淺析移動模架在特大橋擴建施工中的應(yīng)用

鄧美斌 王安東

（1.中鐵一局集團第三工程有限公司，陜西 寶雞 721006；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000）

0 引言

移動模架造橋機作為一種先進的橋梁施工裝備，具有施工質(zhì)量好、操作方便、不占用橋下空間、無需大型梁場等特點，在公路橋和鐵路橋中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，是一種較為先進的施工工法[1]。西安市臨潼區(qū)行北渭河特大橋與已建成通車的行北公路特大橋并排，承擔(dān)渭河南北兩岸樞紐交通的重?fù)?dān)，因此需對該橋進行擴建施工。考慮到該橋施工特點及施工環(huán)境較為復(fù)雜，施工方對多種施工方案進行比對研究，最終確定采用移動模架施工。本文結(jié)合行北渭河特大橋擴建工程施工，對移動模架拼裝、移動模架預(yù)壓及箱梁施工工藝進行介紹。

1 工程概況

行北渭河特大橋擴建工程位于臨潼城區(qū)西北方向，跨渭河鏈接南岸的臨潼新區(qū)與北岸的“西安渭北工業(yè)園區(qū)臨潼現(xiàn)代工業(yè)組團”，與已建成通車的行北公路特大橋并排，承擔(dān)渭河南北兩岸樞紐交通的重?fù)?dān)。北渭河特大橋擴建工程全長1868m，道路等級：二級公路，南北跨渭河，設(shè)計為單向4車道，橋梁寬度：凈16.0m＋2×0.5m，橋梁起點樁號為YK1+996，終點樁號為YK3+864。設(shè)計時速60km/h，計劃工期為24個月，新建橋梁位于已建橋梁下游，兩橋凈間距12m，上部采用2-2×60m+4-3×60m+2-2×60m預(yù)應(yīng)力混凝土等截面單箱雙室連續(xù)剛構(gòu)，梁高3.35m,頂板寬17m，底板寬11m，翼緣懸臂長3m，頂板厚28cm；箱梁底板橫向布設(shè)橫坡，頂板設(shè)雙向2%橫坡。各聯(lián)中間墩和箱梁固結(jié)，采用縱向預(yù)應(yīng)力體系。在端支點處設(shè)200cm寬的橫梁，在中支點處設(shè)250cm的橫梁。下部采用直徑2.0m圓形橋墩，2.5m厚低柱承臺。

2 移動模架的主要構(gòu)件組成與拼裝

2.1 移動模架的主要構(gòu)件組成

行北渭河特大橋擴建采用下承式移動模架。移動模架工作原理為左右兩組鋼箱梁通過橫梁支撐模板，模板能夠隨橫梁開合、縱移及橫移，借此實現(xiàn)該橋箱梁混凝土原位現(xiàn)澆。移動模架系統(tǒng)主要包括以下部分。

（1）牛腿。牛腿作為移動模架的橫梁結(jié)構(gòu)，由橫梁和豎向支腿組合而成。牛腿頂部安裝推進平車，同時配有縱向頂推液壓缸。牛腿頂面與推進平車底部接觸部處鑲有不銹鋼板和塑料滑板。整個系統(tǒng)通過三向液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)主梁沿橫橋向、順橋向及豎向精確定位。

（2）主梁和鼻梁。移動模架主梁由一對鋼箱梁組成。鋼箱梁長度76.4m，由5節(jié)組成，節(jié)間采用高強螺栓連接，其各節(jié)段重41～61t不等。鼻梁采用桁架式結(jié)構(gòu)，安裝在鋼箱梁前后兩端，移動模架鼻梁每根長約20.0m，分為兩節(jié)，節(jié)間采用高強螺栓進行連接。

（3）橫梁。橫梁采用截面尺寸為（360～400）mm×1200mm的焊接箱形結(jié)構(gòu)，處于同一斷面上的一對橫梁采用銷子連接。底模板和側(cè)模支撐框架安裝在橫梁上，同時橫梁下安裝有支撐螺旋頂。通過螺旋頂面上安裝的滑道可以實現(xiàn)模板橫梁橫橋向滑動和豎向調(diào)整。

（4）后橫梁和C型梁。后橫梁采用一根鋼箱梁，安裝在已澆筑的箱梁前端。其主要作用：在每一聯(lián)的第二孔及以后各孔澆筑時，利用吊桿將移動模架系統(tǒng)后端主梁吊起，將主梁及外模板系統(tǒng)鎖緊在與已澆注的箱梁上；在移動模架向下一孔移動時作為抵抗設(shè)備橫向傾覆的平衡結(jié)構(gòu)。C型鋼梁是一套連接于前后兩端鋼箱梁左右兩側(cè)的半環(huán)鋼桁架，其主要功能是防止移動模架開模后的橫向不穩(wěn)定。

