施工技术与应用 圜圆母 ２５ｍ预应力箱梁钢内模的施工关键技术分析 摘要：在公路桥梁建设中，后张法箱梁应用越来越广泛，其预制工艺较空心板复杂，稍有不慎极易出现施工缺陷，因而研究改进 箱梁的施＿Ｔ－Ｘ．艺非常必要。本文结合厦蓉高速公路郴州至宁远段第六合同段后张法２５ｍ预应力箱梁预制施工实践，主要介绍箱室钢 内模的施工的关键技术与受力计算要点，其经验可为类似工程施工提供参考。 关键词：２５ｍ预应力箱梁；钢内模；设计；施工；受力计算 厦蓉高速公路郴州至宁远段第六合同段，全线设大桥４座、中桥７座，下部 构造均采用柱式墩、柱式台、钻孔灌注桩基础，上部构造有２座大中桥采用跨 径２５ｍ预应力混凝土连续箱梁，共计５２８片，结构体系为先简支后连续，按Ａ类 预应力混凝土构件设计。根据以往施工经验，用充气胶囊箱室不规则，多为葫 芦状且梁体几何尺寸得不到保证，影响工程质量。为达到梁板成型规则，做到 内实外美，保证质量，本人结合多年从事预应力箱梁施工的经验，对后张法预 应力箱梁预制中箱室钢内模的施工的关键技术与受力计算要点进行探讨。 １内模设计 １．１板粱现状 本项目２５ｍ后张法梁板宽９９ｃｍ，高１ｌＯｅｍ；箱室：跨中为宽６３ｃｍ，高８６ｃｍ； 支点处为宽５ｌｃｍ，高８６ｃｍ。梁板预制属于工厂化施工，作业工序集中，人员分 布密集，工序比较多，要合理安排各道工序，使各工序问衔接良好。因板梁断 面尺寸小，再加上内模本身断面尺寸，操作工人无法钻进箱室进行拆模，且拆 装内模工作量相对较大，属于控制工期的关键工序。本着经济、合理、便捷的 原则对２５ｍ板梁钢内模进行了设计。 １．２钢内模材料选择 为节省材料降低成本，加快施工进度，内模重量尽量减小，每节内模尽量 加长，根据实际受力情况分析决 定采用４ｍｍ钢板作为内模面板， 横向加劲肋采用８ｍｍ钢带每 ｌＯＯｃｍ设置一道，纵向用５ｃｍＸ ５ｃｍ角钢设两道，内模加工成型 后长度为３．６ｍ，根据计算该内模 每米重量约７０ｋｇ，施工方便，可 操作性强。 注：卜ｌ ５ ｃｍ合叶；２－－铰链；３一螺母｝４拉杠 １．３钢内模 图１钢内模下半部分示意 １．３．１钢内模下半部分 如图１所示，因组装拆除内 模所消耗的时间较长，为了最大限度地减轻劳动强度，缩短施工时间，应尽量 减少内模分块。为此将内模环向分成４块：顶板与腹板中部以上两块为钢内模 上半部分；底板与腹板中部以下两块为钢内模下半部分。上下两半部分两块 在中间连接处采用１号构件１５ｃｍ合叶连接，在将来使用拆模时保证左右两 块内模能合在一起。２号构件铰链在安装时将内模下半部分左右两块模横 撑开，保证板梁箱室断面尺寸及内模刚度。３号构件螺母将２号构件铰链与 ４号构件拉杠连成一体，并起到在拆模时用卷扬机拉动４号构件拉杠左右 两侧铰链转向作用，拉动内模下半部分左右两块模合在一起。钢内模下半 部分顶口做成向外倾斜的４５。破口，以便在卷扬机拉动下内模下半部分可 以先顺利合龙。这样有利于增加模板的整体性，同时减少了内模组装和拆 除的工程量。 １．３．２钢内模上半部分 如图２所示，１号、４号、５号构件如钢内模下半部分１号、２号、４号构件，与其 所起作用一致，因为合叶、铰链都是可以自由活动的，为防止在浇筑混凝土时 内模自由合在一起，我们在内模中增加了３号构件固定横撑，而３号构件固定 横撑在螺栓的连接下将内模面板、拉杠、铰链固定成一个整体，让铰链一样也 起到横撑作用，提高了模板的刚度。