40m预制箱梁液压模板施工工法.docx

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1、40m 预制箱梁液压模板施工工法1. 前言随着我国桥梁建设的飞速发展， 预制装配式技术已逐步进入标准化施工。但在预制梁 场之中仍然存在： 传统的箱梁混凝土模板， 在混凝土浇筑过程中通常由现场人工将箱梁的 内外模板摆放到合适位置， 然后再浇筑箱梁混凝土， 整个混凝土模板的支模和拆模过程由 人工操作，这种靠人工来安装和拆模板的工作方式效率低、危险性大、模板维护成本高，且混凝土质量控制难以得到保障。为了解决这类问题， 中铁大桥局集团第九工程有限公司根据深中通道项目工程的需要， 对箱梁模板施工技术进行了专项研究， 自主研发了 40m 箱梁自动液压模板施工工法， 该工 法在中山智慧梁场 40m 箱梁预制

2、施工中得到了成功的运用， 提高了箱梁的施工质量和施工进度。2. 工法特点本工法工艺简单、施工方便、工作强度低，符合绿色施工理念。具体特点如下：1. 模板自动化程度高。整体式液压模板配备了智能系统， 外模具有纵向自动走行， 横 向自动平移、纵向自动定位等功能； 内模具有自动走行， 水平方向自动撑开、旋转到位和 内外模测距等功能。相比传统的箱梁混凝土模板， 减少了支模和拆模过程， 节约人工， 工作方式效率高、危险性小、模板维护成本低，且混凝土施工质量好。2.模板拼装精度高， 结构稳定性强。采用整体式液压模板+附着式振动器， 模板整体性 能好， 不但减少人工的投入， 而且保证了箱梁施工的外观质量。通

3、过模板上安装的激光测距传感器可准确控制腹板内、外侧保护层厚度。3.绿色环保，减少能耗。在保证箱梁质量、施工安全等基本要求的前提下，整体式液 压模板是通过技术创新直接减少能源消耗的一种手段， 符合国家环保、绿色施工理念。在 预制施工中减少了人工、机械、材料资源的投入使用， 同时提高了施工质量、安全和进度。3. 适用范围本工法适用梁场中不同长度的预制梁施工。 模板自动化程度高， 施工操作性强， 可快速提高箱梁预制施工进度。4. 工艺原理该技术属于创新工艺， 自动化液压模板， 外模采用（6+2）复合不锈钢面板制作，可 通过液压系统在施工过程中进行模板安装和拆除，在侧面配置附着式振动器， 以保证梁体

4、混凝土能够振捣密实。内模采用普通热轧钢板制作， 钢板厚度 8mm，模板分段制造， 运到 预制场进行组拼成整体。通过液压系统控制内模的断面尺寸， 浇筑混凝土时通过液压系统顶撑内模至设计尺寸，支撑到钢筋骨架上与外模、端模组成封闭系统完成混凝土浇筑。模板系统内设置有激光测距传感器、水平倾角传感器、拉绳位移传感器，通过 PLC 控 制模块、底部轨道、走行电机和滑轮实现外模自动走行、调整和精准定位， 内模自动支安拆，降低了劳动强度，提高了模板安装效率和精度。整体式液压模板拼装5. 工艺流程及操作要点外模 PLC 控制模块5.1 施工工艺流程施工工艺流程如下图所示：钢筋笼绑扎内模检修，涂刷脱模剂模板验收合

5、格底模调整， 涂刷脱模剂安装外模，涂刷脱模剂整体吊装入模内模安装安装端模混凝土浇筑拆除端模、 外模、 内模箱梁混凝土养护自动化液压模板施工流程图5.2 模板系统组成结构模板由外模、内模、底模、端模 4 个部分组成，使用的主要材料见下表：表 1 40m 箱梁液压模板材料选用表序号构件材料1面板底模、外模面板采用（6+2）mm（Q235B+SS304）复合板。2内模采用 6mm（Q235B 热轧碳素钢）普通钢板。3型钢所有型钢均采用 Q235B 热轧型钢。4连接法兰板采用 16mm 板， Q235B 热轧型钢。5对拉杆采用 25mm 圆钢，Q235B 热轧型钢。6销轴采用 40mm 圆钢，40Cr

