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24米箱梁模板设计制作及安装
一、工程概况 沈客运专线是我国第一条按200Km/h行车速度设计的新建铁路，其客车最大时速可达250Km/h以上，是我国铁路建设史上的标志性工程。中铁大桥局谷城桥梁厂承担了该线上月牙河特大桥的319孔箱梁的制造任务。其中24m双线箱梁309孔，20m双线箱梁10孔。 秦沈客运专线后张法双线箱梁是我国首次在铁路上采用大截面、大体积结构。因此，针对后张法双线箱梁，铁道部制定了《预制后张法预应力混凝土简支梁技术条件》、《桥梁制造与架设施工技术细则》、《秦沈客运专线桥梁工程质量检验评定标准》及《预制后张法预应力混凝土简支梁静载试验方法及评定标准》等。这些标准和规范与原T梁箱比，具有设计和制造标准新，科技含量高，吊梁、运梁、存梁的精度要求高，检验验收标准严等特点。因此，对箱梁模板的设计，制造与安装，提出了较高的要求。 二、24米箱梁的主要技术参数 秦沈客运专线24m双线后张法预应力混凝土单箱简支梁,为单箱单室等高度箱梁。梁全长24.6m；跨度24.0m；梁高为2.0m；桥面宽 度 为12.40m。梁体腹板采用斜截面形式，其坡度为1:10。箱梁底板宽度：中间部分为6.12m，梁端为6.52m。顶板厚度为30cm，底板厚度25cm，梁端底板加厚至55cm。腹板中段厚度为45cm，梁端加厚至85cm，箱梁内最大净空高度145cm。梁端设横隔墙，隔墙上进人孔净高为90cm。其跨中截面尺寸如图1.1： 梁体混凝土强度等级为C48，弹性模量为35GPa，一片(孔)梁混凝土体积为204.3m3。桥面防水层采用氯化聚乙烯防水卷材和聚氨脂防水涂料共同构成的TQF-I型防水层，桥面保护层采用C38纤维混凝土。一片(孔)梁设计总重达567.1t。 三、箱梁模板 24m双线整孔预制箱梁模板由底模、内模、外侧模和端模组成。内模、外模、台座总体布置见图1.2。 (一)、制梁模板制造及安装要求 模板应具有足够的强度、刚度和稳定性，确保箱梁在施工过程中，各部位尺寸及预埋件的准确，并在多次反复使用下不产生影响梁体外形的刚度。模板的支撑必须支承在可靠的基础上，做好基底的防水和防冻措施，模板及支撑的弹性压缩和下沉度必须满足设计要求。后张梁应根据设计要求及制梁的实际情况设置反拱。
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根据秦沈客运专线预制后张法预应力混凝土简支梁技术条件和桥梁工程质量检验评定标准规定的模板安装允许偏差如下： a、全长：±10mm； b、高度：±5mm； c、上翼缘(桥面板)内外侧偏离设计位置：+10mm，-5mm； d、底板、顶板厚度：+10mm，0； e、腹板厚度：+10mm，-5mm； f、腹板中心偏离设计位置：10mm； g、底板平整度(每米)：2mm； h、模板垂直度(每米)：3mm； I、相邻模板错台：2mm； j、模板表面平整度(2米)：3mm； k、模板接缝处缝隙：≤1mm； l、支座板位置处任意两点高差：≤1mm； m、四支座中心相对高差：≤2mm； n、底板反拱度：±2mm； o、端模预留孔道偏离设计位置：≤3mm。 (二)、底模 箱梁一次灌注混凝土重量达530多吨，加上梁体模板重达90多吨和每平方米1.5KN的施工荷载，底模每延米荷载达27吨以上。为使底模板刚度大且满足受力均匀的要求，底模面板采用12mm厚的钢板与槽钢组成井字型整体焊接结构，利用钢结构底横梁将底模受力传递到台座基础。 井字型结构分段制作，便于调整其平整度和底模的反拱度。底模的反拱设置根据底模的分段呈折线布置，同时为了将模板受力均匀地传递给基础，采用了三点支撑的工字型底横梁，与混凝土地基有效地结合成整体，既增加了底模的刚度，也增加了混凝土条形地基的横向刚度，同时节约了钢材的用量。横梁的间距为800mm。底模板断面见图 1.3。底模与侧模的密封采用燕尾橡胶条进行密封, 底模与端模的密封采用海绵橡胶条进行密封。
