廈深鐵路錢東特大橋 MZ32下行式移動模架制梁施工技術(shù)

石東東

(中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司,湖北襄樊 441001)

1 概述

廈深鐵路錢東雙線特大橋全長1831.716m,全橋共有移動模架制梁 37孔,梁長均為 32.6m,橋墩高度平均在 18～23m,部分橋墩位于魚塘和房屋中。箱梁計算跨度為 31.1m,梁寬為 12.2m,高 3.0m,質(zhì)量 776 t,橋上線路按雙線配置,線間距為 4.6m,支座中心距為 4.7m,根據(jù)方案比選并結(jié)合工期要求,引進(jìn) MZ32下行式移動模架進(jìn)行原位制梁施工。

移動模架是一種能夠?qū)崿F(xiàn)原位制梁,自行脫模并逐孔推進(jìn)的制梁專用設(shè)備。它像一座可移動的“橋梁預(yù)制廠”,逐孔施工,原位綁扎鋼筋并澆筑混凝土。移動模架可分為上行式和下行式兩種。下行式移動模架最早誕生與 1959年,1969年德國 PZ公司在阿姆辛克(Amsinck)大橋使用后定型,傳統(tǒng)的下行式移動模架具有結(jié)構(gòu)受力明確,上部作業(yè)空間大等優(yōu)點(diǎn)。不足之處在于,支撐系統(tǒng)位于主箱梁下部,不方便拆裝,倒腿增加了難度,還需要在原有墩身上開孔等不便之處。與預(yù)制梁場相比,減少了一次性的投入,模架特別適用于軟基、深谷、水中等復(fù)雜地質(zhì)條件的多孔等跨度橋梁施工,特別是在由于地形限制,交通不便利,沒有足夠場地建設(shè)預(yù)制梁廠的山丘地區(qū),采用移動模架施工是比較經(jīng)濟(jì)的。為節(jié)省耕地、保護(hù)環(huán)境,并滿足客運(yùn)專線鐵路沉降的要求,我國鐵路越來越多采取以橋代路的高架橋形式,高架橋的特點(diǎn)是橋長跨多,且多為等跨布置,并以 32m跨梁居多。為提高橋梁的施工速度,增加作業(yè)面,移動模架原位制梁技術(shù)在我國高速鐵路和客運(yùn)專線建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。我單位采用MZ32下行式移動模架在廈深鐵路錢東雙線特大橋制梁 37孔,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 MZ32移動模架構(gòu)造及功能

MZ32移動模架按系統(tǒng)分為:主支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外模板系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)、位移系統(tǒng)(含液壓)及吊(懸)掛系統(tǒng)。

按組成自下而上分為:墩旁托架總成、支承機(jī)構(gòu)及支承臺車、主框架總成、導(dǎo)梁、前后吊梁、模板及其支撐、安全裝置、梯子及施工平臺。

2.1 主箱梁

模板兩側(cè)各有 1根主箱梁,每根由 5節(jié)鋼箱梁組成,它是整個模架的承力結(jié)構(gòu),主箱梁要滿足強(qiáng)度和剛度的要求,主箱梁之間用連接板連接,連接板上用高強(qiáng)度連接螺栓,連接螺栓在使用前,要對其扭矩等系數(shù)做檢驗,合格以后才能使用,一批連接螺栓只能使用 1次,不能重復(fù)利用,主箱梁兩側(cè)穿有梳形梁及活動門的預(yù)留孔,主箱梁下方安裝模架過孔時縱移軌道。

2.2 導(dǎo)梁

導(dǎo)梁分為前導(dǎo)梁和后導(dǎo)梁,根據(jù)以往施工經(jīng)驗,一般等澆筑完第一孔箱梁,安裝前、后導(dǎo)梁,導(dǎo)梁為三角形桁架,與主箱梁通過高強(qiáng)螺栓連接。

2.3 梳形梁

梳形梁設(shè)在兩根主箱梁之間,是由 14b為上下弦桿或工字鋼組拼成的空間桁架,在跨中一分為二,它可在水平開模油缸的推動下,在主箱梁內(nèi)張開、合龍,實(shí)現(xiàn)模板的開合,注意在上模板前,要調(diào)整梳形梁下方的螺旋千斤頂。

