实例谈箱梁预制施工难点

摘要：笔者针对高速公路项目中箱梁设计长短不一，每种箱梁设置一整套台座和模板既浪费又影响工期，本文根据施工经验将几种尺寸的箱梁台座和模板设计成共用，既提高了经济效益又缩短了工期。也在文中阐述了箱梁预制时芯模上浮如何解决的问题。

关键词：预应力箱梁台座、模板设计 芯模上浮

1．工程概况

该标段共计生产20m箱梁279片，其中 20m预应力箱梁163片，25m预应力箱梁60片，30m预应力箱梁56片。根据现场实际地形和临时征地的难度，决定将预制场设置在回龙角大桥起点处300米路基内，预制场需等路基填筑完成后才可进行预制场的建设。

2．预制梁台座设计与施工

2.1 台座设计

2.1.1 场地规划

预制场设四大区：预制区、存梁区、钢筋加工区、生活区，场地内地面全部采用C15混凝土进行硬化处理，预制场中间预留宽8m的砼罐车行驶道路，砼罐车行驶道路和钢筋场前道路采用15厘米厚的砼硬化，非行车道采用10厘米厚的砼硬化，并设横坡（1%）、纵坡（0.5%），便于排水。

2.1.2 梁板施工工序及周期：

2.1.3 台座数量计算

根据上述计算，一片梁板预制时间为12天，现预制工期为177天，20m箱梁共163片，所需台座个数：163*12/177=12个；30m箱梁共56片，25m箱梁共60片，考虑25m和30m箱梁数量不多，为灵活施工，保证施工高峰期梁板的预制，25m与30 m箱梁共用台座，25m与30 m箱梁共116片，所需台座个数： 116*12/177=8个，台座总共设置台座20道。1片梁板模板宽1.15m，两台座间距按1.5倍模板宽度，则两台座间距为1.15*1.5+1.15=2.9m。

2.1.4 通用台座设计

25m与30 m箱梁的模板外部结构形式一致，只在腹板高度相差20cm，25m箱梁梁高1.4m，30m箱梁梁高1.6m，为了不影响进度的情况下节约经济成本，既要共用台座又共用模板，模板统一采用30m箱梁外模板，不另购25m外膜，只有对台座进行设计，在台座上预留2排拉杆孔，上下2排拉杆孔间距20cm，通过外模板拉杆位置的调整来调整模板的高度。设计图如下：

2.2预制梁台座施工

2.2.1 台座地基处理

施工底座时，将填筑到下路床底的路基整平碾压，在路基填筑的过程中应严格按照路基填筑的规范要求施工，避免以后路基沉降对台座和梁板造成严重的影响。场地平整后全部采用C15混凝土进行硬化处理，砼厚度为10cm。

2.1.2 台座施工

用全站仪及水准仪控制底座平面位置和水平位置，确保底座平整、线型顺直。预制梁底座采用砼底座，底座面铺焊钢板。箱梁台座布局为纵向5排，横向4个，共20个底座，20米箱梁台座12个，考虑25m和30m箱梁数量不多，为灵活施工，保证施工高峰期梁板的预制，25m与30 m箱梁共用台座， 30m箱梁预制完成后，再对台座进行修改，对25m箱梁进行预制。纵、横间距2.9m，能满足钢筋绑扎、砼浇捣、拆模、移梁等工序施工需要，20m箱梁每个底座长20.5m、底座宽为100cm，30m箱梁每个底座长30.5m，底座宽均为100cm，施工过程中宽比设计尺寸小5mm，底座厚30 cm；底座均用C25砼浇捣成型，底座两侧各设一道L75×75mm护边角钢。考虑到梁体张拉上拱两端集中受力，将预制梁底座两端各加宽0.5m、沿台座方向2m，加厚30cm。在砼面上铺焊6mm厚钢板，确保底座表面平整及整体钢性。

2.1.3预拱度

箱梁预制设置向下拱度，其值大小以水泥混凝土铺装前梁的上拱度（向上）不大于20mm，同时满足成桥后预拱度（向上）要求控制。

下表为反拱度参考值和预制梁预应力张拉后的梁上拱控制值:

3．芯模上浮

箱梁混凝土浇筑采用整体浇筑，浇筑顺序为先底板腹板浇筑、后面板，混凝土的浇筑水平分层，斜向分段，从梁的一端一层一层循序进展至另一端，全断面推进。底板浇筑采用高频附着式振捣器，在浇筑过程中振捣器不断地拍打混凝土，使底板混凝土挤压密实。底板和腹板一起浇筑。芯模在混凝土浇筑前已经安装就位，在浇筑过程中减少了箱梁底板与腹板混凝土的浇筑间隔时间，为整片箱梁浇筑节约了1个小时左右的时间，提高了箱梁的施工效率，但这也造成芯模极易上浮，使得顶板厚度不足，从而改变实际结构与设计结构的受力状态，形成质量隐患。