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箱梁的梁高2m，上翼板悬挑宽度达3m，侧模板同时承受灌注混凝土的侧向压力和上翼板混凝土的竖向压力以及施工荷载。为保证混凝土的密实，还须在侧模上设置振动器。 为保证梁体混凝土外侧的平整和光滑，采用刚度较大的整体侧模。侧模由面板、面板加劲槽钢、面板加劲立带、侧模支腿、调节支撑和调节拉杆组成。模板加劲立带的设置，确保了侧模双向受力的刚度；面板加劲槽钢的采用，节约了钢材的用量，还增加了侧模的纵向刚度；侧模立腿的使用，改变了侧模上翼的悬挑受力为简支受力的受力方式。 考虑到侧模刚度大，侧模立腿受力不匀，为保证在上翼板混凝土灌注时侧模不发生变形，增设立腿调节支撑和调节拉杆， 通过调节支撑来保证侧模立腿的支撑高度，通过调节拉杆来对侧模立腿预施荷载压力，来保证侧模在混凝土灌注施工时的双向受力稳定。外模结构见图1.4。 外侧模板的分块和安装： 为减少模板拼装时间，外侧模两端变截面4.3m段做成一段，中间16m作一节，不再拆除。只在梁体起吊前，将外侧模立腿调节支撑松掉，模板向外略倾斜，使模板脱离梁体混凝土面。待梁体张拉、吊运后外侧模复位，复位时不再用吊机，只需用立腿支撑调节，打紧钢楔, 模板即安装到位. 端部变截面4.3m段因梁体张拉压缩，变截面模板须脱开混凝土面，以免造成梁体混凝土外观克损，其方法是将横梁上支承侧模板的活动刀口铁的销轴抽掉，使活动刀口铁向下转动，即可使模板完全脱离梁体。模板复位只需用千斤顶将模板顶起，转动活动刀口铁，插上销轴后模板落位，然后调节支腿高度，打紧钢楔，模板即安装到位。 侧模面板端部采用刨光，使模板接缝密合。模板接缝外侧用海绵橡胶条加木板条，木楔进行密封。 外模特点: 1、外侧模采用了整体连接的方式（除两端块外），施工方便快捷。减少了侧模之间的连接工作量，缩短了立模、拆模工序作业时间。避免了连接件易丢失的现象。 2、降低了工人的劳动强度，消除了原分块模板缝易漏浆等质量问题，因而改善了梁体外观。 3、外侧模立柱撑杆的使用，使立模、拆模更加方便，模板的垂直度、高度等调节更加快速，并精确度高。 4、采用了刀口铁与钢楔联合组件，避免了跑模的问题。
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5、侧模面两端刨光，使模板之间的接缝均小于1mm，并且采用燕尾橡胶条和海绵橡胶条密封，使箱梁表面基本上没有漏浆、接缝及错台。箱梁表面质量较好。 (四)、内模 24m箱梁的中间段箱室高度为1450mm，箱室净宽却达5500mm，箱顶混凝土高度达387mm，箱室底宽为4670mm；梁端箱口高度为900mm，梁端箱口净宽为4070mm，箱室截面尺寸变化大，中间17.4m为等截面段，梁端3.6m段为变截面段，同时秦沈客运专线预制后张法箱形梁技术条件规定：模板的最大变形不大于2mm，箱梁底板、顶板厚度的误差+10，0mm，腹板为+10，-5mm，因此给内模制造和安装带来很大困难。现场采用两种内模方案。 1、液压式内模 液压式内模有二种.一种是液压整体收缩抽拔式内模。其方案是设立内模纵梁，把整个内模按顶板和侧模铰接为三大块或多块，利用液压顶伸缩完成内模支模和拆模，利用整体内模床来支撑内模。它的优点是：钢模整体性好；整体刚度大；表面平整光洁；混凝土表面平整、美观；容易保证梁体外观尺寸；支模和拆模时可一次整体完成，减少劳动用工和减轻工人的劳动强度。其缺点是：由于精度高，带来加工制造困难，用钢量大，使用维修难度大，模板投资大，其箱体内油顶设置多，难以保持同步运动，因而使内模易变形，模板变形后难以修复；由于箱梁的两端带有隔墙，其整体内模脱模时须完全折叠，造成内模竖向刚度减小，移动时若支点不匀容易产生变形；因为箱室净空低，加上内模的油顶和支撑，减小了箱室的空间，给箱底混凝土灌注带来困难；立模时，只能在台座上完成，其工序时间较长。 