2.4 活動門桿

分別穿入箱梁內(nèi),是由 φ273mm×12mm的無縫鋼管組成,分為上下 2層,前后各 2道,共 4道。它是模架前移過孔時的臨時平衡系統(tǒng),防止模架傾覆。在模架前移過程中根據(jù)移動距離,分別先后打開和合上,活門門桿打開和合上通過電動葫蘆作為動力裝置。

2.5 墩旁托架

托架(牛腿)是由 1根水平鋼梁和 2根斜撐組成的三角形空間結(jié)構(gòu),托架的下支點(diǎn)直接進(jìn)入墩身內(nèi),它與橋墩墩身通過精軋螺紋鋼緊貼一起,托架與墩身之間加墊一塊 40mm厚氯丁橡膠,以保護(hù)模架過孔時,墩身處混凝土不受損壞。托架的作用是把制梁或者過孔時承受的重力傳遞給墩身,實(shí)現(xiàn)力的轉(zhuǎn)換。

2.6 推進(jìn)小車和液壓系統(tǒng)

支承臺車包括支承架、支承滑板、承重機(jī)構(gòu)、縱橫移油缸及頂升油缸等,能完成造橋機(jī)高程的調(diào)整、曲線調(diào)整及其縱橫移等各種動作。托架上部有掛輪,掛于主箱梁上,實(shí)現(xiàn)自己倒運(yùn)牛腿。

2.7 C形梁(扁擔(dān)梁)

是整個模架力系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵,它通過吊掛整個主箱梁支承整個模架系統(tǒng)。

2.8 模板及平臺走道系統(tǒng)

模板可分為外膜、內(nèi)模、端頭模板、及其他一些小模板。外模通過調(diào)節(jié)絲桿安裝在梳行梁上,通過控制絲桿完成底模板的高程控制,腹板模板和翼緣板模板通過絲桿支撐在主箱梁上,每次澆筑混凝土前要檢查翼緣板模板,并通過絲桿控制其高程。內(nèi)模是與整套移動模架分離的系統(tǒng),綁扎完底板鋼筋以后安裝內(nèi)模,內(nèi)模安裝在箱梁腹腔內(nèi)。

2.9 平臺及走行系統(tǒng)

整套模架拼裝完畢,在翼緣板兩側(cè)設(shè)置防護(hù)網(wǎng),做好安全防護(hù)措施。

3 前期準(zhǔn)備

3.1 物質(zhì)儲備

鋼筋、鋼絞線、錨具(工作錨、工具錨、錨盤、工作夾片、工具夾片、石蠟等)、波紋管(包括連接套管)、預(yù)埋件(接地端子、防落梁、PVC管等)、橋梁伸縮縫、支座灌漿料、脫模劑、施工用水、孔道壓漿劑、水泥、砂子、碎石、粉煤灰、外加劑等。

3.2 設(shè)備配置

南方路基 HZS-120型攪拌站 1座、罐車 4輛、汽車泵 1臺 、地泵 1臺、備用 150kW發(fā)電機(jī) 2臺 、25t吊車1輛、50t吊車 2輛、預(yù)應(yīng)力張拉千斤頂 4臺,張拉油泵4臺、壓漿攪拌機(jī) 1臺,壓漿泵 1臺、平板車 1輛、梁面倒運(yùn)鋼筋小斗車 3輛。

3.3 技術(shù)準(zhǔn)備

編制施工組織設(shè)計、移動模架拼裝及拆卸方案、液壓同步提升方案、預(yù)壓方案、對箱梁施工的支座安裝、鋼筋下料、制作與安裝及內(nèi)模安裝、混凝土施工、養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力張拉壓漿及模架過孔一整套思路制定詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書,并對有關(guān)操作人員進(jìn)行崗前安全、技術(shù)培訓(xùn)。

3.4 勞力組織

機(jī)械工程師 2人、電工 2人、液壓電器操作 10人、觀察模架行走 4人、指揮 1人、鋼筋工 25人、電焊工 10人、混凝土工 18人、專職張拉人員 8人。