３号构件固定横撑一定要设置在内模的一 端，以便于拆模时将上面的螺栓卸掉，不卸掉３号构件固定横撑上的螺栓无论 如何用卷扬机拉内模都不会将内模拆掉。钢内模上半部分与钢内模下半部分 唯一不一样的是将钢内模上半部分顶口做成向内倾斜的４５。破口，这样与钢 内模下半部分正好成阴阳角重合在一起。 ２钢内模施工 ２．１钢内模安装 ２．１．１施工顺序 绑扎底板、腹板钢筋一 焊接内模底板定位钢筋一组 装内模一整体吊装内模一焊 接内模腹板定位钢筋—绑扎 注 １—１５ ｃｍ合叶｝２－－内模面撮ｌ３一固定横撑ｆ４一铰链Ｉ５一拉扛 顶板钢筋一安装外模一浇注 图２钢内模上半部分示意图 混凝土—拆除内模。 ２．１ ２焊接内模定位钢筋 因内模自重较大，内模不易直接放在底板钢筋上且钢筋与内模之间不容 易垫保护块；为保证板梁底板的厚度及底板钢筋保护层，在内模安装前在底 板钢筋上每节内模下焊接一组马凳作为控制底板厚度的定位筋。定位筋的间 距一定要控制好间距。为了防止在浇筑混凝土时内模向某侧腹板偏移，形成 一侧腹板厚，一侧腹板薄的现象，每隔ｌｍ焊接了一道定位筋。这样既保证了 腹板的厚度，同时内模腹板定位钢筋增加了腹板钢筋的整体性，使板梁钢筋 保护层合格率也得到了显著的提高。 ２１．３安装钢内模 先将内模表面涂抹均匀隔离剂，３号构件固定横撑用螺栓将内模面板、拉 杠、铰链固定好，然后用龙门吊将内模下半部分从板梁一端按顺序安装４节。３ 号构件固定横撑一定要安装在内模的一端（靠近箱室洞口），剩下的３节从另一 端安装，安装方式同上。这样以便于拆完一节内模后人易钻进箱室将下一节 内模３号构件固定横撑卸掉，卷扬机好将内模拉出，且内模可以从两端开始 拆，即节省拆模时间也不用工人从箱室一端一直钻到另一端一节一节地拆内 模。再将内模上半部分按照下半部分做法一节一节地安装上。 因箱室断面尺寸小，再加上内模，工人是无法钻进内模中进行操作，所以 内模每节与每节的接缝处无法上螺母，但是不上螺母极易在浇筑混凝土时混 凝土在内模的接缝处钻进内模中，造成漏浆。不仅工程质量得不到保证，而且 内模因内外混凝土包裹，给拆模增加很大的难度。为此我们在内模接缝处用 塑料布将其包裹，这样完全克服了漏浆现象，且给操作工人拆模带来方便。 ２．１．４内模上浮措施 由于长度３．６ｍ的钢内模是一个环状的且整体置于梁体中，浇筑混凝土时 混凝土及振捣棒从两侧腹板插入，由于振动力的影响及混凝土产生的向上的 浮力，内模会随之向上浮动，梁体断面尺寸及受力情况会随之改变，必须采取 措施限制内模上浮。根据外模加工尺寸在外模上横向设置２５槽钢，槽钢长度 每侧超出外模ｌＯｃｍ，两端各焊接卡环，用法兰将２５槽钢与外模连接在一起。 中部用３０ｃｍ长中２５钢筋焊接４根支撑和内模顶面接触，外模加固完成后将槽 钢置于内模之上并反向施加 压力，安装方便快捷并能有 效限制内模上浮。这只是适 用于外模底部在台座中穿拉 杆的加固方法，而对外模底 部用顶撑法的不适用。因为 外模底部用顶撑法将２５槽钢 固定在外模上，在内模上浮 大的情况下会将外模带动一 起上浮。