多跨變徑移動(dòng)模架造橋機(jī)的施工工法研究

◎翟海濤 中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司

隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，越來越多的跨海大橋建造新技術(shù)凸現(xiàn)出來，移動(dòng)模架法施工在橋梁建設(shè)工程中應(yīng)用較多。移動(dòng)模架系統(tǒng)是一種自帶主梁、模板和支架的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)通過支腿將荷載傳遞到承臺(tái)或者墩柱，在橋跨之間不斷進(jìn)行移位循環(huán)和匹配，以適應(yīng)不同截面和線性的現(xiàn)澆混凝土箱梁施工。箱梁鋼筋綁扎、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)、張拉作業(yè)等均在移動(dòng)模架施工平臺(tái)上完成，具有施工周期短、施工質(zhì)量好、不影響周邊環(huán)境、適用于跨海大橋等優(yōu)點(diǎn)。

目前，國內(nèi)的跨海橋梁建設(shè)多以架橋機(jī)、浮吊整跨吊裝、掛籃懸澆等工藝施工，移動(dòng)模架多用于固定斷面和直線型橋梁施工。多跨連續(xù)、變跨徑的移動(dòng)模架施工案例較少。為此，本文以海南某大橋的移動(dòng)模架施工實(shí)例為背景，對(duì)架橋機(jī)過跨、橫移、縱移、支承、拆除等關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究，為同類型橋梁建設(shè)提供參考。

1.工程概況

1.1 概況

大橋是連接海口和文昌市某地的跨海大橋，橋跨布置為4×30m(第一聯(lián))+4×30m(第二聯(lián))+4×30m(第三聯(lián))+5×30m(第四聯(lián))+5×30m(第五聯(lián))+5×30m(第六聯(lián))+6×50m(第七聯(lián))=1130m，共七聯(lián)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，為左右兩幅。現(xiàn)澆連續(xù)箱梁處于直線段、A=489.898緩和曲線、左偏1200m圓曲線、A=489.898緩和曲線和直線整體式路基段上。縱面位于i=0.5%的上坡、i=-2.5%上坡段上，曲線要素R=10400。

大橋的引橋采用板式墩設(shè)計(jì)，根據(jù)橋梁的跨徑和墩身高度不同，分別設(shè)計(jì)為花瓶型的空心墩和實(shí)心墩?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁采用單箱單室結(jié)構(gòu)，邊腹板采用斜腹板。

第一聯(lián)至第六聯(lián)跨徑為30m，梁高1.8m，頂板寬15.75m，翼緣懸臂長3.5m，現(xiàn)澆箱梁的腹板厚度是漸變?cè)O(shè)計(jì)的，從跨中到梁端一次性變化到位，厚度從0.5m變化到0.75m，漸變長度為3m。

橋梁的第七聯(lián)跨徑為50m，梁高2.8m，頂板寬15.75m，翼緣懸臂長3.5m。腹板厚度與前序的橋跨變化一致，但是腹板厚度是從0.5m變化到0.8m，漸變段長度為4m。

1.2 施工難點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目存在30m和50m橋跨兩種跨徑，兩種跨徑箱梁斷面尺寸不同，需要先進(jìn)行30m跨徑梁段的施工，施工完成后，對(duì)移動(dòng)模架拆裝再施工50m跨徑梁段。

（2）橋墩高度差別大，橋墩有實(shí)心墩和空心墩兩種，移動(dòng)模架的支撐方式跟隨橋墩方式采用落地式支撐和墩身開孔式兩種。

（3）由于橋梁線性設(shè)計(jì)有橫向和縱向的曲線變化，移動(dòng)模架施工需要考慮縱向線性和橫向線形，確保線形滿足設(shè)計(jì)的精度要求。

2.移動(dòng)模架設(shè)計(jì)研究

橋跨施工的方向從橋臺(tái)開始，總體向33號(hào)墩推進(jìn)，33號(hào)橋墩是過渡墩，在這6跨30m的橋梁中，連續(xù)梁的最大階段為（30+30+6）m，混凝土澆筑量687.4m；混凝土重量1787.3噸；50m跨連續(xù)梁施工最大節(jié)段為（50+9）m；混凝土澆筑量728.1m；混凝土重量1893噸。采用移動(dòng)模架進(jìn)行作為原位現(xiàn)澆施工的平臺(tái)，移動(dòng)模架采用原九江二橋ZQM2150移動(dòng)模架進(jìn)行改造。

2.1 移動(dòng)模架設(shè)計(jì)

移動(dòng)模板自下而上可分為承臺(tái)或墩身側(cè)邊支架、支撐油缸臺(tái)車、主桁架梁、前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、水平連接、底部模板、側(cè)模和其他輔助系統(tǒng)。本項(xiàng)目采用下行式的支撐體系，整體上可以使用模板開合、橫向移動(dòng)與縱向移動(dòng)的功能，以滿足橋梁現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆施工的目的。

