弧形结构清水混凝土现浇箱梁施工技术

陈正兴 2023-01-22 发布于湖北

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【摘要】：对于弧形箱梁清水混凝土结构，在实际应用过程中出现了一些问题，例如施工模板不适用、模板钢筋安装效率低、外观质量难达标等。本文以某市政桥梁工程人行梯道施工为例，系统介绍了变曲率、变高度、变宽度弧形箱梁整套施工工艺。通过与偏角法、极坐标测量法对比研究，总结出更适用于弧形箱梁施工的道路中线推进测量放样技术。

对比国内常用模板材料的密度、配备情况、加工安装质量及难易程度，力学性能等，包括定型钢模板、玻璃钢模板、充气内模、铝合金模板、双壁波纹管、塑料模板等。比选出菲林板+不锈钢复合模板作为弧形箱梁侧模板，双壁波纹管作为内模材料。

施工前，针对箱梁配筋情况，结合BIM模型，综合分析，提前部署，确定钢筋安装、混凝土浇筑顺序。过程中进行质量安全控制、形成弧形箱梁钢筋安装及混凝土施工工艺。

【关键词】：弧形结构；现浇；清水混凝土；箱梁；施工技术

0 引言

伴随科学技术的发展，传统的混凝土箱梁施工在大跨度桥梁工程等大量运用，其施工方法也在发生变化，如整体钢模板施工，橡胶充气芯模等，但在实际施工过程中也存在一些问题：

1）遇到变高度及宽度的异型箱梁时，特别是箱梁内部净高小于60cm时，无法用人工拆除内模；

2）橡胶内模在混凝土浇筑过程中，需要人员时刻关注内模气压，若气压下降，将对箱梁尺寸造成影响，人工消耗大；

3）橡胶内模拆模时间控制难度大，在实际工程中，施工人员为避免顶板混凝土坍塌，人为推迟拆模时间，内模同混凝土粘结现象时常发生，外囊容易磨损，进而影响混凝土成型质量。

本文以某市政工程人行梯道的施工为例，系统介绍了弧形结构清水混凝土现浇箱梁施工的一整套施工工艺。

1 研究背景

本文研究的弧形箱梁为某市政桥梁工程中两座人行梯道。梯道曲率变化大，梯道1弧线曲率由1/1437.1变化到1/1890.5，如图1所示。

图1 梯道1平面图

箱梁高度从150cm变化到100cm，如图2所示。

图2 梯道1立面图

梯道1弧线曲率包括5种变化，有直线段，1/822，1/1078，1/950，1/700，如图3所示。

宽度也包括了3种尺寸的变化，由256cm过渡到264.4cm再274.5cm，如图3所示。

图3 梯道2平面图

2 研究内容

本文综合研究了清水混凝土变曲率、变高度、变宽度现浇弧形箱梁整套施工技术。包括：

1）测量放样技术；

2）模板材料比选；

3）模板设计拼装；

4）钢筋安装技术；

5）混凝土施工技术。

2.1 弧形箱梁测量放样技术

结合弧形箱梁特点，将BIM模型与道路中线推进测量技术相结合，与偏角法、极坐标法进行对比。主要包括特点，测量方式，工艺优缺点对比，详见表1。

表1 不同测量方法对比

通过对比可以看出BIM模型+道路中线推进法的优势。该方法主要包括三个步骤：

1）确定箱梁控制桩号；

2）通过平面图中轴圆曲线确定中桩坐标；

3）通过箱梁截面图测算出顶底板边桩坐标。其中关键控制桩号的选取原则为中桩圆曲线的起点和终点，不同圆曲线交点，如图4所示。

图4 道路推进放样示意图

2.2 弧形箱梁模板材料比选

针对箱梁模板材料，本文对比了现阶段国内常用板材。包括定型钢模板、菲林板+不锈钢复合模板、玻璃钢模板、充气芯模、铝合金模板、双壁波纹管、塑料模板等。结合弧形箱梁特点，分别从模板密度、配备情况、力学性能、加工安装质量、混凝土成型质量进行对比，详见表2、表3。

表2 不同模板密度、配备情况及力学性能对比

表3 不同模板加工、安装质量，混凝土成型质量对比

对于弧形箱梁侧模，可对比铝合金模板，塑料模板，菲林板+不锈钢复合模板，定型钢模板，玻璃钢模板。铝合金模板和塑料模板都有防腐、耐腐、自重轻的优点，但均需厂家定制。对于变曲率变高度弧形箱梁运用后，周转率低，材料造价高，同时对现场安装作业人员要求高，不采用。

