高鐵水上移動模架原位現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)

黃 偉

（中鐵十八局集團海外公司 天津）

一、概述

京廣高速鐵路客運專線（簡稱京廣高鐵）是以客運為主的高速鐵路。北起首都北京，南到廣州，全程2298 km，是世界上運營里程最長的高速鐵路。設計速度350 km/h，現(xiàn)運行速度降為310 km/h。從北京坐高鐵到廣州的旅行時間縮短至8 h。

京廣高鐵東湖特大橋全長2225.15 m，32 m預應力混凝土簡支箱梁64孔，箱梁截面類型為單箱單室等高簡支箱梁，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。橋梁寬13.4 m，防撞墻內(nèi)側(cè)凈寬9.4 m，梁長32.6 m，計算跨度為31.1 m，梁高3.05 m。由于東湖特大橋處在城鄉(xiāng)結(jié)合部，永久征地僅有18 m寬，臨時用地征用難、費用高，19#～29#墩又位于水中，給箱梁原位現(xiàn)澆施工帶來了很大困難。經(jīng)過綜合對比滿堂支架、鋼管支墩貝雷梁支架體系及移動模架的基礎上，最終選擇采用移動模架作為箱梁原位現(xiàn)澆施工方案，雖然一次性投入較大，但與其他方案對比，減輕了材料倒運及轉(zhuǎn)運安裝設備的投入，總體還是比較經(jīng)濟的。

二、移動模架綜述

1.主要工作原理

移動模架利用墩身及承臺安裝主支腿、主支腿支撐主框架，外模及模架安裝在主框上，形成一個可以縱向移動的箱梁制造平臺，逐孔完成簡支箱梁的施工。移動模架橫向分離，使其能夠通過橋墩，縱向前移過孔到達下一施工孔位，橫向合攏再次形成施工平臺，完成下一孔施工。

2.結(jié)構(gòu)

MZ32型下承自行式移動模架系針對鐵路高鐵雙線整孔箱梁施工而設計，為下行式結(jié)構(gòu)，能夠自行倒裝支撐托架。主要由主框架總成、外模系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)、主支腿、輔助支腿、電氣液壓系統(tǒng)及輔助設施等部分組成。

（1）主框架總成。主框架部分由并列的2組縱梁組成，鋼箱梁長38 m，高2.8 m。鋼箱梁接頭采用高強螺栓節(jié)點板聯(lián)結(jié)，主要承受底模支撐梁、模板系統(tǒng)等設備重量及鋼筋、混凝土等重量。縱梁前端設有前導梁，長23.6 m，為桁架式結(jié)構(gòu)，分兩節(jié)用螺栓節(jié)點板連接，起到支架向下一孔移動時的引導和承重作用。

（2）底模支撐梁及外模系統(tǒng)。底模支撐梁及外模系統(tǒng)由底模支撐梁、底模、腹模、翼模、可調(diào)支撐系組成，底模通過可調(diào)支撐系支撐在底模支撐梁上，底模支撐梁從中部剖分，每側(cè)均與主梁相聯(lián)。腹模、翼模通過可調(diào)支撐系支撐在承重鋼箱梁上。外模板應起拱，起拱度的設置應按造橋機主梁承受的由實際混凝土荷載（包括鋼筋）+內(nèi)模自重產(chǎn)生的曲線特征值進行，以使成橋后箱梁曲線與設計值吻合。模架就位后，調(diào)整底模標高（側(cè)模、翼模也應隨底模一同起拱且必須是同一線型同一拱量），使其與所提供的預拱曲線特征值吻合。

（3）內(nèi)模系統(tǒng)。內(nèi)模系統(tǒng)為全自動整體液壓內(nèi)模，主要組成有底部支腿、走行軌道、內(nèi)模支架、豎、斜向油缸、模板、液壓操作臺。支架與內(nèi)模走行架連接，保證內(nèi)模不上浮。

（4）主支腿。主支腿設置兩套，由支撐托架和移位臺車兩大部分組成。支撐托架由兩個牛腿組成并錨固在橋墩上部。移位臺車由托盤、縱移滑道及吊掛裝置、支撐油缸、縱移油缸、橫移油缸、吊掛油缸等部分組成。移位臺車在橫移油缸的推拉作用下在支撐托架的橫梁上橫向移動；支撐托架橫梁上等距設置若干插孔，以倒換插銷位置的方式實現(xiàn)主梁在托架上移動3.2 m。

