索塔钢模板施工方案.doc

猎德大桥高支模方案主桥索塔塔柱模板设计与施工1 概述猎德大桥索塔塔身外观似两个贝壳形相扣，主体高128m，其中上部装饰部分高25m，下部钢筋混凝土结构103m，横向全宽56m，纵向全长9.16m，塔身横向内外轮廓为椭圆形，塔高方向为双曲线，单肢塔柱，横断面为似梯形，其两侧轮廓由一段或两段椭圆弧组成，塔身外观为空间三维曲面，外观结构美观，线形流畅，但其三维曲面形体的模板加工难度大，且每节模板均只能使用一次，塔柱外模面积初步计算约8000，按240/估算，外模重量约1920吨。2 模板设计原则 对于不可展开的空间三维曲面来说，其严格意义上是无穷个渐变的断面轮廓线（面）的组合，对于其模板来说，渐变的轮廓面分割的越小，其成型就越接近理想的空间曲面状态，所以对这种空间三维曲面的模板制作来说，就是要在相关规范允许的条件下及外观成型尺寸误差允许的条件下，将这种不可展开的曲面分割成局部的可展开曲面、可加工的面板部件。 模板的设计、制作、运输、堆放、吊装、定位和拆卸应保证清水混凝土结构的质量和外观表面观感满足设计文件、混凝土结构工程施工规范（GB50204）、广州地区建设工厂质量评审标准（评优等级）及国家相关规范中清水砼优良等级四者中的最高要求。 模板设计载荷及组合按照公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）第9.2.2条规定执行。 模板内部的对拉杆及加强内支撑不应与索塔内的劲性骨架及相邻预埋件相碰。3 索塔外模板设计为保证混凝土接缝的顺直，塔柱模板后拼装的顶面与混凝土浇筑面均为水平面。砼塔的混凝土外表面为三维空间曲面，且为不展开面，砼施工的结构尺寸控制和表面成型质量在很大程度上取决于模板的结构设计、模板配置，特别是模板制作质量，而模板的制作质量又很大程度上取决于模板制作的工艺流程和工艺水平。3.1塔身模板竖向分块根据索塔结构以及施工要求的节段，模板立面配置分为三部分，1）下部18m共3节段（0#2#节段），每节段高6m，考虑制作及运输方面等问题，本模板设计每节段分为2节制作，每节高3m。模板编号为M1M6。2）中间70m部分共14节段（3#16#节段），每节段高5m，考虑在工艺上避免通风孔与边框冲突，通风孔尽量不开在模板分块处以免影响边框刚性，每节段分两节制作，每节高2.5m。模板编号为M7M34。3）第17#节段部分分两节制作模板，每节高2m，编号分别为M35，M36。4）第18#节段高3m制作成一节，模板编号为M37。5）第19#节段横梁部分，由于模板整体尺寸非常大，不利于制作安装及运输，故本节段模板分为3节制作，每节高2m，模板编号为M38、M39、M40。6）第20#节段横梁部分高2m制作成一节，模板编号为M41。模板立面示意图见图5-5。8图5-5 模板立面节段分段3.2断面分块1）塔身节段部分（0#16#节段）的模板由采用大面积节段整体桁架钢模板，每节模板均分为四块制作。为使模板四边棱角美观，模板分块的地方应尽量避免布置在混凝土拐角处，为此1#模板与2#、4#模板直接连接的地方布置在离混凝土边线200mm处，3#模板与2#、4#之间由于为锐角，不容易拆模，只能采用连接角模进行连接，模板与模板外层布置桁架进行加固对拉。模板分块示意图（以实心段为例）见图5-6，实心段外侧模板断面构造图见图5-7 。空心段外侧模板断面构造图见图5-8 及图5-9 。图5-6 模板分块示意图图5-7 塔柱实心段模板断面构造图图5-8 塔柱空心段模板断面构造图图5-9 塔柱空心段模板B-B剖面图2）横梁节段部分（18#、19#、20#节段）由于模板断面尺寸最大处达40多米，整体制作及运输很不方便，所以模板需分多块制作。详细尺寸及构造见图5-10 横梁19节段外侧模板断面构造图。