一种是分段液压拼装式内模。其方式是不设内模纵梁，按梁体的长度和箱室的变截面段把内模分成数段，内模的横截面与整体内模相同，顶板和侧模铰接为三大块或多块，采用可与内模分离的液压内模车来完成内模的支模和拆模。其优点同液压整体抽拔式内模。因内模纵向分段，解决了内模折叠的竖向刚度问题，减少了内模纵梁，但也产生了模板纵向拼接接缝多, 易错台，在灌注时受混凝土挤压内模变形大，容易产生箱梁内箱尺寸误差超标；还存在用钢量大，生产人员增加，使用维修难度大，模板投资较大。同时，立模时其工序时间较长。 2、拼装式内模 工具式拼装内模：其方法是采用工字型断面的钢梁及节点板拼成环形骨架，以螺旋支撑杆组成稳定的三角体系，消除环形骨架拼装接点的微量变形；面板采用工具式钢模板拼装，在环形钢结构骨架上形成整体内模。 拼装式内模安装使用方法： 先拼装骨架，后铺设面板。骨架的拼装精度直接影响内模的整体精度。拼装时控制好四个点的位置准确，上下两条线互相平行即可保证骨架精度，为此，先特制了四种骨架的拼装胎具。骨架分段吊运，对位好后，用正反丝杆调节骨架。这样做的优点：快速、方便、精度高。
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内模拼装在拼装台位上拼装，拼装台位按箱梁底板变截面坡度设置相同高度的支承台位，在台位上首先固定相应变截面位置的内模骨架，以骨架来控制内模横截面的结构尺寸，在骨架上拼装工具式内模板块，以工具式内模板块来控制内模的纵向尺寸，内模采用一次拼装，整体成形，用整体来保证内模的刚度。在侧模、梁体钢筋、端模安装完后，将内模整体吊装至制梁台位安装。内模在台座上的安装对位：由两台10t门吊抬吊内模至制梁台位上，门吊初步对准台位，内模缓缓下落，当内模快要到位时，吊钩停止下落，检查纵向及横向位置，纵向以一端的端模为基准，调整另一端内模安装尺寸。横向以一侧侧模为基准，对角进行调整，以保证精确对位。内模与外侧模的相对位置利用通风孔穿M28螺栓拉结，以确保内模与外模的相对位置不变。内模在底模上的固定，利用预制的混凝土垫块支承内模，其垫块中间预留孔洞以便穿螺栓，使内模与底模连结防止内模上浮。 拼装内模的特点： 模板在分块上，考虑箱内施工的劳动强度和结构形式，把转角处模板分块减小，平、侧面模板分块的原则是，单块重量不超过35Kg，分块尺寸统一，可以互换。由此带来制造加工快而且方便，钢结构用料少，造价低，便于梁体换型。拼装式内模制造费用低廉，只相当于液压式整体内模的1/5～1/10。施工时可在台座外拼装成整体后吊运至制梁台位整体安装，占用台座的工序时间短，容易维修。缺点是投入劳动力多，工人的劳动强度大。 与液压内模相比, 箱梁内室表面接缝多，混凝土表面不太平整、不 太光滑。 (五)、箱梁模板安装顺序 箱梁的立模顺序为：检查、维修底模→安装侧模→安装支座板→涂脱模剂→吊装梁体钢筋骨架→安装端模→穿制孔胶管→吊装内模→吊装桥面板钢筋→吊装桥面联结系。 四、立模注意事项 1、模板应清理干净，脱模剂应涂刷均匀，不能漏刷或多涂。 2、模板的接缝应平顺，其错台不大于1mm，要严密不漏浆。 3、安装底模时应在底模上准确标出梁体的中轴线，并调整底模的反拱度。 4、安装外模时，要保证箱梁底板、腹板及腹板的倾斜度、隔墙的尺寸误差。 5、内模安装前，其内模骨架要在固定的胎模上校正。 五、结尾： 中铁大桥局谷城桥梁厂月牙河梁场，外侧模采用两端块加中间16m整段。内侧模全部采用拼装式内模，通过319孔箱梁生产实践的检验，使用效果良好。梁体外表面光滑、平整，颜色基本一致；内模节省投资约70万/套。并且生产周期快，曾创造了3天生产5孔梁的最高记录。提前一个月完成了全部生产任务，为秦沈客运专线早日完成作出了贡献。