4 模架安裝

模架安裝前首先要熟悉圖紙,對圖紙上標(biāo)示的模架零件進(jìn)行分解,熟悉模架自身的尺寸關(guān)系,各種零件的尺寸。再聯(lián)系實(shí)際熟悉模架各個構(gòu)件與墩身的關(guān)系,與梁體的關(guān)系,熟悉了這些關(guān)系后制定一套詳細(xì)的模架拼裝方案。

由于 MZ32移動模架整機(jī)質(zhì)量約為 500t,模架拼裝完成一般難以整體吊動,通常情況下,模架安裝分為橋墩原位支架法和液壓同步提升安裝兩種方法,針對MZ32實(shí)際操作經(jīng)驗對這 2種方法做簡單介紹。

4.1 橋墩原位支架法

由于錢東雙線特大橋部分墩身較矮,在進(jìn)行方案比選時選定在第10孔梁處進(jìn)行拼裝,需用橋墩原位支架法,模擬移動模架制梁狀態(tài),編制施工作業(yè)指導(dǎo)書,在第10孔處硬化 1塊 80m×30m的拼裝場地,吊裝9號墩位置牛腿,分別在橋梁兩側(cè)設(shè)置混凝土安裝平臺,由于每邊有 5節(jié)主箱梁,每節(jié)主箱梁下要設(shè)置 1個臨時支墩,根據(jù)墩身的寬度設(shè)定臨時支墩的間距,梁兩側(cè)臨時支墩中心間距為 11m,控制好高程,澆筑 C20混凝土,由于進(jìn)行第9孔梁施工時,主箱梁要在支墩上滑行,所以支墩頂面要設(shè)置 1層鋼筋網(wǎng)片,防止模架向前滑行時,臨時支墩被壓壞,主箱梁底下有軌道,需提前在臨時支墩上預(yù)留槽口。待臨時支墩混凝土強(qiáng)度滿足要求后,用吊車將每根主箱梁的 5節(jié)鋼梁依次吊放在安裝臨時支墩上,用高強(qiáng)螺栓將主箱梁連接,然后依次安裝梳形梁,梳形梁用鋼銷連接,調(diào)整到位。在梳形梁上計算好鋼支撐高度,然后吊裝底模,調(diào)整到制梁狀態(tài),設(shè)置好預(yù)拱度,吊車吊放腹板模板和翼緣板模板,之后安裝平臺走道等附屬設(shè)施,穿好后活動門桿,由于10號墩礙事,后 4根活動門桿先不用法蘭盤連接,安裝前導(dǎo)梁,后導(dǎo)梁安裝要等施工完第10孔,模架前移以后才可以有空間安裝,后扁擔(dān)梁等施工完混凝土箱梁以后安裝在梁面上與主箱梁連接,此時,模架拼裝基本完成。待第10孔梁施工完畢,張拉壓漿結(jié)束,安裝后扁擔(dān)梁,通過 9號墩牛腿上動力系統(tǒng),開模,模架前移,在臨時支墩上面墊滾杠。把另外一對牛腿安裝在8號墩上,等前導(dǎo)梁越過前墩,安裝好前扁擔(dān)梁,穿好后活動門桿,連接牢固,逐孔施工,施工到第8孔時,由于墩身高度只有 7m,墩身無法預(yù)留牛腿孔,結(jié)合模架自身特點(diǎn),模擬模架在第8孔位置施工狀態(tài),算好箱梁底高程及托架橫向工字鋼剛度,設(shè)計 1套臨時支墩代替原來的牛腿,由于牛腿各部分是通過法蘭和連接螺栓連接而成的,對牛腿進(jìn)行拆分,搭好臨時支墩,使牛腿上半部分安裝在臨時支墩上,加固牢靠。到第2孔施工完畢,同理設(shè)計臨時支墩,待澆筑完最后一孔梁,拆卸模架,并倒運(yùn)至錢東雙線特大橋第38孔進(jìn)行同步整體提升安裝。移動模架拆卸臨時支墩布置見圖1。

圖1 MZ32移動模架(安裝)拆卸臨時支墩布置示意(單位:cm)