3）外模模板分块后单块模板最大重量约6900kg。图5-10 横梁19节段外侧模板断面构造图3.3模板结构 1）基本构造按照投标文件要求采用大面积整体节段箱梁模板，由于模板为三维曲面，本身即具有较大刚度，但考虑运输及吊装等方面因素，本模板采用轻型桁架，并以桁架为部分胎模进行制作。其中钢面板采用10mm钢板，考虑到制作周期及强度与刚度等问题，本模板边框采用14100扁钢或用=14钢板割成。边框冲孔1830长圆孔，间距150mm。面板后布置竖向加强肋10，间隔300mm布置。并与边框相临近的槽钢和边框之间布置一道10100mm扁钢以增加边框刚度。2）桁架构造桁架宽度取为800mm，桁架主骨为12槽钢，间隔50mm布置，中间撑杆为6.3槽钢。直撑杆间隔7501150mm布置，并在桁架主骨及撑杆之间布置=10mm的接点板进行连接加强。竖向主肋采用10，通长下料，间隔300mm布置一处。桁架外侧在布置一道竖向撑杆使桁架由旋臂结构转化为简支结构，外部可以延伸作为人行过道。5.3.5模板结构受力验算1）混凝土最大侧压力计算混凝土最大侧压力计算时考虑以下因素：混凝土密度： 25 KN/m3浇筑速度： 1 m/h浇筑高度： 6.0 m混凝土入模温度： 20 混凝土初凝时间： 12 h混凝土坍落度： 14 cm由公式 Pmax= Pmax= 计算得混凝土侧压力值为：14.4 KN/m2）面板结构计算考虑最不利因素，将面板各处受力均按最大侧压力计算，以单格面板为研究对象（300mm1000mm），由面板的受力状况及模板的几何结构可将面板力学模型简化为以竖向主肋为支点的简单梁，载荷为最大侧压力的均布载荷，取安全系数为2.0。静载荷为：14.42=28.8 （KN/m），按30KN/m进行计算；动载荷按5KN/m计算。经PKPM软件计算，图中各处应力均没有出现红色值，且最大应力为0.03MPa，所以此面板的强度满足要求，竖肋中点处位移最大为0.01mm2mm，所以此面板的刚度满足要求。3）背肋结构计算与面板结构简化模式相同，竖向背肋结构计算模型可以简化成以桁架为支点的简支梁模型。静载值为28.80.3=8.64（KN/m），取9KN/m进行计算；动载值为50.3=1.5KN/m，经PKPM软件对此结构进行计算，图中各处应力均没有出现红色值，且最大应力为167MPa，所以此竖向背肋的强度满足要求，竖肋中点处位移最大为0.1mm3mm，所以竖向背肋的刚度满足要求。4）桁架结构计算与面板及竖向主肋结构简化模式相同，桁架结构计算模型可以简化成以对拉杆为支点的简支梁模型。以0.3米截面处3#桁架为例进行计算，其力学模型简化示意图见图5-11；静载荷值为14.42=28.8，取30KN/M进行计算，静载荷示意图见图5 -12；动载荷按5KN/M进行计算，动载荷示意图见图5-13。经PKPM软件对此结构进行计算，其弯矩包络图见图5-14，轴力包络图见图5 -15，剪力包络图见图5-16，钢构件应力包络图见图5-17（放大图见图5-18），各节点位移图见图5-19。图5-11 桁架力学模型简化示意图图5-12 桁架静载荷示意图图5 -13 桁架动载荷示意图图5-14 桁架弯矩包络图图5-15 桁架轴力包络图图5-16 桁架剪力包络图图5-17 桁架应力包络图图5-18 节点位移图局部放大图图5-19 桁架节点位移图经计算，图中各处应力均没有出现红色值，且最大应力为168MPa，所以此桁架结构的强度满足要求，桁架各节点处位移最大为3.2mm5mm，桁架刚度满足要求。5）对拉杆结构计算由于对拉杆在浇筑过程中失效只受拉力，其失效形式为拉杆强度不够。