2.2 各機(jī)構(gòu)設(shè)置及作用

（1）墩旁托架，將整機(jī)載荷和施工工作載荷傳到墩身和承臺(tái)的作用，設(shè)置有不銹鋼滑道和油缸，箱梁現(xiàn)澆施工的時(shí)候頂升油缸將整個(gè)模架頂起，脫模時(shí)頂升油缸縮回，使主梁落在支承臺(tái)車滑架上，達(dá)到模架系統(tǒng)橫向和縱向調(diào)位的目的。

（2）支承臺(tái)車，模架整體脫模、橫向、縱向移位的作用，主要的機(jī)構(gòu)包括臺(tái)車的底架、支腿臺(tái)座、滑動(dòng)架、滑靴以及油缸等，支撐臺(tái)車的移動(dòng)都是通過液橫向與縱向的液壓油缸操作的。

（3）主梁，是造橋機(jī)的主要受力部件，用于承受混凝土箱梁的澆注時(shí)的工作載荷。采用矩形鋼箱梁形式，分為七節(jié),節(jié)間用高強(qiáng)螺栓連接，單組鋼箱梁重約180t。

（4）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，移動(dòng)模架在往下一跨移動(dòng)時(shí)引導(dǎo)和承載的專業(yè)機(jī)構(gòu)，通過鋼材桁架結(jié)構(gòu)焊接，總體分四組，單組長為25100mm。高強(qiáng)螺栓用于導(dǎo)梁與主梁之間連接，而本身導(dǎo)梁之間采用的是銷軸連接方式。

（5）橫向聯(lián)結(jié)系統(tǒng)，橫聯(lián)系統(tǒng)也是設(shè)置有千斤頂，千斤頂?shù)男问綖槁菪?，主要用于支撐底模板，可調(diào)節(jié)底模標(biāo)高和預(yù)拱度。采用矩形桁架梁，桁架中心高1500mm，雙榀橫聯(lián)共14榀，設(shè)置為不對(duì)稱橫開的兩片。

（6）外模系統(tǒng)，用于現(xiàn)澆混凝土的模板框架，包括底模、側(cè)模和側(cè)模支撐組成。外模系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了30m和50m梁模板的兼容性和互換性。

（7）托架支撐，大橋20m以下墩施工時(shí)采用落地支撐進(jìn)行支撐，移動(dòng)模架的全部豎向荷載通過落地支撐傳遞到承臺(tái)上，落地支撐按照不同組合裝配用于不同高度墩身跨箱梁澆注。落地支撐通過張緊的精軋螺紋鋼筋抱緊墩身。

（8）電氣系統(tǒng)，主要由一臺(tái)動(dòng)力配電箱，主要供電給六臺(tái)支承臺(tái)車以及扁擔(dān)梁液壓站,照明等。

2.3 移動(dòng)模架計(jì)算

根據(jù)施工工藝考慮，計(jì)算兩種工況下的移動(dòng)模架的強(qiáng)度、剛度和主梁穩(wěn)定性計(jì)算。

（1）計(jì)算依據(jù)。

（2）荷載說明。

a、恒載：移動(dòng)模架上面所有結(jié)構(gòu)部件自身的荷載；

b、活載：移動(dòng)模架的活荷載主要包括風(fēng)荷載、混凝土載荷、人員荷載、施工載荷等。

（3）工況考慮。

分別對(duì)50m和30m跨徑制梁及過孔工況進(jìn)行計(jì)算，制梁和過孔工況荷載分布圖見圖1。

圖1 工況荷載分布圖

（4）模型建立及計(jì)算。

項(xiàng)目的移動(dòng)模架結(jié)構(gòu)單元分析采用有限元軟件ANSYS進(jìn)行分析。主梁采用空間梁單元模擬，鼻梁采用空間梁單元模擬，橫梁采用空間梁單元模擬。50m和30m制梁及過孔工況有限元計(jì)算分析模型計(jì)算見圖2。

圖2 有限元分析模型計(jì)算

50米制梁工況最大應(yīng)力出現(xiàn)在主梁中間部分，最大應(yīng)力119MPa，主梁最大應(yīng)變90.7mm，滿足要求。50米過孔工況時(shí)最大應(yīng)力出現(xiàn)在導(dǎo)梁支撐點(diǎn)處，最大應(yīng)力145MPa，在許可范圍內(nèi)。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 移動(dòng)模架受力計(jì)算結(jié)果

