移動模架施工橋梁安全分析

劉 炎

（無錫市政設(shè)計研究院有限公司，江蘇無錫 214072）

1 概述

移動模架造橋機技術(shù)是當(dāng)今最主要的建橋方法之一。它以鋼桁架或鋼箱梁為主要承重結(jié)構(gòu)，是一種自帶模板、利用模架梁支承模板、通過自身動力系統(tǒng)進(jìn)行移位、對混凝土橋梁進(jìn)行逐孔原位現(xiàn)場澆注的先進(jìn)工程設(shè)備。該系統(tǒng)具有周轉(zhuǎn)次數(shù)多，施工周期短，施工安全可靠，現(xiàn)場文明簡潔，不受場地限制，不需要中斷橋下交通等特點，在深溝峽谷、場地狹窄等惡劣條件下施工具有很強的競爭力。

G045線果子溝大橋山坡展線橋為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁特大橋，橋跨布置為[6×（4×40）+3×40+3×38]m，全長1194 m。橋址處于天山腹地，山嶺重丘區(qū)，地形起伏大。經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)對比，該橋采用移動模架技術(shù)施工。其施工步驟如下：

（1）首先，移動模架安裝完畢后，在中墩和后墩墩頂分別設(shè)置一個提升架，整體提升移動模架到制梁位。由于提升點偏位，以及對孔偏差等的影響，使得墩頂有一定的水平力。

（2）其次，進(jìn)行上部箱梁澆注。在澆注過程當(dāng)中，理論上對橋墩不會產(chǎn)生水平力。從實際情況分析，在澆注前，僅模架自重作用在千斤頂上；開始澆注后，隨著混凝土的不斷澆注，上部重量逐漸增加，下滑力增大，千斤頂頂面對模架主梁的靜摩擦力也隨之調(diào)整增大。由于混凝土重量增加速度較快，在靜摩擦力調(diào)整時，可能會出現(xiàn)微小滑動，對墩頂產(chǎn)生水平力。另外，澆注過程中泵管的振動也可能造成橋墩的偏位。

（3）最后，在托架和箱梁的支撐下，移動模架向前平移一孔，進(jìn)行下一個循環(huán)的施工。移動過程中，不斷重復(fù)的頂推力將對墩頂產(chǎn)生水平力。

由于各施工階段產(chǎn)生的墩頂水平力將影響到下部墩身、樁基的安全問題，所以本文對以下三個施工階段進(jìn)行分析計算：

（1）移動模架提升；

（2）上部箱梁澆注；

（3）移動模架平移。

2 移動模架提升

根據(jù)施工單位提供的模架提升方法，提升共分為水平提升和傾斜提升兩個主要步驟（見圖1、圖2）。模架提升過程中，共設(shè)中墩和后墩兩部提升架。后支點的兩個提升吊點在墩中心線兩側(cè)，且偏心距離相同，因此僅對中墩（27號墩）進(jìn)行計算。

圖1 模架水平提升示意圖（單位：m）

圖2 模架傾斜提升示意圖（單位：m）

2.1 墩頂偏位計算

2.1.1 步驟一：水平提升

墩身縱向剛度為：K1=81310 kN

墩頂位移：

27號墩反力:2001+1720=3721（kN）

當(dāng)模架水平提升到28號墩墩頂時，考慮正負(fù)1 cm的對孔偏差。

吊索計算長度：L=4.961 m

墩身縱向剛度：K2=2049 kN/m

墩頂最小位移：u2=F1/K2=-0.0037（m）

最大位移：u3=F2/K2=0.0037（m）

水平提升至墩頂，墩頂?shù)淖钚∥灰茷椋?/p>

0.0148-0.0037=0.0112（m）

最大位移為：0.0148+0.0037=0.0185（m）

2.1.2 步驟二：傾斜提升

當(dāng)模架水平提升到28號墩墩頂后，28號墩頂模架不動，27號墩頂模架繞28號墩頂處旋轉(zhuǎn)，考慮正負(fù)1 cm的對孔道偏差。

吊索計算長度：L=3.7 m

墩頂最小位移：u4=F4/K2=0.0049（m）

最大位移：u5=F5/K2=0.0147（m）

傾斜提升至27墩頂，墩頂?shù)淖钚∥灰茷椋?/p>

0.0152 +0.0049=0.0201（m）

最大位移為：0.0152+0.0147=0.0299（m）

表1為27號墩計算結(jié)果匯總表。

表1 27號墩計算結(jié)果匯總表

2.2 安全性驗算（見表2）

表2 27號墩安全性驗算表

由表2可知，在移動模架提升階段，橋墩為小偏心受壓狀態(tài)，樁基承載力的安全系數(shù)較大，滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)安全。

3 上部箱梁澆注

箱梁混凝土一次澆注完成，水平澆筑順序為：先澆筑懸臂端（Y27#墩），由懸臂端開始沿順橋向拆接泵管逐層澆筑混凝土。豎向澆注混凝土順序：底板→腹板、橫隔板→頂板（翼板）。澆注示意圖如圖3所示。

