40m跨現(xiàn)澆連續(xù)箱梁收折式移動(dòng)平臺(tái)的研制與應(yīng)用

邱 瑞

(中鐵十七局集團(tuán)有限公司,山西太原 030006)

0 工程概況

重慶魚(yú)洞長(zhǎng)江大橋北引橋位于長(zhǎng)江北岸大渡口區(qū),跨越成渝鐵路。北引橋上部結(jié)構(gòu)為 6×40 m(第一聯(lián))+6×40m(第二聯(lián))的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,全長(zhǎng)為 480 m,位于 R=600m的圓曲線(xiàn)與緩和曲線(xiàn)上。2號(hào)橋墩以北縱坡 -2.5%,3號(hào)橋墩至 12號(hào)橋墩之間縱坡為 -1.8%,橋面橫坡為 1.5%單向坡。在0號(hào)橋臺(tái)、6號(hào)橋墩和 12號(hào)橋墩處設(shè)置伸縮縫。

北引橋主梁為單箱雙室斷面,橋面寬度為 20.3m,箱寬為 12.9m,梁高為 2.5m,翼緣板左右不對(duì)稱(chēng),其中左翼緣板寬 2.6m,右側(cè)翼緣寬為4.8m。采用雙向預(yù)應(yīng)力,其中縱向預(yù)應(yīng)力束為連續(xù)彎束,箱梁設(shè)計(jì)為逐跨推進(jìn)現(xiàn)澆施工,分段張拉預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力束采用連接器連接。上部箱梁每跨的現(xiàn)澆施工接縫設(shè)置于下一跨 8m處。下部結(jié)構(gòu)采用花瓶形墩,橋墩墩高為 15～71 m。半幅橋設(shè)置 2個(gè)橋墩,第一聯(lián) 6跨不設(shè)置墩間系梁,第二聯(lián) 6跨除 12號(hào)交接墩外,在離墩頂 3.5 m處均設(shè)置一道系梁。

施工的特點(diǎn)和難點(diǎn):北引橋?yàn)楦叨崭呒苓B續(xù)梁橋,橋墩最大高度達(dá) 71m;北引橋第 8號(hào)橋墩與 9號(hào)橋墩跨越成渝鐵路,施工安全風(fēng)險(xiǎn)大;箱梁跨度大、斷面寬,最大澆筑質(zhì)量達(dá) 2 400 t。

1 施工方案的優(yōu)選

(1)膺架方案。該方案適用于墩身較低、地形平坦、地質(zhì)較好的的現(xiàn)澆梁施工。在本橋中采用貝雷膺架方案,通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算可知,需要購(gòu)買(mǎi)或租賃貝雷片 550.3 t、型鋼 1 225 t;地基處理 C25砼 2 100 m3。可見(jiàn)在本橋中采用貝雷膺架方案,地基處理和支架工程量太大,特別是跨越成渝鐵路時(shí),支架搭設(shè)難以操作。

(2)專(zhuān)制移動(dòng)模架方案。該專(zhuān)用設(shè)備由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家特制,其機(jī)械化程度高,功能完善,施工效率高,無(wú)須地基處理,不影響橋下通車(chē)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)龐大,價(jià)格昂貴,一次性投入達(dá)到 1 100萬(wàn)元以上,加工周期長(zhǎng),整套設(shè)備拼裝和運(yùn)輸繁瑣,維護(hù)保管困難。特別是針對(duì)本橋跨度大、荷載重,要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造,以后難以有類(lèi)似結(jié)構(gòu)形式的橋梁周轉(zhuǎn)使用。

(3)普通移動(dòng)平臺(tái)方案。該方案在墩臺(tái)身上設(shè)牛腿、橫梁,利用貝雷梁等制式器材拼裝主桁梁和導(dǎo)梁,利用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引,主桁梁在貝雷平滾上行走。該方案適合高架橋條件施工,無(wú)須地基處理,不影響橋下通車(chē),利用制式器材,費(fèi)用較低。但其使用跨度有限,貝雷梁承載能力和剛度都難以滿(mǎn)足本橋要求。