这种情况下２５槽钢 注：ｌ一压杠｝２一上拉杆；３一压杠下竖撑；４一外模｝ 一定要拉在地坪上提前预埋 ５一端头模板；６一下拉杆；７一法兰；８一斜拉 好的地锚上。为了避免混凝 图３内外模加固示意图 。３３７ 施工技术与应用 土凝固后槽钢拆除困难，混凝土浇筑完成后应立即将槽钢拆除。图３中８号构 加固如图３所示。 ２．２钢内模拆除 压杠间距为１．７ｍ，竖撑间距为１．３６ｍ，为简化计算不考虑组合截面共同作 ｑ＝１２７．２４４ｘ１．７＝２１６．３ｋＮ／ｍ 件斜拉是为了调整外模的垂直度，及在浇筑过程中防止外模的倾覆，内外模 用，按简支梁计算可得： ３．２．１强度验算（图４］ 槽钢最大弯矩： ＝采用钢内模施工要严格控制内模脱模时间。拆模过早易黏模，严重时会出 现混凝士松动甚至产生裂缝，影响混凝土外观质量和内在质量。拆模过晚会出 现黏结力过大不易脱模的现象，给施工造成极大困难。钢内模的脱模时间随混 凝土强度和温度变化而变化，脱模时混凝土强度不低于２．５ＭＰａ＇掌握好拆模时 间不仅能大大减轻劳动强度，同时也省工省时，起到降低成本的作用。 先从板梁一端将第一节内模下半部分３号构件固定横撑卸掉，用卷扬机 将内模拉出，然后同样将第一节内模上半部分拆掉，接着操作工人钻进箱室 将第二节内模３号构件固定横撑卸掉，用卷扬机将其拉出，以此类推一直拆完 第四节。最后到板梁另一端同样道理将剩下三节内模拆出。 警＝ ｏｋＮ．ｍ 坤ａ ［６ 抗弯截面模量： Ｗ＝Ｉ．９１ｘｌ０－３ｍ做： ｓ一＝ ＝而 ３受力计算 ３．１内模浮力计算 影响混凝土浇筑中物体浮力的影响因素很多，主要包括如下。 （１）坍落度。混凝土的坍落度大，流动性就好，也就容易形成内模上浮。 ｆ２１混凝土的初凝时间。混凝土初凝时间是控制混凝土力学性能的一个重 要因素。混凝土在凝结前经充分振捣时液化作用最大，对内模的上浮力亦最 大。 ｑ＝７ ７２５ ６ ｋＮ／ｍ （３）外加剂。外加剂可改变混凝土的流变性、早期强度、凝结时间、塑性等 等，这些都与混凝土上浮力有关。 ｆ４】温度影响。温度是影响混凝土凝结、硬化的重要因素，从而也影响着混 凝土对内模的上浮力。温度分为环境温度和混凝土温度两部分，混凝土温度 对混凝土的性能影响起主导作用。在一定的浇筑速度下，混凝土温度愈低，水 化作用越慢，混凝土初凝的速度越慢，混凝土作用于内模的上浮力愈大；同 时，温度亦影响着浇筑速度，当温度较高时，浇筑速度提高。环境温度也影响 着混凝土的初凝、硬化时间。 （５）浇筑方式。混凝土浇筑时，当仓面不太大且具有足够的入仓能力时，通 常采用连续浇筑，此时可近似认为混凝土是均匀连续上升的，物体受到的上 浮作用力是持续增强的；反之，当混凝土仓面较大时，难以实现均匀连续浇 筑，多采用分层铺筑分层捣固的浇筑方式，随着浇筑高度的增加，底板位置未 初凝的几层混凝土逐渐脱离振捣影响区，开始沉实并产生自立、起拱作用进 入初凝。上浮力逐渐减小。 （６】混凝土的入模速度。混凝土的入模浇筑速度是影响新浇混凝土对物体 ３．２．２挠度验算 ５ｐ 图４铜管受力计算 ５×２１６．３×１．３６ ３８４ ＝３８４×２．１×１０ ×１．９１×ｌ０ ２．４×１０－３１ＴＩ＜Ｌ／４００ （其中，Ｉ＝ｉ．９１ｘ１０－Ｓｍ４；Ｗ＝１．