（5）輔助支腿。前輔助支腿設置在導梁前端并與導梁連接為一個整體，作為主支腿吊掛過孔時的臨時支撐。中輔助支腿可以將主框架臨時支撐，作為主支腿吊掛過孔時的臨時支撐。后輔助支腿有兩個作用，其一，吊掛主框架，實現(xiàn)后主支腿自行過孔，吊掛并實現(xiàn)主框架橫向開啟；其二，吊掛主框架后端并在橋面上行走，實現(xiàn)移動模架的過孔作業(yè)。

（6）電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)采用380 V三相四線制交流供電，零線與機體連接，電源進線電纜由主梁配電柜接入后，分成三路，一路給主梁頂面的電氣柜供電；另一路給主梁后端液壓電氣柜供電；第三路給主梁前端液壓電氣柜供電。

（7）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)采用分散布置，主要分布于各支腿處。由液壓泵站、垂直支承油缸、橫移水平油缸、控制元件及管路組成。 400 t垂直支承油缸共4臺，安裝在造橋機承重主梁前、后主支腿上，配有機械鎖定機構(gòu)。縱移水平油缸共4臺，與滑車一起懸掛在造橋機主梁下的滑道上。橫移水平油缸配有液壓鎖定機構(gòu)，每套支腿上2臺共10臺，最大行程650 mm。

3.移動模架作業(yè)流程

（1）移動模架拼裝就位。移動模架拼裝完成后主框架及模板系統(tǒng)支承在前、后主支腿上。綁扎箱梁底、腹板鋼筋，立內(nèi)模、綁扎箱梁頂板鋼筋、澆筑混凝土，混凝土強度達到要求后，解除內(nèi)模撐桿，進行預應力張拉。

（2）脫模。橋面鋪設后輔助支腿的走行鋼軌；前中輔助支腿和后輔助支腿在墩頂和橋面支撐，點動前主支腿、后主支腿的承重油缸，解除機械鎖緊螺絲，前主支腿、后主支腿的承重油缸少量回收，依靠設備自重脫模。

（3）倒腿。拆除主支腿對拉鋼筋主支腿主千斤頂回縮，主支腿吊掛在走道上。利用縱移油缸頂推前主支腿、后主支腿前進至下一橋墩就位；安裝吊掛油缸，吊掛油缸回收，吊掛機構(gòu)平移開；吊掛油缸伸出，主支腿支撐在承臺上，張拉主支腿的對拉高強精軋螺紋鋼筋。

（4）滑道準備。解除中輔助支腿、前輔助支腿支撐；后輔助支腿；后主支腿；前主支腿的油缸回收使移動模架主梁底部的軌道落放在支撐滑道上。

（5）開模。解除底模桁架、底模、前輔助支腿中部的連接螺栓；模板向兩側(cè)橫向打開。

（6）縱移過孔。同時啟動后主支腿上的縱移油缸，循環(huán)伸縮使模架前移一跨。

（7）合模。模架橫移合攏就位，底模桁架、底模、前輔助支腿連接；主支腿承重油缸頂升就位并機械鎖定；進行下一孔箱梁的模板調(diào)整、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序。

三、移動模架施工工藝

移動模架施工是箱梁的先進施工法，施工時無需在橋下設置模板支架，而采用兩個支撐在牛腿上的鋼結(jié)構(gòu)主梁支承外模板，兩主梁通過牛腿支架支撐在承臺上。從而避免了對于橋下空間的依賴，方便高墩及水上施工，跨線時對橋下既有交通不干擾。

1.施工工藝流程

移動模架的施工工藝流程見圖1。

圖1 移動模架施工工藝流程圖

2.設備安裝

在起始橋墩跨內(nèi)，清理安裝現(xiàn)場，并對各個構(gòu)件進行清點。拼裝場地要求長60 m、寬30 m，場地內(nèi)應無雜物且寬闊，并在跨內(nèi)搭設必要的臨時支墩（且近鄰處還需有堆放貨物場地和轉(zhuǎn)場用16 t吊機）。

