现浇箱梁钢芯模上浮原因及控制措施研究

车青森， 何志辉， 逯 平

（北京市政二建设工程有限责任公司， 北京 100071）

在现浇箱梁混凝土浇筑过程中，钢芯模的上浮问题时有发生；轻则导致箱梁顶板混凝土厚度、强度无法达到设计要求，顶板钢筋保护层厚度不足或缺失；重则导致现浇梁板整体强度与形状不符合设计与规范要求[1]，工期被拖延，浪费大量人力、财力，因此如何预防钢芯模上浮，成为现浇箱梁施工的重中之重。

目前对于预制混凝土箱梁钢芯模上浮原因及控制方法研究较多，但对现浇箱梁钢芯模上浮原因及控制方法研究极少。虽然两者上浮的原因类似，但现浇箱梁施工现场情况复杂，往往受线路线形和纵坡的影响，现浇箱梁钢芯模上浮的控制方法有别于预制箱梁。

本文结合北京轨道交通新机场线一期工程中现浇箱梁的施工经验，针对控制现浇箱梁钢芯模上浮问题进行了分析并提出了一套完整的施工工艺。

1 现浇箱梁钢芯模上浮原因

1.1 上浮特征

钢芯模在现浇施工中上浮主要的特征表现为箱梁顶板厚度无法达到设计要求，箱梁顶板保护层厚度不足，从而导致箱梁出现表面裂缝；甚至有些箱梁的保护层不存在，钢筋直接裸露在空气中，致使梁板无法按设计标准正常投入施工。

1.2 上浮原理

混凝土初凝前是介于液体和固体之间的一种混合状态。箱梁施工过程中,倾倒混凝土时产生的冲击力，振捣混凝土时产生的振动力会使混凝土在力的作用下向下流动,从而对限制它流动的物体产生反力。从横向来说，对外模和钢芯模产生侧压力；从竖向来说,对钢芯模产生浮力；从线路纵向来说，若线路纵坡较大，由于混凝土的流动，钢芯模将沿纵坡方向受到混凝土向下的推力[2]。见图1。

在没有其他约束条件下,钢芯模受到的纵向力主要有自重G 和浮力F,根据力和位移的关系,当F＞G时,钢芯模就会向上移动。

1.3 上浮原因

1）混凝土浇筑方式不合理

（1）使用底板、腹板与钢芯模一次性搭建完成后，全断面浇筑混凝土。此时混凝土在振捣棒的作用下由腹板流向底板，混凝土在浇筑过程中对底板、侧模、钢芯模产生了较大的冲击力，导致模板微量变形，钢芯模在混凝土冲击力的作用下也发生了位移。

（2）混凝土浇筑过程未按规定分层浇筑，同时浇筑速度过快，在振动棒的作用下，混凝土和易性变强，流动性增加，使钢芯模受到了较大浮力，当所受浮力大于钢芯模自身的重力和束缚力之和时，发生了竖向位移。

2）混凝土浇筑时坍落度过大

为了方便施工，通常采取一定手段增大混凝土坍落度。坍落度过大，会发生离析，经振捣棒作用后，骨料下落浆体上升，使得模板下方混凝土密度增加。

根据液体浮力公式F浮=ρ液gV排，在混凝土浇筑体积一定的情况下，密度越大，则钢芯模所承受的浮力越大，越容易产生位移，影响施工质量。

3）未采取有效的固定措施

钢芯模在浇筑混凝土时受力较复杂，包括：自身重力，浇筑时混凝土的冲击力，浇筑过程中到混凝土初凝前所产生的浮力。在这些力共同作用下，钢芯模所受到的合力大于本身的重力，倘若不采取合理的固定措施，必然会影响钢芯模的稳定性，产生位移。

4）现浇箱梁有纵坡

现浇箱梁施工与预制箱梁的最大区别在于：预制箱梁在预制厂内的台座上浇筑，均为经过处理的地基，场地相对较平整；而现浇箱梁在支架上现浇，受线路影响较大，多数情况下有一定纵坡，本工程纵向坡度最大处达3%，箱梁浇筑时钢芯模可能上浮并发生纵向移动，影响结构尺寸，使得现浇箱梁无法满足设计要求。