(4)收折式移動(dòng)平臺(tái)方案構(gòu)想。以上方案都不適合魚(yú)洞長(zhǎng)江大橋北引橋現(xiàn)澆梁施工。貝雷膺架方案費(fèi)用高,施工又難以操作;專(zhuān)制移動(dòng)模架方案一次投入大,又無(wú)后續(xù)工程使用;普通移動(dòng)平臺(tái)方案較適合本橋的地形和架空情況,但受限于貝雷組拼桁梁承載能力和剛度。若能加強(qiáng)貝雷組拼桁梁的承載能力和剛度,又能實(shí)現(xiàn)順利行走,即能滿(mǎn)足本橋的架空和承載要求。于是,提出了收折式移動(dòng)平臺(tái)方案的構(gòu)想,并經(jīng)多次論證,認(rèn)為可行。

2 收折式移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 收折式移動(dòng)平臺(tái)構(gòu)造組成

收折式移動(dòng)平臺(tái)由水平縱梁、前后導(dǎo)梁、承重桿系、墩旁牛腿支撐體系、平臺(tái)轉(zhuǎn)跨行走系統(tǒng)等組成,如圖1所示。

圖1 收折式移動(dòng)平臺(tái)示意

(1)水平縱梁。水平縱梁由貝雷片組拼而成,共設(shè)置 7組,每組縱梁間設(shè)橫向聯(lián)結(jié)系,聯(lián)結(jié)系解除后可附著在縱梁旁。7組水平縱梁拼成長(zhǎng) 54m×寬 21 m的平臺(tái),其上鋪設(shè)水平橫梁及底模,可現(xiàn)澆 48m(40m+8 m)箱梁。

(2)前后導(dǎo)梁。水平縱梁的前后設(shè)有導(dǎo)梁,導(dǎo)梁仍為貝雷片,導(dǎo)梁的作用就是使移動(dòng)平臺(tái)在轉(zhuǎn)跨推進(jìn)行走時(shí)及時(shí)登上前方墩,從而減少懸臂根部的彎矩和剪力。

(3)承重桿系。承重桿系是移動(dòng)平臺(tái)的重要承重體系,為倒梯形拉壓桿系,安裝于水平縱梁的下部,承重桿系由豎向壓桿、水平拉桿和斜拉桿組成,均采用[20b及[22a組焊制作。承重桿系在平臺(tái)工作狀態(tài)時(shí)打開(kāi),行走前將其收折于水平縱梁下部。

(4)墩旁牛腿支撐體系。支撐體系由內(nèi)撐、外撐和墩間斜腿三部分組成,成為平臺(tái)的支撐體系。

(5)平臺(tái)轉(zhuǎn)跨推進(jìn)行走系統(tǒng)。行走系統(tǒng)包括滾動(dòng)與牽引裝置兩部分,滾動(dòng)裝置放于內(nèi)外撐體系頂部,水平縱梁可沿滾動(dòng)裝置縱向行走。滾動(dòng)裝置自身可橫向滑動(dòng),滿(mǎn)足曲線(xiàn)行走的需要。水平縱梁行走是分組進(jìn)行的,行走前先解除縱梁間橫向聯(lián)結(jié)系,然后再水平轉(zhuǎn)動(dòng)收折,置于墩間的縱梁要橫移后才能縱向行走,兩個(gè)花瓶墩之間的縱梁可直接行走。牽引裝置為 10 t慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)。

2.2 移動(dòng)平臺(tái)工作原理

移動(dòng)平臺(tái)在第一跨(40 m+8m)拼組后,進(jìn)行安裝模板、綁扎鋼筋、澆注混凝土、施加預(yù)應(yīng)力等各常規(guī)施工工序。完成 48 m箱梁施工后,拆除內(nèi)外模板,放置于箱梁頂面,落架,拆除底模,移動(dòng)平臺(tái)解體,承重桿系收折,水平縱梁分組前移至第二跨(40m),如此循環(huán),直至完成最后一跨箱梁施工。

2.3 移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢算

(1)工況分析。平臺(tái)工作時(shí),可能出現(xiàn)以下三種對(duì)平臺(tái)最不利的荷載工況。工況一,滿(mǎn)跨布載工況(圖2),這種工況雖沒(méi)有出現(xiàn),但對(duì)平臺(tái)承重桿系而言,最不利荷載為一跨滿(mǎn)布荷載。因此用此種工況進(jìn)行平臺(tái)承重桿系的分析與計(jì)算。工況二,4/5跨荷載工況(圖3),此種工況出現(xiàn)在一聯(lián)橋的最后一跨施工。工況三,6/5跨荷載工況(圖4),此種工況出現(xiàn)在連續(xù)梁的起始跨施工,該工況為最大荷載,用此工況來(lái)進(jìn)行前支點(diǎn)處的內(nèi)力分析與計(jì)算。