（1）模架拼裝順序。場地平整→托架牛腿安裝→主梁吊裝就位→橫梁安裝→鋪設底板、安裝模板支架→安裝底、腹板及翼板模板→內(nèi)模安裝。

（2）施工注意事項。牛腿在吊裝時應在頂面抄平，以確保平車在牛腿頂面上滑移順暢。主梁在橋下組裝，根據(jù)現(xiàn)場起吊能力可采用搭設臨時支架將主梁分段吊裝在牛腿和支架上，也可將全部主梁組裝完成后用大噸位吊機整體吊裝就位。主梁拼裝完畢后，先拼裝橫梁，待橫梁全部安裝完成后，主梁在液壓系統(tǒng)作用下，橫橋向、順橋向依次準確就位。在墩中心放出橋軸線，按橋軸線方向調(diào)整橫梁，并用銷子連接好。然后鋪設底板和外腹板、肋板及翼緣板。

3.施工控制要點

（1）堆載預壓及預拱度調(diào)整。移動支撐系統(tǒng)堆載預壓及預拱度的調(diào)整是施工中的重點，移動支撐系統(tǒng)撓度值要考慮充分，以確保箱梁線性控制符合設計要求。

在全面檢查移動模架各部位安裝及連接安全后，按照梁體重量103%的預壓荷載逐級加載，每道橫梁處均布設一排沉降觀測點，分別布設于橫梁跨中連接處1點及與主梁連接處左右各1點，主梁中心處左右各1點，每排共布設5個點，并逐個進行編號，每個牛腿支腿處布設2個觀測點。為避免裝卸載施工干擾，沉降觀測點布置在主梁及橫梁下部，采用水準儀倒讀塔尺的方法進行觀測。

（2）移動模架撓度值主要組成。移動模架系統(tǒng)接觸縫隙壓縮、螺栓節(jié)點變位等非彈性變形值（尤其首孔）；混凝土及移動模架自重產(chǎn)生的彈性變形；預應力鋼束張拉產(chǎn)生的反拱值，混凝土收縮徐變產(chǎn)生的撓度。

（3）移動模架預拱度的設置。保證線路在運營狀態(tài)下的平順性，即箱梁上下坡度與設計坡度一致為前提，并保證在鋪設軌道后對混凝土的徐變上拱小于規(guī)范要求。第一次模架預拱度調(diào)整數(shù)值，是在實測模板在模擬混凝土狀態(tài)下模板凈撓度的基礎上，疊加張拉及混凝土收縮徐變引起的上拱值、預應力施加60 d后的殘余徐變拱度值得出。施工中應對預拱度的變化進行觀察，根據(jù)實際變形情況及時進行調(diào)整。

4.其他工序施工

（1）原材料質(zhì)量控制。水泥，采用水化熱和收縮性較小的水泥，摻入適量的粉煤灰與礦粉。骨料，粗骨料選用粒徑均勻、級配良好、堿活性小、質(zhì)地堅硬、級配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石。嚴格控制砂、石子的含泥量，必要時用洗石機進行清洗，確保將含泥量控制在驗標要求內(nèi)。嚴格檢測砂、石子的含水量。在混凝土攪拌機上安裝同位素檢測儀，及時檢測砂、石子的含水量，自動調(diào)整供水量，保證水灰比穩(wěn)定準確。

（2）波紋管安裝。為防止在澆筑混凝土過程中波紋管變形或局部擠裂漏漿而堵塞管道，應用定位鋼筋進行準確定位，在曲線部位時定位鋼筋要加密。波紋管連接處的縫隙應用膠帶紙包裹纏牢，防止水泥漿滲入。澆筑前應用灌水法檢查波紋管的密封性及各接頭的牢固性，做完密封性試驗后用高壓風把管道內(nèi)殘留的積水吹出，同時波紋管內(nèi)部臨時插入2根外徑較預應力波紋管內(nèi)徑稍小的硬塑料管，在澆筑混凝土過程中，要每間隔一段時間對硬塑料管進行抽動，直到腹板澆筑完成后，以防止在澆筑過程中水泥漿堵塞波紋管。實踐結(jié)果表明，采用上述措施能確保預應力波紋管不變形、不堵塞。

