新型模板体系在变截面现浇箱梁施工中的应用

黄存东，沈永兴

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

1 工程概况

港珠澳大桥东人工岛岛桥结合部非通航孔桥现浇箱梁，西接东人工岛，东与香港段桥梁连接。箱梁分左右两幅，由于上下岛设置匝道，因此左右幅箱梁变宽且不对称，而全桥又位于R＝5 500 m平曲线上[1]，如图1所示。箱梁线型变化大，对于模板的选择难度极大。

2 新型模板体系

模板体系的选择要充分考虑到施工简单、支拆迅速、移动轻巧等要求，同时兼顾成本要求。

2.1 新型模板设计

现浇箱梁外侧模板体系常规做法主要有整体钢模板、钢管支架散支模板等。本工程箱梁外形尺寸复杂，其主梁变宽且左右幅不对称，线型变化大，采用整体钢模板不能周转使用，造成较大的成本开支，采用钢管支架散支模板不仅影响施工进度，更无法保证结构的外观质量。

鉴于以上因素，本工程现浇箱梁的外模板采用了可调钢支架木梁组合模板体系，首先由型钢、可调节长度的钢管杆件（如图2中的斜撑）组成几何不变体系的桁架平面单元，如图2所示，再由2片桁架单元与木工字梁及连接钢管组拼成一块模板单元，模板单元的宽度为2.7 m，箱梁平面弧线段由该模板单元以直代曲。

每一单元底部安装移动滑轮，在底部铺设角钢作为轨道，模板完全拆除后调节该模板单元底部的可调托座，将模板降落在轨道上便可纵向移动单元。

图1 东人工岛非通航孔桥平面布置图Fig.1 Layout of the non navigable bridge on the east island

图2 箱梁外侧模板体系单元Fig.2 Lateral formwork system unit of box girder

新型模板体系具有足够的强度、刚度和稳定性，拆除方便，移动轻巧，保证施工质量的同时有效减短了工期，节约了成本，解决了复杂线型箱梁施工模板的难题。

2.2 模板体系分析

模板平面桁架单元体系的简图如图3所示。

通过该体系的组成分析，可以看出该体系为有一个多余约束的几何不变体系，即3根可调螺杆拆除任意一根后，结构为无多余约束的几何不变体系，此时调节任一螺杆后可使体系变形。因此该模板体系的安装调整步骤如图4所示。

图3 平面桁架单元体系简图Fig.3 Brief plan for trussunit system

图4 模板体系安装调整简图Fig.4 Brief plan for formwork system installation and adjustment

2.3 钢桁架体系受力计算2.3.1 体系构件组成

模板平面支架组成的各构件编号如图5所示，材料组成见表1所示。

2.3.2 受力分析

施工荷载Q=2.5 kN/m2，混凝土密度γ=25 kN/m3。

1号杆件在左侧受力大约按梯形分布，混凝土最大厚度为T1=0.53 m，最小厚度为T2=0.23 m。

恒荷载分项系数取1.35，活荷载分项系数取1.4。

图5 平面桁架体系构件编号Fig.5 Numbering of truss system component

表1 平面桁架体系构件材料表Table 1 Material tableof truss system component

右侧平台部分按2 kN/m2计，转化成线荷载为2×1.35=2.7 kN/m。

2号杆件主要受混凝土侧压力和混凝土自重分量，混凝土侧压力为q1=51.55 kN/m2，有效压头高度h=2.06 m。

支架间距为1 500 mm。

则混凝土侧压力和自重分量转化成线荷载分别为：q3=51.55×1.35=69.59 kN/m。

用sap2000进行力学计算，计算结果见表2，均满足规范要求[2]。

表2 钢桁架体系受力计算Table 2 Force calculation for steel trusssystem

3 木工字梁分析

模板体系中模板加强挡主要为受弯构件，构件的横断面形式决定了构件受力是否合理。本模板体系的横挡采用木工字梁，根据材料力学，将其与常用的横挡材料如方木及型钢等进行技术和经济上的对比。

3.1 木工字梁截面特性

本次模板单元的模板横挡采用新型木工字梁，其横断面尺寸如图6所示。

截面面积A=100 cm2，对中性轴的截面惯性矩I=4 613.33 cm4，截面模量W=461.33 cm3。

3.2 与常规材料对比

1） 10 cm×10 cm木方

木方截面面积A=100 cm2，截面惯性矩I=833.33 cm4，截面模量 W=166.67 cm3。

可见，所采用的木工字梁截面面积与10 cm×10 cm木方相等，但是截面模量是10 cm×10 cm木方的2.76倍，即在材料用量相等的情况下，采用木工字梁其受弯性能比木方提高了2.5倍以上。

2） [8槽钢

取木材的强度13 MPa，计算得木工字梁的受弯性能与 [8槽钢相当， [8槽钢质量为8 kg/m；木工字梁质量为5.4 kg/m，由此可见，使用木工字梁比使用型钢质量减轻了32.5%。

由以上分析可知，采用木工字梁既节约了材料，又减轻了模板体系的质量。

4 施工应用

4.1 模板预拼装

箱梁侧模的移动单元和腹板模板需提前进行拼装，组成一个整体移动式的桁架式结构。拼装过程中，木工字梁间距、方向严格按照设计图纸施工，严格控制模板的平整度以及模板之间的错台，模板之间的接缝用硅胶封堵。

4.2 箱梁侧模安装

箱梁底板铺设完成后，根据在底板上测放的边线及起始点，逐块吊装单元支架。单元支架定位后，利用定制的木架（按单元支架1∶1的比例制作）校核单元支架的仰角和翼缘板的角度满足设计要求。安装面板时，先安装圆弧倒角（钢模），再安装侧面及顶面面板，通过在面板与木工字梁间支垫木条使倒角平滑过渡，圆弧钢板与侧模面板、翼缘底板的错台均不大于2 mm。面板用铆钉与木工字梁固定后，利用水平靠尺及塞尺检测单元模块间的拼缝、错台，面板平整度不大于3 mm，错台不大于2 mm，模板间的接缝同样用硅胶封堵。

4.3 固定箱梁侧模

单元支架标高、位置经复核无误，支架间纵向连接对拉螺栓拧紧，连接面板处安装10 cm×10 cm的木方，确保浇筑过程中拼缝处不变形。每块单元支架下倒角处两侧安装横托杆及焊接斜拉杆并进行加固。斜拉杆一端与分配梁焊接牢固，焊缝饱满，一端与压梁（双拼14号槽钢）的紧固螺栓拧紧（双螺栓），螺栓丝扣外露不小于2扣，横托杆与压梁点焊固定[3－4]。腹板模板支架的3根可调支撑杆用钢管固定。

5 结语

可调钢木组合新型模板体系在港珠澳大桥东人工岛非通航孔桥现浇箱梁施工中得到了成功应用，施工质量及进度均满足要求，可为类似工程提供参考。