6、 材质。模板系统由底模、端模、 外模、内模和智能化模块组成。5.2.1 底模箱梁底模由背肋和面板组成， 6+2）复合板面板通过（槽钢 12#）內楞支撑， 由间距为 1.5 米（HW100）型钢分布支撑在底部横梁上， 焊接成整体， 底部横梁为（HN500*200）型钢，支撑在基础上，支撑模板及混凝土自重。自动液压模板底模压液模板端模5.2.2 端模端模用 10mm 厚钢板面板通过 12mm 劲板及法兰、企柱板共同组成， 形成平板刚度可靠的结构体。5.2.3 外模外模结构设计总长 40.7m，外模为整体式液压模板。 采用侧模包底模、侧模包端模形 式； 下圆弧设置在外侧模上， 外侧模板端头 1.35

7、m 设计成活动连接， 以便中跨与边跨侧模可变换。外模走行时，模板支承在模板小车上。 具体结构如下：5.2.3.1 外模结构组成外模面板采用 8mm 不锈钢复合板， 复合板通过 E12 内楞支撑， 由间距为 1.5m 排架加 固， 再与两横向双槽钢相连组成空间桁架结构体系。桁架竖杆底部设置螺旋撑杆。外模板 单侧设置 4 台台车， 每台台车设置 2 个竖向千斤顶和 1 个横向千斤顶， 单侧模板共 8 个千 斤顶将整片模板支承起来。台车采用 4 台 1.1 kW 电机驱动， 分别布置在两外侧小车， 配置变频器，使台车启、停平稳。外模结构如下图所示：外模侧面图5.2.3.2 侧模行走电机单侧侧模上配置

8、了 2 组走行电机， 侧模系统上共计 4 组走行电机， 电机走行系统的线 路与 220V 的电压连接，控制线路的开关内置在 PLC 控制箱内，通过 PLC 控制箱梁的信号转接控制线路开关的闭合，实现电机走行或停止。5.2.3.3 外模液压系统外模液压系统安装于外模小车，每个外模小车安装 2 个竖向油缸， 1 个水平油缸，单 侧侧模有 4 个外模小车，累计 12 个油缸，由 1 个电磁阀（12 联阀） 控制，智能控制系统 可控制电磁阀进而控制油缸伸缩， 也可以控制多个油缸同时伸缩， 也可以单独控制一个油缸伸缩，实现整体移动及局部精调。5.2.3.4 外模振捣系统模板安装完成， 待验收合格后浇筑混

9、凝土。混凝土浇筑时， 先浇底板， 再浇腹板及顶 板。浇筑腹板时采用插入式振捣棒及安装在侧模上的附着式振捣器自动振捣， 使混凝土密实，顶板采用插入式振捣棒振捣。5.2.4 内模内模设计成整体， 主梁为双拼 H 型钢主梁， 主梁中间设置 7 个竖向支腿， 支腿带行走 轮子， 端部设置动力小车， 小车驱动将内模整体纵向移动， 实现纵向台座问共用内模。模 板走行动力采用电机驱动。内模面板左右两侧固定在主梁上， 单侧内模分为上下 2 块， 销 轴连接， 液压千斤顶旋转， 顶部盖板和底部压板封闭。内模板采用侧包端形式； 采用液压油缸辅助旋转底部下倒角模板拆装。内模面板为 6mm 普通钢板， 背楞为63，由

10、间距为 1 m 的 10 mm 劲板焊接成整体。整 个内模由 8 根横梁支承在主梁上， 横梁可以通过油缸左右伸缩， 浇筑过程通过上下 2 个横向丝杠撑固定，承受混凝土侧压力。内模端部设支架及走行小车， 小车下设轨道，沿轨道实现内模整体装、拆模。内模在小箱梁腔内设 5 条支腿，支腿高度由液压油缸控制，可自动调节。内模侧面图5.2.4.1 内模液压系统内模液压系统包括内模横向撑开油缸， 内模倒角模折叠油缸， 内模顶升油缸及走行小车顶升油缸 4 部分组成。横向撑开油缸安装于内模主梁上， 与左右两侧模板连接单侧均布布置 8 个， 由一条油 路整体控制， 每个油缸增设一个手动阀门， 内模吊入前， 在检修

