港珠澳大桥CB04标大型预制构件模板设计方案

申维刚

（广东省长大公路工程有限公司，广 东广州 510000）

0 引言

港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，由于大桥位置处于海域，大桥下部结构处于海水中；为减少海水对混凝土构件的侵蚀和影响，除对混凝土本身材料做特殊要求外，对于墩身的施工工艺也做了具体的要求；即对于墩身下构采用整体式预制施工方案。同时墩身内不允许设置对拉螺杆孔；由于墩身高，体积大，一次性浇筑的方量大，故该下构预制对模板设计要求极高。

1 工程概况

港珠澳大桥C B04合同段的起始墩为90#、终点墩为151#，包括深水区非通航孔桥7×（6×110 m）+（5×110 m）、江海直达船航道桥 110 m+129m+2×258m+129m+110 m、深水区非通航孔桥5×110m+4×110m。

整体式墩身为承台+墩身+墩帽的形式，对于不同结构尺寸的预制构件，通过模板的变化、组合，满足所有预制构件的宽度、高度要求。

2 整体式模板配置

整体式模板包含：承台外模及门架支撑系统、芯模及预埋骨架、2.5m墩身外模及内模系统、2.5m以上墩身外模及内模系统等[1]。

3 整体式模板设计

3.1 2.5 m墩身以下部分模板系统构成

承台外模包含以下几部分：底胎盘、承台外模、移位门架（包含爬梯及操作平台）、压浆模板、2.5m墩身模板。其模板系统组装如下图1所示。

图1 模板系统组装示意图

3.2 承台底模设计

底模在加工和运输过程中分为7块，以满足运输和吊装的要求；待底模运至现场后将7块模板拼装成一个整体；为了满足承台钢筋笼的移运要求，待7块底模拼成整体后，将中间3块模板进行加强并焊接成一个整体，满足在承台底模和钢筋笼移运过程中变形要求。同时在构件移运小车的位置各设置一个可拆除活动节。

3.3 承台外模板设计

承台外模采取大面模板分块技术，根据尺寸变化，分别在大面模板两端及小面模板中间加调整板，实现模板的快速变化，提高面板质量。承台外模采取小面模板包大面模板形式，大面模板在两端分别设600mm调整节，面板在中部采取柔性连接，其中分离桁架采取2种连接板定位，分别对应2种截面，如图2所示；小面模板中部设900mm调整节，如图3所示。外模高度5m，满足2种承台高度。同时模板悬挂与调整也是关键，充分利用门架，实现承台模板与墩身的整体性。

图2 大面承台模板调整节

图3 小面承台模板调整节

承台模板移动及起升装置，可通过油缸实现水平方向的前后移动调节（需行对移位门架调节+450mm以对应两种承台尺寸），左右方向利用长圆孔微调，高低通过旋转调节支撑螺杆调节。

3.4 移位门架设计

通过移位门架，使承台模板和墩身模板形成一个整体，同时可实现模板的整体移动。移位门架立柱底部设有小车，每个小车都具备2两个零位，分别对应4.5m和5 m承台，在零位基础上又各有一个+200 mm调整位，为小车转转方向时使用。

3.5 整体式墩身外模设计

3.5.1 墩身外模总概况

承台区墩柱根据高度及截面大小的不同共分10种形式。

墩身高度最小H=10.25m；最高H=11.5m。

截面尺寸分为三种分别为：10m×3.5m；10m×4m；12m×4m；

墩帽分为两种形式：单曲墩帽（14m×3.5m）；双曲墩帽（14m×5m）；

墩身外模主要由七大部分组成：墩帽模板、墩身模板、槽口模板、外模桁架、顶部横移机构、底部横移机构、爬梯护栏及操作平台[2]。

模板设计形式：大面模板采用桁架支撑，模板与桁架之间采用螺栓连接，桁架两端头各设4根精轧螺纹钢对拉；墩身小面模板采用背楞支撑，模板连接处设计为小面包大面的转轴形式，便于旋转脱模。图4所示为墩身内模示意图。

图4 墩身内模（单位：mm）

3.5.2 墩帽模板设计

两种不同截面的墩帽模板高度均为：H=8 m+0.5m（墩身）；模板的通用是考虑最大限度的通用大块模板，四个倒角由于斜率的不同需要新制。

3.5.3 墩身模板设计

墩身因高度及截面大小的不同共有12种形式：墩身高度最小为H=10.25m，最高为H=11.5m。

整体墩高度变化共有5种，调整节分别为：L=300/600/750/900，模板的调整采用不累加的形式。

墩身截面大小不同分为3种，分别为：10m×3.5m、10 m×4m、12 m×4m，调整模板分为L=2 m、L=0.5m。

截面方向，模板共分为12块+4块（调整节），调整节均设在大小面模板中央拼缝处位置，便于调节。

3.5.4 外模桁架设计

外模桁架满足墩柱不同高度及截面尺寸变化。

主要包括四部分：墩帽桁架（单曲墩帽/双曲墩帽）、墩身桁架、桁架立柱、桁架连杆。

（1）墩帽桁架

墩帽分为单曲（14m×3.5m）、双曲（14m×5m）两种形式，外模桁架以双曲墩帽为标准设计，在组拼单曲墩帽时，需要在相应位置增加垫梁，来满足拼装要求。

（2）墩身桁架

墩身截面分为两种形式：12m×4m和10m×3.5m，按照最大截面设计。桁架宽为中心线2.5m。腹杆间距中间部位为1.3m；对拉座位置为1.8m左右；内外大立柱间距为10.0m；对拉杆间距为12.7m。