5）钢芯模固定措施拆除过早

顶板混凝土浇筑，尚未完成初凝之前，如果钢芯模固定措施过早移除，必然发生上浮。

2 控制现浇箱梁钢芯模上浮的措施

1）采用合理的混凝土浇筑方式

（1）分层浇筑混凝土，通过计算得出每次浇筑混凝土钢芯模所增加的浮力，合理规划分层厚度，控制每次浇筑厚度不超过30 cm。

（2）减弱混凝土浇筑时的横向冲击力对钢芯模影响，控制浇筑速度不要过快，在保证两层混凝土的浇筑间隔时间不大于初凝时间的前提下，尽可能放慢浇筑速度。

（3）下料口的高度，尽可能降低。

（4）振捣时间不宜过长，看到混凝土表面开始泛浆，有少量气泡冒出即可。

（5）一次浇筑完成，纵向从低到高，横向对称浇筑。

2）严格控制混凝土坍落度

混凝土浇筑前应在浇筑地点现场取样，严格开展混凝土坍落度试验，确保浇筑使用的混凝土坍落度与和易性满足设计要求。防止过度振捣，采用泵送混凝土，坍落度控制在180～220 mm[3]。

3）采取有效的固定措施

根据以往验，研究出一套既能防止现浇箱梁钢芯模上浮，又能解决纵向移动风险的方法。

（1）抗浮装置。现浇箱梁钢模板采用满堂脚手架支撑；脚手架顶部的外模板包括底模板和侧模板，底模板与手架之间设置有多道横向的底梁[4]，侧模板的顶面设置有横向的压杠[5]；压杠和底梁的两端均伸出侧模板，外露端用钢丝绳连接；钢芯模与外模板之间安装钢筋网片，钢芯模底部设置多根竖向钢筋进行支撑，竖向钢筋底端焊接在钢筋网片上，顶端抵接在钢芯模的底面；钢芯模的上表面与压杠之间设置有支撑架，支撑架的顶端固接有向上伸出的一对限位环，压杠安装在一对限位环之间。见图2。

（2）限位装置。将支撑架摆放在钢芯模的顶部，然后将压杠卡放在支撑架的限位环内，最后将压杠和底梁拉接。压杠与底梁拉接后，压杠的高度固定，压杠底部支撑架将钢芯模进行高度上的限位，从而防止钢芯模上浮。混凝土浇筑完成后，拆除压杠和底梁即可，支撑架留在箱梁的顶板内，节省了大量的时间。限位环一方面可以作为把手或吊耳，方便了支撑架的安装；另一方面，一对限位环卡在压杠的两侧，能够有效防止芯模发生纵向位移。见图3。

图3 限位装置安装

卡位钢筋使得支撑架与顶板的钢筋更好地结合成整体，结构更加稳固，从而防止芯模发生纵向位移。

（3）钢芯模排气口。为了减小混凝土浇筑时对钢芯模底部的压力，避免上浮，在钢芯模底板上间隔设置有多个排气口。排气口上安装有可拆卸的箱盒，箱盒的底面与钢芯模底板的底面齐平，将排气口封闭，排气口周边设置竖向连接板，连接板的底部与底板焊接，箱盒包括盒底板和盒侧板，盒底板与排气口的大小相匹配；盒侧板和连接板上开设有销孔，销杆插入销孔后将箱盒固定在芯模的底板上。见图4。

图4 钢芯模排气口

浇筑混凝土时先将排气口打开，方便外模板与钢芯模之间的空气排出，使混凝土在模板夹层内的流动更加快速均匀，多个支撑架能够同时受力，增加施工过程中模板系统的稳定性；当观察到混凝土已经到达钢芯模底板的高度时，将排气口封闭；排气口的设置也可以作为振捣口，防止了箱梁的底板因混凝土振捣不实造成质量问题。

3 结论

根据北京轨道交通新机场线一期工程中现浇箱梁的施工经验，提出了一套控制现浇箱梁钢芯模上浮的施工方法。实践证明，该方法能够有效控制桥梁施工中现浇箱梁钢芯模上浮问题。采用该方法施工的144 跨现浇箱梁，桥面板厚度和桥面标高偏差均在规范允许范围内，无上浮现象发生，保证了施工质量，缩短了工期。□■