11、台座利用总阀控制， 将内 模整体撑开， 然后关闭所有手动阀门， 局部尺寸调整时， 将控制该区域的油缸手动阀门打 开进行控制， 直至尺寸符合要求； 拆模时由电磁阀整体将油缸收缩。 一条整体内模两侧累计 16 个横向撑开油缸。内模倒角模折叠油缸连接内模上下两块， 布置于内模标准截面区间， 单侧 6 个， 一套整体内模 12 个，控制原理与内模撑开油缸相同。内模顶升油缸安装于内模主梁， 与竖向支腿连接， 每条内模安装 5 个，由一个 5 联阀 控制， 便于内模脱出时调整内模主梁线型， 保证主梁顺直。浇筑时内模顶升油缸处于回缩状态。走行小车顶升油缸安装于内模走行小车上，主要负责内模脱出时调整主梁线型。

12、5.2.5 智能化模块侧模桁架上配置激光测距传感器、水平倾角传感器、拉绳位移传感器（500mm）、侧 模 PLC 控制模块、主控盒、高压模块， 底模侧边设置 26 个“台阶”型辅助结构件， 侧模纵向走形时通过激光器测距识别并数“台阶”达到定位目的。模板主要组成结构操作人员在人机交互界面控制侧模、内模走形， 首次模板安装时， 需要人工将模具调整到位， 随后将系统设置到机器学习模式， 再次进行模板安装时即可实现智能化模板安装。智能模具系统模块5.3 模板安装、智能振捣及拆除流程40m 自动液压模板施工：（参照图 3 自动化液压模板施工流程图）（1）底模调整，涂刷脱模剂。箱梁预制时需按照设计要求设置

13、反拱， 然后经过严格的测量保证预拱度数值准确，在侧模安装前，均匀涂刷脱膜剂。（2）安装外模，涂刷脱模剂。1）外模智能安装流程外模智能控制系统包括 PLC 控制箱和传感器设备。 PLC 控制箱内置漏电保护开关、信 号转接器及线路控制板等。传感器设备包括激光测距传感器、拉绳位移传感器和水平倾角传感器，传感器设备可实时监控模板位置，并向 PLC 控制箱传递信号。现场作业人员手持 Windows 平板电脑发出电机走行信号时， 由 PLC 控制箱接收平板电 脑信号，通过内置的转接箱将 wifi 信号转化成无线频段信号，并将该频段信号传递给电机 走行系统的电路控制板，从而控制了电机的走行。同样， PLC

14、控制箱也可将信号传递给液 压油缸电磁阀的电路控制板， 从而实现了对液压油缸系统的控制。模板安装时， 传感器设 备将实时测量数据向 PLC 控制箱传递，控制箱再通过信号转接箱将信号转化成 wifi 信号，发送至平板电脑内显示，供作业人员了解情况。2）外模结构操作流程单侧外模配置 6 组拉绳位移传感器和 2 组倾角传感器，用于模板的顶升和调整控制。 模板走行到台座设计位置，经定位确认后， PLC 控制箱控制油泵向 4 个台车上的水平千斤顶供油，模板同步向台座(底模)侧移动，靠紧底模，激光测距仪启动采样，达设计值后，控制模块同步启动 8 个竖向千斤顶， 顶升外模上升， 至下圆弧与底模平齐； 通过安装

15、的拉 绳位移传感器， 判定顶升高度是否满足要求。再通过水平倾角传感器测定的角度， 局部对 8 个竖向千斤顶调整，使外模各点标高满足要求。最后安装顶板拉杆，做好所有螺栓连接加固。由于 1 套模板要纵向沿着轨道走行以匹配整条生产线的台座， 故单套模板在每个台座 第一次使用时，由人工调整至符合要求， PLC 控制箱记录相应的水平距离、竖向高度、模板倾角等参数，后续使用时控制模块自动调用该数据作为控制参数。安装完成后，检查外模的桥面宽度、桥梁高度（跨中、 1/4 、3/4 截面）桥面板下翼的平整度等，待数据满足设计要求后， 均匀涂刷脱模剂。 外模安装流程如下图所示：外模安装流程（3）钢筋笼绑扎，整体吊