取安全系数为2.0，对拉杆受力值为：309.37=281.1KN，保守估计按每块模板布置3根拉杆计算，拉杆为30精扎螺纹钢，每根拉杆能够承受的力为：R=3.140.01523510=166.03KN281.13=93.7KN所以拉杆强度满足要求。6）吊环结构计算单块模板设置四个吊点，这样有利于控制模板起吊变形，同时也能减小钢吊板受力。由于吊板在起吊过程中主要的失效形式为强度不够而引起吊板断裂，按照模板最大重量作为钢吊环受力值进行计算，吊板采用=30钢板割而成，其单个吊环最大起吊重量为：R=0.030.0323510=211.5KN取不均匀系数为K=1.2四个吊环起吊重量为：4211.51.2=423KN80KN所以吊环强度满足受力要求。4 模板制作与试拼4.1模板制作与安装工艺制定1）外模板采用10mm钢板经过卷板和冷作加工成为三维曲面，外衬加劲板，模板采用的钢板应表面平整，不允许有局部凹陷。2）面板采用计算机三维软件Pro/进行三维放样，然后展开成二维平面，并采用精密数控火焰切割（或等离子切割）技术进行精密下料。然后根据胎具样板折弯钢板并对边角翘曲处进行冷作矫正。3）模板与索塔接触面的光洁度直接影响到索塔外观质量，为此，在模板制造时除放样的胎具与面板点焊外，其余焊接严禁在板面与混凝土接触的一侧进行焊接作业，采用平稳可靠的焊接电流和专用的直流焊接电机。4）为减少焊接变形，本模板里层不设横肋，只在竖向边框与其邻近的竖肋槽钢之间间隔300mm布置一道横向加固肋，用以增加边框的连接强度和刚度。5）面板与边框之间采用单面满焊，边框与边框之间采用双面满焊，为控制变形，四周边框的焊接加固必须同时进行，肋与边框的焊接为单面满焊接，竖肋与面板之间采用间隔焊接，每段焊缝长60mm，间隔130mm，焊接高度为8mm。6）边框冲1830长圆孔，孔距150mm，要求所有孔位接口准确宽度方向位置误差1mm，长度方向误差3mm。7）由于索塔轮廓精度要求甚高，焊接时在专用焊接胎具上固定施焊，并在焊接过程中经常性地用样板靠模检查。8）焊接变形的控制，由于本工程的模板为三维曲面模板，其焊接变形的控制是保证模板平整度的关键技术，主要控制技术是：采用二氧化碳气体保护焊，焊接施工中采用跳焊技术，反变形焊接施工技术，在面板上点焊若干根16的大背肋后再对模板背面施焊挑选技术高超的焊工施焊。9）模板集合尺寸控制技术模板几何尺寸的控制采用下列方法板块与板块的连接边采用铣边机铣制加工所有模板的背肋及焊接胎具的下料全部采用数控切割机下料；模板背肋的焊接成形严格按照计算机三维立体图的尺寸来校验其几何尺寸采用面板的拼接来调整模板的成形几何尺寸。10）吊装(1）吊环布置在纵横向接点附近，吊点对称布置，间距不得超过5000mm，为减少模板因吊装过程中产生的变形，模板多布置几处吊装点，进行多点同时起吊（重型模板至少四个吊点）。且在布置处槽钢外侧加一道=14钢板进行加固。(2）为使吊装过程中模板不产生碰伤，在模板各菱角处和可能产生碰伤的地方加包5mm薄钢板，并在板面与薄钢板之间加编织麻袋进行保护。(3）在吊装时，在可能产生的不平衡支点处布置辅助支撑，避免在模板运输过程中因振动而产生翻倒（每块模板的辅助支撑处均单独作出示意图）。11）模板表面不得弹放墨线、油漆写字编号，避免污染混凝土表面。12）模板一经制成，在各部件矫正焊缝变形及消除焊接残余应力后进行工厂试拼，经过检验合格后方能运到现场。4.2模板的预拼装与对拉调整模板制作完成后都须预先在专用的拼装场地，搭建专用拼装平台进行预拼装。要求所有接缝隙均匀且不超过1mm间隙。模板断面曲率采用专用曲率靠尺塞、塞尺进行检验，其余各尺寸应拉尺进行检验，模板立面采用全站仪进行检测。模板拼装图见图5-23。图5-23 模板拼装示意图1）模板匹配安装 模板节段制作完成后，要依次每三节模板进行整体试拼,该批模板试拼合格后,将下两节模板发货后,顶上一节为基础,上再拼两节模板,这样保证了模板在试拼时工况与现场基本相同。