4.2 液壓同步整體提升法

由于錢東橋橋墩普遍比較高,結(jié)合業(yè)主對工期要求和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選,采用液壓同步整體提升的方案,同理平整一塊 80m×30m的場地,每側(cè)各制作 8個臨時支墩,依次拼裝 5節(jié)主箱梁、底模、側(cè)模、翼緣板模板,之后安裝平臺走道等附屬設(shè)施、安裝模架前后導(dǎo)梁,此時模架拼裝基本完成。此次提升質(zhì)量約為 500t,需在兩墩墩頂各設(shè)置 1根提升扁擔(dān)梁,并將其錨固在支撐墊石上,墩身提前預(yù)埋 8根精軋螺紋鋼,與提升扁擔(dān)梁錨固在一起,每根提升扁擔(dān)梁兩端各設(shè)置 1臺液壓千斤頂,每臺千斤頂通過提升吊桿與模架吊點(diǎn)連接,通過多次頂升液壓千斤頂來實(shí)現(xiàn)模架的整體提升和就位,利用 2臺 50t吊車依次吊裝 4個墩旁托架,使下支點(diǎn)直接進(jìn)入墩身兩側(cè)的預(yù)留孔內(nèi),托架用精軋螺紋鋼連接,張拉使托架抱箍在墩身兩側(cè)。在牛腿上安裝小車和液壓系統(tǒng),每個推進(jìn)小車設(shè)有縱向和橫向油缸。推進(jìn)小車安裝完畢以后,將其液壓油缸與主箱梁連接,通過墩頂扁擔(dān)梁上的液壓提升千斤頂回油,使模架整體下落至小車上,此時模架全部質(zhì)量在 4個墩旁托架上面,調(diào)節(jié)絲桿使高程和預(yù)拱度達(dá)到制梁要求。在梁體施工完畢以后安裝后扁擔(dān)梁,在過孔前安裝前扁擔(dān)梁。

5 模架預(yù)壓

為確保箱梁現(xiàn)澆施工安全,模架在首次使用前要進(jìn)行預(yù)壓,以消除其非彈性變形,并取得在其模擬荷載下的彈性變形,模架在預(yù)壓前要進(jìn)行一次全面的檢查,根據(jù)模架設(shè)計的要求在底模板和主箱梁上設(shè)置位移觀測點(diǎn),模架的預(yù)壓荷載根據(jù)規(guī)范要求,經(jīng)監(jiān)理監(jiān)督為箱梁荷載的 120%,預(yù)壓總荷載為9000kN,為節(jié)省施工時間,并達(dá)到良好的預(yù)壓效果,荷載為提前預(yù)制好的混凝土塊,尺寸為 1m×0.9m×0.6m。荷載分布情況:兩端1800kN、兩腹板 2880kN、翼緣板1680kN、腹腔2640kN。分為 4次加載,0→50%加載完畢 1h以后觀測、50%→80%加載完畢 1h以后觀測、80%→100%加載完畢 1h以后觀測、100%→120%加載完畢以后每 4h測量 1次,直到確認(rèn)模架穩(wěn)定,變形速率小于0.25mm/h以后才可以卸載,每級卸載同加載。卸載完畢以后,機(jī)械工程師和廠家技術(shù)負(fù)責(zé)人對模架所有構(gòu)件進(jìn)行全面檢查,并記錄檢查情況,如有變形、開裂損傷,要及時找出原因,并更換損壞部件。

6 模架探傷

由于模架自出廠之日起,存在不同程度的疲勞焊縫,MZ32移動模架已預(yù)壓完畢,為確保模架在后續(xù)的工作中安全施工,需要對模架主要構(gòu)件的焊縫進(jìn)行探傷檢測,對模架受力構(gòu)件疲勞損傷進(jìn)行評價,檢測構(gòu)件有主箱梁、牛腿、前后扁擔(dān)梁、吊桿。檢測方法為超聲波檢測和磁力檢測,超聲波檢測需打磨掉焊縫兩側(cè) 8 mm油漆、污漬,磁力檢測需打磨掉焊縫兩側(cè) 8mm油漆、污漬,且不得損傷,打磨工具為 φ100mm的電動鋼絲或百葉刷,不得使用打磨砂輪。打磨完畢經(jīng)檢測單位檢查之后開始探傷檢測。