16、装入模。把绑扎完验收合格的钢筋笼整体吊装入模板内，调整模板保护层。（4）内模安装。钢筋笼吊装完后，进行内模安装，采用内模主梁小车将收拢的内模 驱动驶入钢筋笼内， 通过液压千斤顶将内模横向和竖向方向顶撑至设计尺寸， 再固定上下 撑杆与钢筋骨架上、外模、端模组成封闭系统。由安装在内模主梁两侧拉线传感器对称测量两边距离，控制内模尺寸，提高了模板安装效率和精度。 内模安装流程如下图所示：内模安装流程（5）端模安装。内模安装完成后， 安装端模和锚垫板，锚垫板面要与端模面板贴紧，与外模和内模组合成一个封闭系统。（6）模板智能振捣。模板安装完成，待验收合格后浇筑混凝土。 混凝土浇筑时，先 浇底板， 再浇腹板

17、及顶板。浇筑腹板时采用插入式振捣棒及安装在侧模上的附着式振捣器自动振捣，使混凝土密实，顶板采用插入式振捣棒振捣。（7）模板拆除。 拆模顺序为先拆端模和内模，再拆侧模，模板拆除时应在混凝土强 度能保证箱梁表面及棱角不致因拆模受损坏时方可拆除，通常情况下混凝土强度要达到12Mpa 才允许拆除。 模板拆除的流程步骤见下图：内模拆除流程外模拆除流程（8）混凝土养护。 模板拆除完毕后，进行箱梁养护，连续保湿养护时间不超过 7d。6. 材料与设备材料无特殊要求，满足工程实际规范要求即可。1 测量仪器设备1 台型号为 QT6238 的水准仪、1 台型号为 TS02 的全站仪。2 试验仪器设备按国家或地方的行

18、业规定， 施工现场应配备相应的基本试验检测仪器设备， 包括混凝 土及原材、钢筋及其它检测所需的试验仪器设备。且工地试验室必须获得合法检测资质及计量许可证。必要时，采取送样品到指定或合法试验室进行试验工作。3 混凝土搅拌站4HZS180 型： 采用成套全自动化砼搅拌设备， 并配套砼搅拌输送车 12 台（12m3）；搅拌站砼生产运送能力应能满足作业的需要。4 梁场设备梁场配置了 3 台 120t 门吊和 2 台 10t 门吊， 自动液压模板 4.5 套侧模、 4 套内模，4 台布料机、大型移动厂房 2 台， 钢筋配送中心多台智能化设备， 机械配备完全满足施工要求。7. 质量控制质量控制：指执行的标

19、准、规范及规定。（1）国内质量控制要求执行相关行业规范标准，主要包括：公路工程：现行最新公路桥涵施工技术规范及公路工程质量检验评定标准等。设计图纸： 深圳至中山跨江通道施工图（S07 合同段）。（2）国外质量控制执行合同规定的质量要求，执行设计图纸规定采用的施工标准、规范。8. 安全措施（1）执行国家有关建筑企业安全生产的法律法规。（2）工程安全监控目标是实现“三无”（既无重大伤亡事故、无中毒事故、无倒塌事故），一般轻伤事故率控制在 1%以内。（3）成立一个由本工程总负责人任组长的安全生产领导小组， 设置一名专职安全员，定期组织开展安全检查。（4）执行安全教育制度和安全生产定期检查规定，未经安

20、全教育或教育时间不足 48小时的人员不准上岗作业。（5）特殊工种（如电工、焊工、司机、机械工等）必须持证上岗。（6）严格执行各项安全措施，如双层作业必须戴安全帽、高空作业必须系安全带、特殊地段应挂安全网等。（7）对施工用电、钢筋加工机械、吊机等各种施工机械、施工设备临时用电，使用 前必须按照国家建设部颁发的施工现场临时用电技术规程的标准进行检验， 经检验确认合格后方能使用。（8）坚持一机一闸一漏电保护器，三相五线制和保护零线重复接地。总配电箱或分箱， 一律设门加锁添置防雨罩，施工临时电路必须按规程要求加设。（9）夜间作业必须要有足够的照明。（10）吊装作业采用对讲机指挥，以保证指挥正确和操作安