两两模板立式匹配安装，并对模板的端面接触率、螺栓孔的位置、轴线偏位等情况进行检查。 进行匹配安装时要设置可靠的匹配安装工作平台，工作平台要具有足够的刚度及顶面平面精度，其刚度要满足在进行模板匹配安装时不会因荷载的增加产生变形，其平面精度要满足不小于模板端面加工精度。 匹配安装检测须选择温度差较小时段进行。 匹配安装前，要将模板节段端面的封闭带拆除，并对端面上存留的胶质进行清除干净后，方可进行匹配安装。 金属接触率检查前应清除接触面边缘的机加工毛刺，避免其对金属接触率的影响。 金属接触率检查：以0.04mm的塞尺不能插入接触面或双面插入深度总和不超过板厚的1/3为密贴，插入深度超过板厚的1/3为不密贴；同时，在任何部位0.2mm的塞尺不得插入。检查点按设计规定点数加密测量，每个检查点都应有测量记录。金属接触率 匹配安装检测合格后，进行拼接板配制，并按不同的安装位置进行编号。 立式匹配安装时的容许偏差见表5-2。 表5-2 模板节段立式匹配安装允许偏差（mm）序号项 目容许误差测量方法1匹配长度（L）4.0钢尺2垂直度桥轴向1.0/10000API垂直于桥轴向3错边量2.0(个别角点不大于3）钢板尺4曲线度（矢高偏差）3.0（匹配安装曲线中点）全站仪5金属接触率*壁板50塞尺腹板40加劲肋25注：*工厂制作时应从严控制，力争达到较高标准。 每次预拼装应进行检测，其结果应有详细记录。5 索塔外侧模板起吊、运输、安装施工5.1索塔外侧模板起吊由于模板较长，且模板较重，如果起吊方式不对，将会造成较大的变形，为此本模板对起吊方式进行了专门的设计和受力验算，确保模板在起吊过程中其变形满足设计和使用要求。每块模板上设有4个钢吊环，采用4根钢丝绳进行起吊，并确保4个吊点基本均匀受力，这样大大减少了模板在起吊过程中的内应力。在起吊过程中采用专业起重工进行指挥，采取有效措施严防模板与其它构件碰撞。在模板加工厂家，模板采用大型龙门吊起吊，在施工现场采用25t吊车或250t.m塔吊起吊，起吊能力能够满足施工要求。5.2索塔外侧模板运输索塔外模采用长度超过13m的大型汽车进行运输。在装车前，根据模板形状对每块模板装车进行专门的设计，搭设模板装车支架，局部地方下垫木枋、麻袋，确保模板各桁架均匀受力。模板运输保护措施示意图见图5-26。 图5-26 模板运输装车保护措施示意图5.3索塔外侧模板临时堆放由于模板数量多，体积大，不能将所有模板一次加工好，否则没有场地进行堆放。可根据施工进度，分批提前12个月将施工现场所需模板加工好，并提前10左右时间将模板运至现场。加工好的模板先在模板加工厂家进行临时堆放，运至现场后设置一块专门场地进行临时堆放。模板临时堆放时，下垫木枋和麻袋，确保模板均匀受力，防止模板变形；上盖防雨布，防止模板淋雨生锈。5.4索塔外侧模板安装模板在安装前进行除锈处理，贴上透水模板布，用250t.m塔吊起吊安装。首节模板的安装非常关键，它直接影响上面模板的安装质量。首节模板安装前先进行测量放线，放出模板的几个拐点位置，塔吊起吊模板临时固定在劲性骨架钢管上，然后用葫芦、千斤顶进行精确定位，通过全站仪复核模板位置。第二节模板安装在第一节模板上，上、下层通过螺栓连接，安装前先复核已m好的模板的位置，以便对第二节模板底口的位置进行微调，确保模板的接缝错位小于1mm，模板的上口同样固定在劲性骨架钢管上，其余节段采用相同的方法进行定位。横梁外侧模板安装时，其底端需准确定位并锁定于横梁支架I32a型钢分配梁上；外侧模与内模之间设置拉杆，在外侧模顶部设置通长拉杆；外侧模通过横梁劲性骨架进行固定。安装好的模板，确保在混凝土浇筑过程中不变形、不移位、安装位置精确、连接牢固、不漏浆、不错台、不跑模、不涨模、接缝严密。