９１ｘ１０－３ｍ ；Ｅ＝２．１ｘ１０ＳｋＮ／ｍ２） 故槽钢满足要求。 ４钢内模施工注意事项 （１）钢内模在安装前一定要将隔离剂涂抹好，否则对将来内模拆除极为不 上浮力的一个重要因素。泵送混凝土浇筑速度增加，对模板的冲击力增大，物 利。 体受到的上浮力也将增大。 （２）钢内模３号固定横撑每次安装前一定要用螺栓固定好，不然内模用久 （７）混凝土的振捣方式。振捣方法影响混凝土的液化程度。混凝土振捣主 要有两种：一种为机械捣实；另一种为人工捣实。目前大多采用机械振捣，机 了变形会很大。（３）钢内模属于组合钢模板，其接缝较多，多次使用后变形也比较严重，拼 械振捣混凝土液化程度好，流动性大，引起的芯模上浮力就会增大。 装时所有接缝必须密封防止漏浆。漏浆严重时会影响混凝土强度，同时因为 混凝土中内模的上浮力可以近似采用罗定的公式予以计算，其公式为： 水泥浆将接缝封闭，对内模拆除极为不利。 ｆ４）为了使内模两侧受力均匀，浇注混凝土时两侧腹板处应对称均匀浇 注，否则会造成内模偏移，两侧腹板厚度不一致。 ２４ｈｉ＋Ｔ３０００ＨＰ寺丽４００２￣／Ｒ ＋ ：—Ｓ－７５２４×ｌｌ１＋—ｌ３０００￣１．５０６一１０ —６０ ４０ １！ ８ｌ ｏ＿Ｉ ＋＋＋２５ Ｌ１００—４Ｊ ＋—１４０－７５：（５）钢内模在浇筑混凝土时上浮比较严重，必须采取有效措施限制其上 浮。 （６】采用钢内模施工必须严格控制拆模时间，这对减轻劳动强度、降低成 参考文献： １２７．２４４ＡｋＮ／ｍ １０ 式中：ｈｉ为振捣器插人深度（ｍ），取１．１ｍ；ＨＰ为振捣器的功率（１【ｗ），取１．５ｋＷ；Ｆ 本、提高板梁质量等方面均起着非常重要的作用。为粉煤灰或矿渣的百分率，取４％；ｓ为混凝土使用塑化剂后的坍落度（ａｒｍ），取 １４０ｍｍ；Ｒ为浇注速率（ｎ】，Ｉ１），取４ｍ／ｈ；ｄ为混凝土的初凝时间（ａｒｉｎ），取６０ｍｉｎ；Ｔ为混 凝土的人模温度，取２５＂１２。 ３．２压杠（２５槽钢）计算 （上接第３３６页）要原因在于温度改变所引发的混凝土内外温差。所以，大体 ［１Ｕｑ７４—２００３建筑工程大模板技术规程【ｓＪ． 【２１『ＴＧＤ６Ｏ一２００４公路桥涵设计通用规范【ｓ１． 『３１１ＴＧ／ＴＦ５０－２０１１．Ａ＇＇，－￣－桥涵施工技术规范ｆＳ］． ［２］房树田，刘志建，李晓光．基础大体积混凝土裂缝控制卟低温建筑技术．２００９ 积混凝土的养护工作对于避免其表面出现裂缝也是非常重要的措施；此外， （０６）：１９８—１９９ ３］李栋权．论建筑工程中大体积混凝土施工技术Ⅱ】中小企业管理与科技（下 注重对施工技术与施工工艺进行合理的控制，施工之前周密、仔细的设计大 【体积混凝土的专项施工方案，针对内外温差实施科学的控制。如此，就能够有 旬刊）．２０１０（０８）：３０６—３０７ ［４１贾明芳，阳凯波．大体积混凝土裂缝的控制措施Ⅱ］冲小企业管理与科技（上 效的控制大体积混凝土的施工裂缝。 旬刊）．２０１０（１２）：２４５—２４６ 参考文献 ５】昊鹏．关于大体积混凝土施工温度和裂缝的控制Ⅱ］．现代营销（学苑版）．２０１２ ［１］张桂林．大体积混凝土裂缝产生的原因分析与措施Ⅱｌ＿经营管理者．２０１０ ［（１８）：２２１－２２２ （０８）：１５８－１５９ ・３３８・