21、全。（11）防火责任人必须认真负责， 按规定位置安放好有效的消防器材， 易燃物品要有专人看管。（12）不得使用报废机械， 各种龙门吊机等临时大型起重机械必须通过试验验证， 并获得准用证后方准投入使用。9环保措施由于模板安装施工本身对环境没有污然，需要注意的事项有：（1）施工必须遵守国家及当地环保法律法规及规定；（2）施工机械设备清洗的含油废水，严禁任意排放；（3）各种大型施工机械应严格按操作规程进行操作，大型机械按要求定期进行维修保养，避免大型机械违规操作所产生的振动噪声；（4）施工时合理布置、科学安排各种施工机具的施工，避免高噪音施工机械过分集中施工，而造成噪音水平超标。（5）绿色环保，减少

22、能耗。在保证箱梁质量、施工安全等基本要求的前提下，整体 式液压模板是通过技术创新直接减少能源消耗的一种手段， 符合国家环保、绿色施工理念。 在预制施工中减少了人工、机械、材料资源的投入使用， 同时提高了施工质量、安全和进度。（6）自动化液压模板可以重复施工利用， 根据每条生产线的施工计划进行模板安拆、 钢筋笼绑扎和混凝土浇筑， 循环利用， 提高功效的同时，减少了投入，加快了施工周期。10.效益分析经济效益分析：同传统组合钢模散拼装对比， 40m 箱梁液压模板整体安、拆模板不仅 节约了箱梁施工工期和机械设备的投入， 同时， 混凝土浇筑的智能振捣也节省了人力的投 入，拟用 1 片 40m 箱梁采用

23、自动液压模板和传统组合钢模板安装施工做对比, 自动化液压模板可节省费用 9870 元，636 片 40m 箱梁可节约费用约为 627.7 万元。社会效益分析：自动化液压模板施工工艺技术成功用于梁场 40m 箱梁生产施工， 标志 着大桥局集团公司在梁场施工领域已在国内桥梁建设中处于领先地位。该模板施工工艺技 术正式投入生产后， 截止 2019 年 9 月梁场共接待了 4000 多人参观与学习， 在国内的桥梁 预制施工领域为集团公司树立了良好的市场形象，提高了集团公司在国内的知名度， 为集 团公司开拓海内外市场创造更加的有利条件。同时， 该施工技术成功的应用对我国桥梁施 工智能制造做了积极的探索和

24、实践， 也体现了中铁大桥局集团有限公司国有企业的担当和开创精神！11.应用实例11.1 工程概况深中通道工程总造价约 460 亿， 桥梁段共划分 S04S07 四个合同段， S07 合同段由中 铁大桥局集团公司承建， 总造价 17.4 亿， 主要工程内容含 1.6km 陆域段引桥、全线 160 片60m 及 636 片 40m 混凝土梁预制，全线 110m 、60m 、40m 梁运输安装。九公司负责信息化智慧梁场的建设、40m 箱梁 636 片， 60m 大箱梁 160 片混凝土箱梁Z4-1Z4-4Z3-1Z3-3Z3-4Z2-1Z2-3Z2-4Z1-1Z1-3Z1-4的预制，以及整个标段 3

25、5 万方混凝土供应。其中 40m 箱梁梁高 2.2m，梁长为 39.5m 至 40.5m， 顶板宽为 2.4m 至 2.85m,顶板厚度 18cm 至 33cm，腹板厚度 20cm 至 32cm，底宽 1m，底板厚度 18cm 至 36cm，单片箱梁主体钢筋 11t 至 12.6t，单片箱梁混凝土 60m左右， 单片最大重量可达 173t。40m 预制箱梁截面图 浇筑成型的 40m 预制箱梁40m 箱梁预制场布置由南向北分为钢筋绑扎区、内模检修区、制梁区和存梁区 4 各部 分。制梁区分为 4 条生产线， 每条生产线布置 4 个台座。 其中， 1#线为内边梁生产线和 4# 线为外边梁生产线， 2