在砼浇筑过程中，派专人检查模板。5.5索塔模板拆除索塔各节段施工完毕后，外侧模及内侧模板暂时不拆除，作为上一节段施工用基准模，等上一节砼浇筑完毕后，且新浇砼达到规定的一定强度后方可进行模板拆除。横梁顶板内顶模为承重模板，砼浇筑强度达到设计值70%后方进行拆除；横梁底模为承重模板承重模板，等横梁所有节段施工完毕，预应力钢筋张拉好后方进行拆除；横梁最上一节段（即20#节段）外侧模由于要在其上搭设操作平台进行索塔顶部装饰施工用平台，故等索塔顶部装饰施工完毕后方进行拆除。拆卸模板时要避免生拉硬撬。首先，用钢丝绳将要拆卸的模板挂在塔吊的大钩上并且用保险绳挂在其它模板上，然后松掉螺栓，慢慢晃动模板，使其与砼面分离。完全脱离后，缓慢解开保险绳，启动大钩将模板吊开。起吊时要注意不要让板面擦刮硬物。5.6模板使用及保养注意事项模板在设计制作时虽然考虑了很多因素，但实际制作出的模板有些缺陷是不可避免的，故应尽最大可能避免可能出现的缺陷，或将其影响降到最低。为了模板的正常使用，使模板的状态保持良好，在施工时必须注意以下事项：1）模板存放时，要清理好面板。模板下面要平整。堆放的场地地势要高，防止雨天被雨水浸泡。堆码时还要注意相邻的模板必须是面板对面板或是背对背，严禁面板与另一块模板的后背相对。堆放好以后，用彩条布遮盖好。2）吊装时要细心，不能使模板承受大的弯矩，更不能碰撞模板。风势较大天气不能吊装。3）拼装。拼装模板时，要将设计的所有部件连接并紧固好。在上下模板拼缝处，边框附近焊限位件，限位件内塞楔型块调整错台。4）调整。模板安装完毕，不能将所有紧固件紧固。等按照测量点调整好以后才能紧固。调整模板时，不能采用硬撬、葫芦拉、大锤击、气割电焊等方式。当模板偏位时，首先要分析原因，对症施药，避免用生硬的办法调整。5）拆卸。拆卸模板时同样要避免生拉硬撬的办法。首先，用钢丝绳将要拆卸的模板挂在塔吊的大钩上并且用保险绳挂在其它模板上，然后松掉螺栓，慢慢晃动模板，使其与砼面分离。完全脱离后，解开保险绳，启动大钩将模板吊开。起吊时要注意不要让板面擦刮硬物。6）模板拼缝的漏浆问题的解决。模板拼缝采用当前比较流行而且效果较佳的不干胶泡沫橡胶条。7）浇筑砼时对模板的保护。浇筑砼时，注意振动棒不能接触面板。布料要均匀，防止模板受力不均。落在模板上的灰浆和混凝土要及时清理。8）钢筋施焊或利用气割时，应特别注意不能伤及模板表面的透水模板布。透水模板布被毁坏后，将造成砼表面的颜色不均或出现粘模现象。6.1混凝土施工工艺为了保证混凝土入仓前的质量，设置了四层检查人员：一是配料操作员，二是试验人员，三是拖泵操作人员，四是现场浇筑人员。无论那一层人员发现混凝土质量不合格，均有权利制止混凝土入仓。混凝土的入仓、分层厚度及振捣严格按照规范要求进行。同时还应该注意避免混凝土直接冲击模板，以防止将模板表面上的脱模剂损坏，影响混凝土表面的光洁度。混凝土浇筑前泵出的沙浆、水用容器接出，严禁倒入模板仓内。在混凝土初凝前，钢筋保护层部分的混凝土要进行多次收浆、压光、抹平，防止混凝土松顶而出现收缩裂纹现象。6.2混凝土养护首先是拆模时机的选择，无论在冬季，还是在夏季，拆除模板均要选择在无大风，气温较高的时候进行，因为模板拆除后，混凝土表面直接暴露在空气中，若有大风或气温较低时，混凝土表面的水分散失很快，温度陡然下降，会使混凝土表面产生收缩裂缝。虽然不影响结构安全，但是会影响混凝土的外观质量，特别是在混凝土表面浇过水之后更加明显。在模板拆除之后应对混凝土表面的气泡等缺陷立即修补，若不然，则修补上去的水泥浆与混凝土表面之间粘结力下降，很容易脱落。混凝土在冬季的养护除了在模板上附设保温层外，还应在刚浇筑完的混凝土顶面铺设麻袋，在已拆模后的混凝土表面包裹土工布及塑料薄膜进行保温。在夏季施工时，由于气