对墩身底部桁架及模板的处理：为便于安装及对接的准确性，墩身底部0.5m模板处设20mm母口，2.5m模板处设20 mm子口，防止与2.5 m混凝土接缝处模板发生变形，出现严重错台，所以必须控制0.5m模板的变形，在0.5m桁架上设置了5个加强支撑。

（3）桁架立柱

立柱主要用于连接所有外模桁架，起到支撑整体外模的作用；与顶部横梁连接，底部利用勾板与行走门架反扣，加强墩身模板系统的稳定性。其关键技术是在不解体情况下，对模板高度与宽度进行调整，满足墩身变化要求。同时满足模板的精确定位。

立柱结构主要包含以下几部分：上套筒、下套筒、底部锚座及拉杆、高度调节顶升油缸、底部微调顶升油缸。

上、下套筒利用调节顶升油缸顶升插钢销的形式。立柱底部在浇筑状态及合模前，均利用4根精轧螺纹钢与门架锚固，顶部利用钢销与横梁固定连接，防止模板因风载等因素发生倾翻。

（4）桁架连接杆

桁架连杆主要作用是，把外模桁架连接成一个整体。防止桁架大立柱之间部位产生挠度变形，尤其在模板增加调整节状态，模板与桁架的连接螺栓需要全部拆除，此时所有桁架仅靠与大立柱的连接，设计连杆支撑后，把所有桁架连接为一个整体，可减少桁架跨中部位的变形

3.5.5 顶部横移机构

顶部横移机构设置在两侧大立柱顶部，组成构件有：顶部连接横梁、顶推支座、顶部横移油缸、转动锁紧装置。顶部横移机构具有如下几个作用：

（1）在浇筑状态下，顶横梁、固定钢销将两侧模板连接为一整体，起到顶部对拉作用，同时支顶内模以防偏移，工作时施工预压力；

（2）开模状态，顶部油缸利用顶推支座使顶部模板开模100mm；

（3）模板向两侧横移时，整侧模板在横梁底部滑移，为防止两侧模板移动时不同步，横梁出现相斥现象，再者因为横移过程中，风载作用等因素防止模板倾翻，所以滑座设计成转动（勾板）形式。

顶部连接横梁在浇筑状态、距合模1m状态及横移脱模4.75m状态均设有固定销固定，保证任何状态横梁都与模板连接，固定两侧模板。

3.5.6 底部横移机构

底部横移机构包括：滑梁、底部横移油缸、顶升微调油缸、定位调节油缸。

底部横移机构设有X、Y、Z轴三个方向的油缸，模板在合模时可保证其精确性。合模状态，立柱顶升油缸调节（Y轴）模板整体高度；底部开合油缸控制（X轴）模板脱模与合模；水平调整油缸调节（Z轴）模板水平位置。调节完毕后，利用设置在移位门架上的顶丝固定滑梁位置。浇筑状态外模整体重量靠底部调节支撑及液压油缸支撑，最底部的一榀桁架设置勾板反勾在门架次梁上的轨道上。脱模状态，收缩调节支撑，此时外模重量全部落在滑梁上，滑梁底部设有聚四氟乙烯板，借助底部横移油缸在移位门架大梁上横移滑动，勾板与门架上的轨道始终保持反勾状态。

3.6 承台墩芯模设计

承台芯模高度分别为4.5m和5 m，直径有3.8m、3.6m。承台芯模为机械撑杆式支撑，以立柱为依托，为防止上浮，立柱与底平台相固定。承台内部预埋劲性骨架，其作用为：（1）连接承台各腔芯模，使各腔芯模连接为一个整体，保证芯模结构的稳定性；（2）用于支撑2.5m高墩身内模。图5所示为承台芯模示意图。

图5 承台芯模示意图（单位：mm）

3.7 承台区墩身内模设计

墩身内模设计根据承台区设置塔吊的起重能力进行分节，分节尺寸为：墩身最底部为2.5m高内模，其上为2m高的内模标准节4节，并设置1.5m、0.75m高调整节内模。

墩身内模模板为机械支撑式，中间设有立柱，立柱与预埋的劲性骨架法兰连接。

从内模底部算起，每4m设置一层人洞，规格为50 cm×50 cm，便于施工人员控制浇注情况及钢筋绑扎，操作完毕后人洞处模板封闭，继续浇注。如图6所示为墩身内模示意图。

图6 墩身内模（单位：mm）

4 结语

综上所述，通过对整体式预制构件模板的设计，包括承台和墩身的外模、内模和芯模以及其个控制系统的设计，很好的达到了预制构件的施工要求，确保了大型预制构件的施工质量和进度要求。同时形成了一套大型构件预制模板的成套设计和施工技术，为后续同类型构件的施工积累了宝贵的经验。