7 箱梁施工

箱梁施工主要分為箱梁外模調(diào)整、支座安裝、底板和腹板鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力孔道安裝、鋼絞線穿束、內(nèi)模安裝、頂板和翼緣板鋼筋綁扎、預(yù)埋件安裝、箱梁混凝土澆筑、養(yǎng)生、張拉壓漿等步驟。

箱梁外模調(diào)整是通過調(diào)節(jié)絲杠,使底模板、腹板和翼緣板達(dá)到澆筑混凝土的狀態(tài),并按要求設(shè)置預(yù)拱度,模板調(diào)整完畢灌注支座砂漿。箱梁底板和腹板鋼筋綁扎的同時,進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道的安裝,預(yù)應(yīng)力孔道安裝前,根據(jù)圖紙定位坐標(biāo)系,制作一套定位網(wǎng)片,對波紋管定位,安裝預(yù)應(yīng)力孔道。箱梁內(nèi)模的安裝主要由液壓內(nèi)模小車完成,箱梁內(nèi)?？梢苑譃闃?biāo)準(zhǔn)節(jié)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)兩種,在已綁扎完畢的底板鋼筋上架設(shè)好行走軌道,由小車從上一孔施工完畢的箱梁腹腔內(nèi)卸除箱梁內(nèi)模,并通過行走軌道運(yùn)至指定地方并安裝。箱梁的混凝土自下而上、由兩端到中間、水平分層、斜向分段對稱進(jìn)行澆筑,澆筑完頂板混凝土以后,采用懸掛式混凝土整平機(jī)進(jìn)行壓光收面,混凝土初凝后進(jìn)行二次收面,覆蓋塑料布灑水養(yǎng)護(hù)。箱梁預(yù)應(yīng)力張拉在混凝土齡期和彈性模量都合格的情況下進(jìn)行,采用液壓穿心式千斤頂張拉,張拉力對稱均衡,張拉控制遵循以張拉力為主,伸長值作為校核的“雙控”原則。

8 模架過孔

移動模架過孔在箱梁張拉完成以后進(jìn)行,首先解除外模所有約束,落下外模,并解除底模及梳形梁的中間連接鋼銷,之后將模架梳形梁向兩側(cè)橫移,打開模架。在箱梁的后端安裝后扁擔(dān)梁,鋪設(shè)好行走軌道,安裝吊桿,懸掛模架承載,安裝好中扁擔(dān)梁,支撐在墩上,解除前后墩旁托架精軋螺紋鋼,前牛腿前移,后牛腿移到前牛腿位置并安裝,穿好精軋螺紋鋼,完成力的轉(zhuǎn)換,模架前移直至前導(dǎo)梁越過前面橋墩,安裝前扁擔(dān)梁,支撐受力。倒運(yùn)前牛腿,穿精軋螺紋鋼并張拉,前牛腿抱箍在墩身上。模架移動過程中先解開 1號、3號活動門桿,直至越過墩身合上 1號、3號活動門桿,當(dāng)靠近前墩身時,解開 2號、4號活動門桿,越過墩身時,合上 2號、4號活動門桿,模架行走到位,合龍梳形梁,穿好銷子。頂升并調(diào)整外模高程,重新進(jìn)行下一循環(huán)的箱梁施工,當(dāng)所有箱梁施工完畢以后,移動模架解體,移動模架拆卸時和拼裝的時候一樣需要設(shè)置 2排臨時支墩。然后依次拆卸移動模架各種桿件。

9 結(jié)語

采用移動模架制鐵路雙線預(yù)應(yīng)力簡支箱梁需要不斷總結(jié)提升,積累經(jīng)驗,掌握移動模架制梁施工的特點(diǎn),并不斷優(yōu)化施工工藝,提高制梁質(zhì)量和進(jìn)度。廈深鐵路MZ32移動模架的成功制梁施工,是對下行式移動模架施工的有益實(shí)踐和探索,取得了豐富的施工經(jīng)驗,在新一輪的施工中可少走彎路。期待移動模架會在更多的鐵路橋梁施工中安全、優(yōu)質(zhì)、高速地去完成更多的制梁任務(wù)。

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