圖3 右幅箱梁澆注示意圖

因為曲率半徑比較大，所以不考慮曲線的影響，根據(jù)箱梁澆注示意圖建立分析簡圖如圖4所示。

圖4 右幅箱梁澆注計算簡圖

取主梁為脫離體，計算示意圖如圖5所示。在箱梁澆注階段中，整個模架由四個600 t的千斤頂支撐，千斤頂端部為球鉸，因此千斤頂頂面與模架主梁底面的接觸面是傾斜的。

圖5 主梁受力示意圖

兩墩受力如圖6所示，其水平力平衡方程如下：

N1sinθ=f1cosθ

N2sinθ=f2cosθ

圖6 墩受力示意圖

因此，在箱梁澆注階段，由于千斤頂頂面與主梁底的靜摩擦力的支撐，雖然模架有下滑的趨勢，理論上對橋墩不會產(chǎn)生水平力。從實際情況分析，在澆注前，僅模架自重作用在千斤頂上；開始澆注后，隨著混凝土的不斷澆注，上部重量逐漸增加，下滑力增大，千斤頂頂面對模架主梁的靜摩擦力也隨之調(diào)整增大。由于混凝土重量增加速度較快，在靜摩擦力調(diào)整時，可能會出現(xiàn)微小滑動，對墩頂產(chǎn)生水平力。另外，澆注過程中泵管的振動也可能造成橋墩的偏位?？紤]到微小下滑力及泵管振動的不確定性，需在箱梁澆注過程中對橋墩的水平位移進(jìn)行觀測。

4 移動模架平移

4.1 計算原則

根據(jù)橋墩和樁基的設(shè)計圖紙，以及移動模架施工的實際情況，計算在模架頂推點位置的極限水平力和用于施工控制的容許水平力。

極限水平力和容許水平力的計算標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）橋墩按裂縫寬度控制：極限裂縫寬度為0.2 mm，容許裂縫寬度為0.1 mm。

（2）樁基按承載能力控制：考慮1.5倍的安全系數(shù)，極限承載力為容許承載力的1.5倍。

（3）模架作用于墩頂?shù)姆戳Π凑帐┕挝凰峁┑摹赌＜茏砸七^程中各支點反力大小》考慮。

（4）由于頂推力通過橋墩兩側(cè)的托架傳遞給橋墩，因此需要考慮扭矩的影響。

（5）對于山坡上一側(cè)在土中，另一側(cè)露出地面的高承臺樁基，偏安全考慮，按照樁基全部露出地面計算。

4.2 計算分析

在移動模架平移過程中，前、中、后三個墩的墩身及樁基的安全均需考慮，由于相似性，以下僅以首次進(jìn)行移動模架施工的26號、27號和28號墩為例進(jìn)行分析。其中，模架支反力參照施工單位提供的《模架自移過程中各支點反力大小》。

（1）對于后支點28號墩：

極限狀態(tài)樁基控制，墩頂所承受的最大水平力：F=350.2 kN

最大水平位移為：159.3 mm

允許狀態(tài)樁基控制，墩頂所承受的最大水平力：F=254.0 kN

最大水平位移為：115.5 mm

（2）對于中支點27號墩：

極限狀態(tài)樁基控制，墩頂所承受的最大水平力：F=335.6 kN

最大水平位移為：163.8 mm

允許狀態(tài)樁基控制，墩頂所承受的最大水平力：F=249.9 kN

最大水平位移為：122 mm

（3）對于前支點26號墩：

極限狀態(tài)墩控制，墩頂所承受的最大水平力：F=367.6 kN

最大水平位移為：70.9 mm

允許狀態(tài)墩控制，墩頂所承受的最大水平力：F=280.9 kN

最大水平位移為：54.2 mm

其他墩的分析與此類似。由計算結(jié)果可知，大部分墩的允許水平力較大，可以滿足移動模架平移施工的要求；部分高承臺樁基的允許水平力較小，不能滿足要求。因此，為確保移動模架平移的安全施工，建議對允許水平力較小的高承臺樁基進(jìn)行加固處理，以提高其允許水平力，滿足移動模架平移施工要求。

5 結(jié)語

本文對移動模架施工過程中進(jìn)行安全分析，結(jié)果表明：

（1）移動模架提升階段，結(jié)構(gòu)安全。

（2）箱梁澆筑階段，由于微小下滑力及泵管振動的不確定性，需在箱梁澆注過程中對橋墩的水平位移進(jìn)行監(jiān)測。

（3）移動模架平移階段，大部分橋墩滿足安全要求，部分高承臺樁基需進(jìn)行加固處理。

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[2]JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[3]黃國斌.移動模架在東海大橋淺灘段現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用[J].世界橋梁，2004,(S1):74-76.