在钢模板加工厂内进行组装。由于每块钢模板都是分块加工制作，钢材在焊接过程中会使钢材材料本身产生翘曲变形，因此，组装时相邻模板之间会出现错台和模板空隙过大的现象，影响混凝土的观感。

在试组装过程中,要认真检查模板的拼缝情况，如有出现拼缝不严密、错台等现象，要做出标记，对模板进行二次校正，使其达到最佳效果。

在钢模板试拼装过程中一定要反复检测、调整，复核腹板曲面线形是否与梁体曲面线形相同，这样才能保证线形顺畅，达到理想的效果。

4.2 箱梁底模现场安装技术

1）为了消除模板支撑体系的非弹性变形，在梁体模板正式安装前必须对箱梁支架体系进行预压，在预压过程中对支架沉降进行监测，为检验梁体支架的安全性和收集施工沉降提供可靠、有效的数据。

2）梁体底模安装从梁体中心线向两侧对称的顺序进行安装，避免梁体最低点向最高点安装造成累计误差。

3）在模板安装前，必须对首块梁体模板进行准确定位，对模板的平面线形、弧度等进行复核。

4）在梁体底模安装过程中，严格控制每块模板的平面线形和标高。相邻模板先采用螺栓临时连接固定，在各个施工节段的模板安装完毕后，对整个底模的拼装线形、尺寸、弧度等技术指标进行全断面测量。若底模的拼装线形满足设计要求，就可以对整个模板的加固体系进行紧固，以满足箱梁施工过程中模板支撑体系的整体稳定性和安全性[4]。

4.3 箱梁模板表面处理技术

前海7号景观桥对混凝土的外观质量提出了更高的要求,为了保证混凝土外观质量，在箱梁正式浇筑前，选择不同的脱模剂进行了多次现场试验，发现选择优质的模板漆浇筑出来的混凝土平整光滑,外观细腻,光洁度好,混凝土表干后达到了亲水混凝土的效果。

模板涂刷前要求模板表面无锈迹、无油、清洁、干燥，施工时应注意以下几个方面：

1）钢模板采用角磨机配钢丝球进行除锈，原则上只需要处理1遍，锈蚀严重的可适当增加处理次数。

2）钢模板上的油渍可采用除油剂或去污力较强的清洁剂，清洗的工具采用硬质的地板刷；

3）涂刷模板漆前需要保持模板的清洁，表面的一些浮尘可采用干海棉擦干净即可，然后用棉布醮水擦拭模板表面，并用干布擦干即可，上漆时工人需要带脚套，以免沾污模板，影响效果。

4）涂刷模板漆前需要保证模板表面的干燥，如果模板表面潮湿，会造成涂刷模板漆后起泡以及表面没有光泽，影响混凝土表面的光洁度。

5 箱梁内模施工技术

由于梁体沿横向、纵向的高度差异大，采用多次浇筑、分段施工的施工方法可以有效控制梁体施工线形，降低施工难度。梁体纵向节段混凝土分2次浇筑成型，第一次安装箱室底板顶模和腹板侧模、第二次安装箱室顶面底模，内模施工应注意以下事项：

1）为了保证底板曲面混凝土的浇筑厚度和浇筑质量，需要增加底板顶模，模板上预留混凝土浇筑孔和振捣孔，增设防底板顶模防上浮的拉杆，模板的浇筑孔和振捣孔安排专人进行封堵。

2）由于箱室腹板高度较高，钢筋和波纹管密集，为了确保腹板混凝土的浇筑及振捣质量，通过在箱室腹板侧模按纵、横向间距1.5m开孔，开孔在模板安装前完成。

3）模板安装前要检查模板面是否清理干净，钢筋保护层厚度是否满足要求、预应力管道是否按要求固定，对钢筋有抵触模板的位置应垫混凝土垫块。

4）由于梁体格室数量较多，且腹板支模高度随梁高不断变化。箱室腹板模板加固完毕之后对箱室宽度、腹板垂直度进行量测。若出现模板支模不垂直、腹板厚度不满足设计要求，应立即安排人员进行调整。

5）内模安装完毕后，对照模板设计方案进行一次全面检查，检查各部位的界面尺寸是否准确、对拉螺杆是否牢固。

6 模板的拆除

1）箱室腹板在混凝土强度能保证结构棱角不损坏时方可拆除，混凝土强度宜为2.5MPa及以上。

2）箱室顶板在混凝土浇筑完毕经过养护其强度达到设计强度的75%以上方可拆除。

3）当箱梁预应力张拉完毕，且预应力管道内的浆液强度达到设计要求后，即可拆除梁体底模。

7 结语

前海7号景观桥为超大断面三维空间异形曲面鱼腹式预应力混凝土现浇梁，为了确保梁体的施工质量和外观效果，梁体底模采用钢模板、箱室内采用木模板成功攻克了鱼腹式现浇梁施工的技术难题，使混凝土梁的外观质量取得了良好效果，同时对形状复杂的异形曲面模板设计与施工具有借鉴意义。