（3）混凝土澆筑順序。混凝土澆筑應分層連續(xù)并在初凝時間內(nèi)澆筑完成，先從兩端向中間，先底板后腹板再頂板。混凝土振搗以插入式振動棒為主，附著式振動器輔助振搗，要特別注意腹板底腳及錨墊板附近混凝土的密實度，由于箱梁內(nèi)模采用無底式結(jié)構(gòu)，箱梁澆筑腹板至下圓弧角處時，混凝土坍落度宜控制在160 mm左右，水平分層澆筑，控制混凝土澆筑速度，并派專人負責觀察振搗時混凝土的流向，控制標準以混凝土停止流動時腹板混凝土面在圓弧角上30 cm為宜。

（4）混凝土澆筑時間控制。高鐵驗標要求箱梁混凝土澆注時間≤6 h，為確保箱梁混凝土質(zhì)量，必須提前制定科學可行施工方案，采用全新有效的施工工藝和保證措施進行控制，對施工人員進行認真仔細的交底和分工，使每一個施工人員都明確自己的工作和職責，并定出獎罰措施。所有的機械設備要進行全面的檢修和保養(yǎng)，施工時要有備用設備，防止發(fā)生意外。

（5）預應力筋安裝及張拉控制。考慮張拉端的工作長度后進行鋼絞線下料，完成后要進行編束，在編束前應用專用工具將鋼絞線束梳理一下，將鋼束端頭做成圓錐狀，以防鋼束在波紋管接頭處引起波紋管翻卷，堵塞孔道。

預應力筋張拉前，首先應用高壓水沖洗孔道，并用高壓風槍將孔道殘余的積水清理干凈，在混凝土強度達到設計要求后盡早進行預張拉，以防止梁體局部出現(xiàn)裂紋。預應力鋼絞線張拉采用張拉應力及伸長量雙控措施，張拉應力值以油壓表讀數(shù)為主，以鋼絞線伸長值做校核，兩者的偏差±6%，每束鋼束張拉程序為：0→20%δcon→100%δcon（持荷5 min）→回油錨固。

（6）脫模。在混凝土芯部與表層、表層與環(huán)境之間的溫差以及箱梁腹板內(nèi)外側(cè)混凝土之間的溫差均＜15℃并達到初張拉強度時，松脫內(nèi)模進行初張拉；初張拉完成后拆除箱梁底側(cè)模及支架。

（7）混凝土養(yǎng)護。混凝土初凝后，箱梁表面布置水管并覆蓋土工布，并進行灑水養(yǎng)護，灑水次數(shù)以混凝土表面潮濕為度，同時在箱體內(nèi)用塑料薄膜覆蓋嚴密，向箱體內(nèi)注水進行降溫，注水時應注意塑料薄膜不能有破損。當環(huán)境溫度＜5℃時，混凝土表面禁止灑水，采用土工布進行覆蓋，外面包裹一層塑料布進行封閉保溫。

（8）模架過孔。待箱梁進預應力筋初張拉完成后，即可進行模架過孔作業(yè)，過孔過程中應設置專人對全過程進行監(jiān)控，確保過孔質(zhì)量及安全。模架過孔完成后，在底模安裝內(nèi)模走形軌道采用卷揚機將內(nèi)模拖移至下一施工作業(yè)面。

四、體會

1.箱梁混凝土裂縫防治措施

控制混凝土的入模溫度和環(huán)境溫度，加強混凝土養(yǎng)護，保證梁體溫度與環(huán)境溫差在15～20℃，避免由溫度差產(chǎn)生引起的裂縫。按設計要求及時進行預張拉，防止混凝土早期裂縫的產(chǎn)生。設置準確的保護層避免產(chǎn)生構(gòu)造裂縫。

2.徐變變形控制

控制混凝土工作應力，施工中嚴格按設計要求施加預應力，不得隨意進行超張拉。加載齡期對徐變變形控制有兩個階段，一是預加應力時混凝土齡期，二是橋面附屬工程混凝土澆筑齡期，應適當延長混凝土的加載齡期，可以有效控制徐變引起的上拱。