3.1 芯模上浮的原因

在混凝土振捣过程中，产生的振动力会使混凝土向下流动，成为流体，从而对限制它流动的物体产生反力。从横向来说对外模和芯模产生侧压力，从纵向方来说，对芯模产生浮力。如果芯模固定不当，极易产生上浮现。受力图式如图1。

Q一侧向压力

L一芯模自重力

F一流动混凝土浮力

图1芯模受力模型

在没有其它约束条件下，此时芯模受到的纵向力主要有自重L和浮力F，根据力和位移的关系，当F>L时，芯模就会向上移动。可见，因混凝土流动产生的浮力，是芯模上浮的主要原因。

3.2 构成芯模上浮的因素

3.2.1 芯模重量

芯模自重越重，混凝土流动产生的浮力对芯模的影响越小，上浮的可能性就越低，当L>F时芯模就绝对不会上浮，但芯模太重就会使芯模的吊装和拆卸也会成为问题，直接影响到箱梁的施工效率。

3.2.2 混凝土坍落度

混凝土的坍落度越大混凝土的流动性越大，对芯模产生的浮力越大，因此减小混凝土的坍落度，能有效减小混凝土对芯模浮力，若流动性越小，放入模中混凝土的密实程度在现代条件下也无法保证，可能会造成更大的质量事故（底板、腹板空洞）。

3.2.3 混凝土振捣时间

箱梁底板混凝土振捣原理是通过高频附着式振捣器不断地拍打混凝土，使腹板里的混凝土不断地向下挤压，使底板里的混凝土不断被挤压，这也对芯模产生一个非常大的浮力。振捣时间短，粱底混凝土的密实度无法保障；振捣时间越长，随着腹板混凝土不断进入底板，使芯模受到的浮力会越来越大。

3.3 在箱梁施工中防止芯模上浮采取的措施

3.3.1 采用组拼式钢芯模

在箱梁施工中，从增加自重和利于芯模拼拆施工及周转使用经济性的角度出发，加工了五套组拼式钢芯模，相比木模而言，较大的增加了自重。

3.3.2 严格控制入仓混凝土的坍落度

混凝土的坍落度越小混凝土的流动性越差，箱梁底腹板钢筋数量多且间距小，坍落度小不利于箱梁底板浇筑，易造成底板不密实和出现空洞现象；混凝土的坍落度越大混凝土的流动性越大，在振捣过程中对芯模产生的浮力越大，因此减小混凝土的坍落度，能有效减小混凝土对芯模浮力，在现场实际施工中入仓混凝土坍落度严格控制在90~110mm的范围内，既能确保底板的密实度，便于混凝土的浇筑，又能减小混凝土对芯模浮力。

3.3.3 控制高频附着式振捣器的振捣时间

混凝土振捣产生的浮力是芯模上浮的主要原因，根据现场实际情况来控制高频附着式振捣器的振捣时间，不要过振，就能有效的控制芯模的上浮。

3.3.4 在芯模顶设置型钢压杆

当芯模上浮时会对其产生向下的约束反力，防止其上浮。结构受力图如图2。

图2 芯模结构受力图

Q一侧向压力

F一芯模受到的浮力

L一芯模自重力

P-压杆对芯模的约束力

在芯模上施加一个向下的约束力P，使得P+L>F，此时芯模就不会上浮。

用槽钢作成压杆，用高强螺栓与箱梁外模主肋联成整体，通过铁支架或者方木作用于芯模顶面。外模主肋底部用对拉筋作用在钢底模下部。当浇筑混凝土时，芯模自重可能会抵抗不了的浮力，会产生向上的趋势，此时压杆通过方木作用在其顶部产生向下的约束反力，阻止其上浮。而压杆通过高强螺栓作用在外模主肋、外模主肋通过对抗底拉筋作用在混凝土台座上，此时压杆会受到模内混凝土所产生的重力及外模产生的重力，其和大于F，即L+P>F时芯模就不会上浮。

因此，只要钢梁、内模、外模、砼台座的刚（强）度足够大,控制好砼的塌落度和高频振捣器的振捣时间，就完全可以解决芯模的上浮。

在成简快速路第四标段的施工中，就是采用这些措施来解决芯模上浮的，其在技术上和经济上均具有较强的可操作性。

4．结束语

芯模上浮带来的后果处理起来是极其麻烦的，由于芯模浮起时在混凝土浇筑到顶面时才发现，处理起来有相当不容易，所以在箱梁浇筑前做好防止芯模上浮的各种措施，芯模上浮的可能性就可降至最低。在成简快速路第四标箱梁预制中，未出现一例芯模上浮事故。本文从台座的规划设计的方法和芯模上浮原因、解决措施进行了阐述，为箱梁预制既提供了质量的保障，又降低了经济成本。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。