3.移動(dòng)模架施工工法

3.1 第一跨施工工藝

現(xiàn)澆箱梁施工工藝與常規(guī)的流程大體一致，但是采用移動(dòng)模架需要先進(jìn)行墩旁托架的調(diào)整安裝等，總體施工工藝流程為：1）安裝墩旁托架及支承臺(tái)車；2）主梁安裝就位；3）外模系統(tǒng)安裝；4）鋼筋綁扎和波紋管安裝；5）調(diào)整模板，檢查拼縫；6）安裝內(nèi)模板；7）綁扎頂板鋼筋；8）澆筑全斷面混凝土；9）養(yǎng)護(hù)；10）脫模；11）張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線和壓漿。一跨施工完成后移動(dòng)至下一跨繼續(xù)循環(huán)以上步驟。

（1）墩旁托架安裝，根據(jù)墩身高度拼裝好托架支撐，利用吊機(jī)將其安裝在橋墩兩側(cè)。橋墩兩側(cè)托架應(yīng)同步、對(duì)應(yīng)地分別安裝，安裝完畢后校核托架懸臂橫梁安裝精度,然后拉緊精軋螺紋鋼筋。

（2）支承臺(tái)車安裝，在安裝支承臺(tái)車前，需要在墩身托架的橫移軌道和臺(tái)車縱向移動(dòng)的軌道上涂上潤滑油，然后用吊車將支承臺(tái)車吊于墩旁托架橫梁軌道上，之后安裝其相關(guān)的電氣、液壓部件。

（3）主梁安裝，主梁分節(jié)段安裝于鋼管樁支架上，然后在鋼管樁支架上將兩節(jié)段主梁拼裝。相鄰的兩節(jié)主梁拼裝在一起之后，采用千斤頂設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的對(duì)接，先進(jìn)行上下連接板的安裝，再安裝左右連接板，緊固螺栓，連接主梁，左右側(cè)都安裝好后整體吊裝到墩旁托架的軌道上，最后裝上支撐臺(tái)車的夾持器。

（4）模板系統(tǒng)安裝，底模安裝時(shí)分段安裝，隨主梁一起起拱，底模安裝完成后，試驗(yàn)開合，保證底模開合順暢，并調(diào)整拼縫合錯(cuò)臺(tái)。模板安裝完成后，利用吊車安裝外側(cè)翼緣模板。

（5）預(yù)壓，在橫斷面上模擬箱梁的實(shí)際載荷分布，采用“砂帶+水”進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。

（6）鋼筋混凝土施工，分別綁扎底板、腹板以及頂板的鋼筋，但是在綁扎腹板鋼筋的同時(shí)進(jìn)行波紋管和預(yù)應(yīng)力鋼絞線的安裝，然后安裝內(nèi)模和調(diào)位，最后澆筑混凝土和養(yǎng)護(hù)，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除模板，施加預(yù)應(yīng)力和壓漿，完成現(xiàn)澆箱梁施工。

3.2 移動(dòng)模架循環(huán)施工工藝

移動(dòng)模架循環(huán)用于現(xiàn)澆箱梁施工大致分為四個(gè)階段：

（1）按照3.1施工工藝完成第一跨現(xiàn)澆箱梁施工。

（2）模架系統(tǒng)下放，前一跨現(xiàn)澆箱梁的預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完成后，脫開內(nèi)模板與模架系統(tǒng)的連接，將內(nèi)模以外的模架系統(tǒng)整體下放25cm左右，使移動(dòng)模架整體與已經(jīng)完成的現(xiàn)澆箱梁分離開，移動(dòng)模架整體都下放到前后支承的臺(tái)車上。

（3）模架對(duì)開。松開橫向連接系，啟動(dòng)支承臺(tái)車上的橫移油缸，模架分成左右兩組向兩側(cè)橫移。

（4）主梁移至新的制梁位。啟動(dòng)縱移油缸，兩組模架分別向前方橋位縱移，單邊縱移距離差控制在2米；縱移到位，將兩組模架向中部合攏到位；聯(lián)接橫梁及底模中部連接螺栓；操作柜機(jī)收回掛在臺(tái)車上面的模架頂升油缸，然后將模架系統(tǒng)通過油缸頂升到橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)高，循環(huán)制梁步驟進(jìn)行施工。

4.結(jié)束語

在跨海大橋中的現(xiàn)澆箱梁施工中，結(jié)合項(xiàng)目施工環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，整合現(xiàn)有資源，對(duì)架橋機(jī)改造后的下行式移動(dòng)模架成功的解決了2×30米混凝土箱梁制梁的結(jié)構(gòu)安全及線性控制和50米混凝土箱梁制梁的結(jié)構(gòu)安全及線性控制。在施工過程中進(jìn)行施工工況分析，對(duì)制梁和過孔施工研究計(jì)算，各項(xiàng)結(jié)果均滿足規(guī)范要求，創(chuàng)造的了極大的經(jīng)濟(jì)效益，供類似項(xiàng)目施工借鑒。