(2)建模計(jì)算。將受力結(jié)構(gòu)按平面桿件系統(tǒng)進(jìn)行離散,按上述三種工況,分別對(duì)水平縱梁、承重桿系、支撐系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)跨推進(jìn)行走狀態(tài)平臺(tái)強(qiáng)度與撓度等進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如下:

圖2 滿(mǎn)跨布載工況

圖3 4/5跨荷載工況

圖4 6/5跨荷載工況

水平縱梁跨中最大撓度66.7mm≤L/400=100mm;懸臂 8m處最大撓度 34.4mm;水平縱梁桿件最大應(yīng)力 136MPa;承重桿系最大拉應(yīng)力 145.95MPa;承重桿系最大壓應(yīng)力 148.89 MPa;均滿(mǎn)足規(guī)范[1-2]要求。

2.4 移動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)的目的和內(nèi)容。收折式移動(dòng)平臺(tái)是個(gè)較新穎的結(jié)構(gòu),盡管從原理和理論計(jì)算上是可行的,但沒(méi)有實(shí)踐證明。為了確保施工安全,使用前必須對(duì)收折式移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行全面的試驗(yàn)檢驗(yàn)。

試驗(yàn)采用 120%設(shè)計(jì)荷載預(yù)壓,預(yù)壓目的主要是檢查移動(dòng)模架、支撐牛腿在荷載作用下的變形及受力情況,檢驗(yàn)支架的安全性和穩(wěn)定性,消除非彈性變形,為立模標(biāo)高提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(2)試驗(yàn)方法。第一跨安裝移動(dòng)平臺(tái)完成后,進(jìn)行加載試驗(yàn)。按設(shè)計(jì)荷載的 0—50%—80%—100%—120%—100%—80%—50%—0進(jìn)行四級(jí)加載和卸載,并測(cè)得各級(jí)荷載下跨中、1/4跨、支點(diǎn)、8 m懸臂處變形值。加載到 50%和 80%時(shí),分別穩(wěn)定 3 h,加載到 100%和 120%后,各持荷 24 h,然后進(jìn)行逐級(jí)卸載。加載過(guò)程中不斷監(jiān)控移動(dòng)平臺(tái)、支撐牛腿的變化情況,一旦發(fā)現(xiàn)異常立刻停止加載,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析完成后再進(jìn)行下一步工作。在水平縱梁桿件、承重桿系共布置 20片應(yīng)變片,采用 YJ-26型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)構(gòu)件應(yīng)變變化,用自動(dòng)安平精密水準(zhǔn)儀測(cè)讀縱梁的豎向位移。

(3)試驗(yàn)結(jié)果。移動(dòng)平臺(tái)預(yù)壓測(cè)試的變形與應(yīng)力(100%時(shí))如表1所示。

表1 預(yù)壓測(cè)試的變形與應(yīng)力(100%時(shí))

從表1可知,預(yù)壓測(cè)試的應(yīng)力和變形與計(jì)算值基本吻合,說(shuō)明設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)建立的計(jì)算模型以及選取的計(jì)算參數(shù)與實(shí)際情況一致。

3 收折式移動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用

(1)施工工藝流程。移動(dòng)平臺(tái)逐跨推進(jìn)施工的工藝流程如下:施工準(zhǔn)備→起始跨牛腿安裝→移動(dòng)平臺(tái)桁梁安裝→鋪模板→底、腹板鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼束安裝→安裝外模和內(nèi)?！攲愉摻罱壴A(yù)應(yīng)力鋼束安裝→澆筑混凝土→施加預(yù)應(yīng)力→落架及預(yù)應(yīng)力孔道壓漿→移動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)跨推進(jìn)。

(2)移動(dòng)平臺(tái)的組拼。支撐牛腿體系無(wú)論是墩前后或墩兩側(cè)牛腿均采用塔吊安裝。水平縱梁、前后導(dǎo)梁、承重體系在第一跨搭設(shè)拼裝平臺(tái),利用汽車(chē)吊安裝。拼裝順序?yàn)?前導(dǎo)梁拼裝;前支點(diǎn)節(jié)段拼裝;水平縱梁分組拼裝;后支點(diǎn)節(jié)段拼裝;承重桿系拼裝;安裝橫撐;調(diào)整標(biāo)高,進(jìn)行安裝后的檢查工作。