定型钢模板制作精度高，但自重大，不能单纯靠人工安装，对于变曲率变高度弧形箱梁通用阶段少，周转率低，综合成本高，不采用。而玻璃钢模板，多用于圆形墩柱和电力管道，其本身主要由玻璃纤维聚合而成，抗拉伸性能优异，但侧模整体加固成型困难，摩擦力较小，对工人安装水平要求高，材料本身成本较高，不采用。

菲林板+不锈钢复合模板既有菲林板取材方便、性能稳定，成本低廉，安装方便快捷等特点，又有不锈钢模板可塑性强，现场可裁切的优点。结合弧形箱梁变高度变宽度变曲率特点，采用该复合模板可显著提高模板周转率，最终选用它作为弧形箱梁侧模板。

在弧形箱梁内模选择上，表2、表3中的各类模板都可作内模。但由于弧形箱梁截面高度仅为110cm，作业人员安装难度大，故铝合金模板、型钢模板、菲林板+不锈钢复合模板不适用。橡胶充气芯模由于在曲率较大位置易破损，安装步骤多，浇筑时易上浮，箱梁尺寸难达标，拆模不易控制等因素，不选用。而玻璃钢和塑料模板表面光滑，作内模不易固定，不选用。双壁波纹管，取材便捷，局部可弯曲，外表面有波纹凹槽方便固定，现场安装效率高，故采用。

2.3 弧形箱梁模板设计及拼装

施工前建立弧形箱梁BIM模型。主要运用到模板设计拼装及安全技术交底。采用Rhioceros5软件进行BIM建模，详见图5、图6。结合模型及规范等进行模板体系设计。同时兼顾施工安全性，便于现场安装，具体详见图7。

图5 变高度变曲率BIM模型

图6 变宽度变曲率BIM模型

图7 模板加固设计图

2.3.1铺设底模

箱梁底模、侧模用菲林板，底模板超出侧模板底边线至少20cm，在安装好的底模上钉防滑木条，木条尺寸长×宽×厚为50cm×20cm×2cm木板，间距30±5cm，方便弧形箱梁边模安装，如图8(a)所示。沿着箱梁底板边界线钉一条宽10cm，厚18mm的木条，线型与箱梁底板两侧一致。

底模安装完成后，测量人员再次放样，确定底板平面标高。根据图纸及测量结果进行多次调整，直到与图纸一致。

图8 弧形结构清水混凝土现浇箱梁施工关键工艺

2.3.2 侧模安装

在已安装好的底模上安装侧模。侧模板采用18mm厚菲林板。模板背部钉一条2m长10cm×10cm的方木，间距15cm。每60cm设置一条加固支撑的方木，一边顶住侧模板背部的方木，在接头处用模板钉紧连接，另一头则钉在与支顶架连接的方木上，如图8(b)所示。

对于弧形箱梁上部圆弧处，先在上部钉模板，高度超出设计结构高度10～15cm，再在圆弧处用2mm不锈钢模板钉出设计图纸需要的半径，宽度10cm。

2.3.3 弧形内模安装

弧形箱梁内部为圆形空心结构。为了达到弧形效果，高度和角度可随箱梁调整，采用局部可延展的双壁波纹管，如图8(c)所示。为了保证波纹管安装高度，在后期浇筑混凝土时不移动偏位，采用∅16mm钢筋固定，间距80cm。固定钢筋需与底部主筋有效焊接。同时会顺着波纹管安装一圈∅10mm螺纹钢，如图9中8号钢筋，保证其与其他钢筋有效连接。在螺旋筋外侧增加纵向钢筋，如图9中9号钢筋。内模安装后如如图8(d)所示所示。

图9 弧形箱梁钢筋剖面示意图

2.3.4 边模加固

在距离箱梁底部高25～30cm位置穿对拉螺杆，距离顶部25～30cm位置穿对拉螺杆。两边穿完对拉螺杆后对于弧度较大段采∅14钢筋与同侧螺杆相连成整体进行加固，如图8(e)，对于弧度较小段采用钢管与螺杆连接对箱梁进行加固。同时为了加强模板整体稳定性，每3m增加一道支撑。边模加固后的整体情况如图8(f)所示。

2.3.5 弧形箱梁钢筋安装工艺

首先在箱梁底部两侧安装两∅12钢筋，用来固定箱梁底筋。定位钢筋端部需和预埋钢板焊接。再进行箱梁最外侧箍筋安装，如图9中3号箍筋。箍筋底部可与底部两∅12钢筋焊接，按图纸间距进行安装。最外侧箍筋安装完成后进行底部主筋安装，即图9中2a，2b，2c，2号钢筋。同时安装腹板钢筋及面筋。现场钢筋安装如图8(g)所示。