26、#和 3#线均为中梁生产线。配置外侧模板 4.5 套（2.5 套中梁模板、 2套边梁模板），内模 4 套，每条生产线配置 1 套。制梁台座布置见下图。Z4-2Z4-3Z3-2Z2-2Z1-2预制梁场生产线布置图11.2 工程实施进度工程于 2019 年 6 月 28 日复工以来， 8 月中旬完成 40m 预制箱梁 20 片，初期由于处 于工艺熟悉和完善阶段， 7 月份生产箱梁 5 片左右，施工进入正常循环之后， 每月可生产40m 预制箱梁 48 片左右，满足项目总体进度要求。11.2 工法关键技术创新点随着国内建筑业的发展， 桥梁建设的施工技术不断更新， 现代桥梁施工对环保、质量、工期及施工场

27、地将提出更高的要求，因此自动化液压模板施工技术有着极大的推广前景，同样可适用于长度小于 40m 以内的箱梁， 方便现场施工。 同传统普通钢模板施工相比， 智能化液压模板具有如下突出的创新点：（1）模板施工智能化程度高。液压模板系统内集成了 PLC 控制箱、 电机走行系统、液 压系统、通讯设备及多种传感器设备，作业人员可通过 Windows 平板电脑内置的智能模具 App 系统，向模板内集成的通信设备发送信号， PLC 控制箱接收信号后，操控模板系统内 的外模走行系统、液压系统，可实现模板的自动走行、横移及竖向位移， 同时模板系统内 的传感器设备自动感应模板走行的位置、水平角度及垂直度，把信息反

28、馈到平板电脑上， 再由工作人员进行实时调整， 直到模板安装到位。 同理， 模板的拆除施工也在 Windows 平板电脑上进行。 这种施工方式具有人工投入少、危险性小的特点。（2）液压模板整体性能好，安拆效率高。液压模板侧模采用（6+2）mm 复合型不锈 钢板模板面板，内模采用整体式压液钢模板，现场施工均可实现整体装拆模。相比传统组 合拼装模板施工， 液压模板整体性能好，不易发生变形， 从而保证了箱梁预制施工质量；液压模板安拆效率高，从而缩短了箱梁预制施工时长。（3）安全文明施工程度化高。 现场单名工作人员通过 Windows 平板电脑操作便能实 现压液模板的自动安装与拆除工作， 相比传统的组合

29、拼装模板， 一是减少了门吊吊模、移 模的工序， 二是避免了模板节段间反复安装与拆除， 模板的自动走行和安拆可实现梁场生 产作业工厂化， 工厂作业流程化， 在一定程度上增加了现场安全文明化施工，便于管理人员协调和管理施工现场。（4）绿色环保，减少能耗。在保证箱梁质量、施工安全等基本要求的前提下，模板 智能化控制系统是通过技术创新直接减少能源消耗的一种手段， 符合国家环保、绿色施工 理念。在预制施工中减少了人工、机械、材料资源的投入使用， 同时提高了施工质量、安全和进度。11.3 总结语截止 2019 年 8 月 22 日，中铁大桥局九公司深中通道项目工程已完成 40m 预制箱梁 28 片。该工程

30、从首件生产开始， 一直在不断地完善优化工艺， 同时不断密切跟踪现场使用 情况，认真总结自身施工过程中存在的问题并不断改善， 项目部自动化液压模板施工工法， 得到等业主监理单位的肯定， 标志着整体式自动液压模板在预制梁场运用的成功， 开创了梁场预制箱梁施工的范例。40m 预制箱梁自动化液压模板通过采用 PLC 模块控制液压自动控制系统和红外测温测距系统实现在混凝土浇筑过程中自动走行， 外模自动横移、纵移， 自动定位， 内模自动支拆模等功能。 避免了传统施工中反复拼装和拆除导致模板变形的问题， 同时可以节省较大 的成本， 保证箱梁施工品质。施工中， 科学计划和管理提升模板的利用率， 达到绿色施工 的效果。 随着国内建筑业的发展，桥梁建设的施工技术不断更新，现代桥梁施工对环保、工期及施工场地将提出更高的要求，使自动化液压模板施工工艺有着极大的推广前景。自动化液压模板工艺施工技术的成熟应用， 标志着大桥局集团公司在该领域已在国内 桥梁建设中处于领先地位， 通过在深中通道项目智慧梁场的实施， 树立了集团公司良好的 市场形象， 为集团公司开拓国内外市场创造了更加有利的条件。对提升集团公司核心竞争力，扩展集团公司的知名度有着极其重要的意义。