(3)鋪設(shè)底模。在移動(dòng)平臺(tái)頂面安放分配梁(Ⅰ12),分配梁上鋪方木,方木上面放置竹膠板(模板)。

(4)綁扎箱梁底板及腹板鋼筋、安裝波紋管。鋼筋綁扎時(shí)一次將底板、腹板和橫隔板的鋼筋綁扎完成。施工中,遇到鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道位置發(fā)生沖突時(shí),移動(dòng)鋼筋位置,不能切割預(yù)應(yīng)力管道。遇到安放預(yù)應(yīng)力管道必須要割斷鋼筋時(shí),在預(yù)應(yīng)力管道安裝結(jié)束后,再將割斷的鋼筋聯(lián)結(jié)、補(bǔ)焊。預(yù)應(yīng)力管道末端封嚴(yán),防止漏漿,防止雜物進(jìn)入管道。

(5)安裝外側(cè)模及內(nèi)模。外側(cè)模和內(nèi)模均采用優(yōu)質(zhì)竹膠板。

(6)綁扎箱梁頂板鋼筋、安裝波紋管。在安裝橫向預(yù)應(yīng)力管道時(shí),嚴(yán)禁施工人員腳踩和擠壓,防止出現(xiàn)水平和豎向彎曲。

(7)澆注箱梁混凝土。澆注箱梁混凝土?xí)r,泵車(chē)直接將混凝土運(yùn)至橋頭(或已澆注好的梁面),然后泵送入模。重慶高溫季節(jié)施工時(shí),采取一系列有效措施保證混凝土入模溫度。

(8)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)采用蓄水法養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為 5 d。

(9)拆除模板。模板拆除后,放置在箱梁頂面上。

(10)預(yù)應(yīng)力施工。張拉順序:先張拉縱向預(yù)應(yīng)力束,然后是橫向預(yù)應(yīng)力束。張拉方法:在張拉前先將鋼絞線(xiàn)逐根預(yù)拉,預(yù)拉力為設(shè)計(jì)噸位的 10%。再依次 20%、50%、80%、100%逐級(jí)進(jìn)行加載,分別記錄油表讀數(shù)及伸長(zhǎng)量。在張拉噸位及伸長(zhǎng)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,才停止張拉。

(11)卸落平臺(tái)。采用砂筒卸落移動(dòng)平臺(tái)。

(12)移動(dòng)平臺(tái)前移過(guò)孔。第一跨現(xiàn)澆箱梁施工完成后,平臺(tái)前移施工第二跨。前移時(shí)應(yīng)將后導(dǎo)梁裝上。移動(dòng)平臺(tái)前移過(guò)孔具體步驟如下:拆除平臺(tái)上的工字鋼,并把工字鋼擺放到左右兩側(cè)臨近的水平縱梁頂面,解除聯(lián)結(jié)系。收折承重桿系,用手拉葫蘆將豎桿與斜桿上提收折于水平縱梁下弦桿滑槽內(nèi),形成“一”字形。

外側(cè)和墩間水平桁梁橫向滑移,8m懸臂段短桁梁后退,與墩間桁梁連接,平臺(tái)開(kāi)始整體前進(jìn)。曲線(xiàn)行走時(shí),收折伸縮導(dǎo)梁,使內(nèi)鍘桁梁、外側(cè)桁梁轉(zhuǎn)向前移。平臺(tái)墩間桁梁到達(dá)前方墩后,外側(cè)水平桁梁和內(nèi)側(cè)水平桁梁分別行走到位,開(kāi)始橫向滑移。墩間桁梁到位后,將懸臂段 8m短桁梁安裝于水平桁梁前部,內(nèi)、外側(cè)桁梁橫向滑移到位,打開(kāi)承重桿系,調(diào)整各組桁梁位置并進(jìn)行連接,準(zhǔn)備下一跨施工。

4 結(jié)語(yǔ)

收折式移動(dòng)平臺(tái)施工方案是一個(gè)創(chuàng)新,其結(jié)構(gòu)輕巧、受力安全可靠、穩(wěn)定性好,不受地形、地貌與地質(zhì)影響,不受跨度限制,尤其適用于地質(zhì)條件差、高墩、大跨現(xiàn)澆梁施工。

[1]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院.TB10002.1—2005/J460—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2008.

[2]路橋集團(tuán)第一公路工程局.JTJ041—2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2000.