（5）外模和內(nèi)模。外模采用鋼板，按混凝土箱梁的外形尺寸，經(jīng)機械加工、焊接組裝而成。地板直接與橫梁相連，每個基板都是用普通的螺栓沿著橫向的方向固定的。外模具由固定在橫梁上的模板支架和支承件固定。外模板底板、側(cè)板及翼板采用鋼板，翼緣板及側(cè)模、底板縱肋采用不同型號的型鋼，通過焊接連接成整體。內(nèi)模具系統(tǒng)使用小型鋼模板，便于手工拆卸，由桁架內(nèi)模具支撐，利用混凝土養(yǎng)護和張拉的時間，拆除內(nèi)部模具，預(yù)先進行分段組裝，底部腹板鋼筋綁扎完畢，使用起重機進行固定。

2.2 移動模架的拼裝

移動模架拼裝場地為18橋墩至22號橋墩間，在模架進場前將該段施工場地挖至預(yù)設(shè)標(biāo)高再平整碾壓，保證平整度及地基承載力滿足拼裝需求[2]。模架拼裝選用1495-3A-1型100T履帶吊機進行拼裝，25T汽車吊機輔助安裝橫梁、模板、配重等附件，按圖1進行拼裝作業(yè)。

圖1 移動模架拼裝工藝流程圖

裝配時，各個零件必須牢固地聯(lián)接，裝配完成后要經(jīng)過仔細全面地檢驗，確保其安全和可靠才能進行上結(jié)構(gòu)的施工，移動模架牛腿、鋼梁、外模必須按廠方設(shè)計要求和工程師的指導(dǎo)意見進行對號入座拼裝，在每個環(huán)節(jié)完成后必須進行檢驗，合格后方可進行下一階段的拼裝。

（1）移動模架牛腿組裝。牛腿橫梁采用鋼箱梁式結(jié)構(gòu)，在安裝牛腿系統(tǒng)時，先把牛腿支腿安裝到承臺上，然后安裝牛腿橫梁。在進行牛腿梁的吊裝時，應(yīng)首先將一根橫梁的一側(cè)用臨時拉桿固定，接著將其另一側(cè)的牛腿梁進行吊起。牛腿梁在拼裝前，必須精確放出軸線，安裝時必須使其軸線與橋墩軸線重合，最大平面誤差控制在15mm以內(nèi)，從而確?？梢苿幽ＶЪ艿闹С胁课?。推進平車安裝前，先檢查支撐架頂標(biāo)高和平整度，放出推進平車在橫移軌道上的位置，用油漆標(biāo)出，同時確定豎向主頂位置，用25T吊車配合安裝到位。

（2）主梁安裝與橫梁拼裝。在橋梁下部進行主梁裝配，通過臨時支撐墊將主梁段吊在牛腿和支撐墊上，主梁安裝完成后，拆卸臨時支架時使用枕頭。然后進行橫梁的拼接，在梁端中部的對接點采用銷接頭，在橋下進行整體安裝后，直接將其吊起[3]。當(dāng)橫桿完成后，通過橫橋和順橋方向，在水力控制下，按順序正確地定位。在橋墩中心放出橋軸，然后根據(jù)橋面的軸向進行調(diào)節(jié)，最終鋪設(shè)底板、外腹板、肋板和翼緣板。

（3）前后鼻梁及模板安裝。前后鼻梁在橋墩兩側(cè)地面安裝完畢后，由2臺吊車整體吊裝就位，鋼箱梁前后端連接[4-5]。72m施工段底模分44塊，側(cè)模40塊。在底模安裝完畢后，將其標(biāo)尺放置在側(cè)面模具的位置，從大樁編號至小樁編號，分別進行側(cè)模板和螺桿式的裝配。底板鋼筋綁扎完成后，開始內(nèi)模的安裝，內(nèi)模在攪拌站首次試拼，拼裝到位后，按每節(jié)5～8m的速度運送至現(xiàn)澆梁，直接吊裝至設(shè)計位置。在安裝內(nèi)模時，通過調(diào)整支撐在底模上的支墊來保證保護層的厚度。

3 移動模架預(yù)壓

在移動模架組裝完畢后，要進行預(yù)壓，以消除構(gòu)件的非彈性變形，測量活動模架各個部位的變形，并與理論計算結(jié)果進行比較，從而設(shè)定施工預(yù)拱度，檢查橋墩支座的承載力，檢驗?zāi)＜荏w系的承載力[6-8]。

3.1 預(yù)壓方案及預(yù)壓方法

根據(jù)設(shè)計圖可知混凝土梁的總重量為2770t（單跨梁重按923.6m3×72m/60m×2.5t/m3混凝土計算），堆載試驗加載按混凝土梁重的1.05倍進行堆載。堆載試驗采用從0→60%→80%→105%分級加載，分級加載嚴(yán)格按照預(yù)先制定的方案和程序進行。先用砂袋封堵箱梁兩端，按箱梁截面預(yù)壓堆載分為3個區(qū)段，1區(qū)和3區(qū)堆載鋼筋，2區(qū)注水，模架兩端用木板封住，堆載順序由19號（懸臂端）向20墩均勻加載，先注水，最后堆載翼板區(qū)（如圖2所示）。

圖2 箱梁預(yù)壓示意圖

3.2 堆載過程

將2.8m高的側(cè)板用5cm的木板和腳手管支撐在模架的端部，作為注水加載的堵頭擋墻。當(dāng)注水加載24.2t/m，注水高度約210cm時，達到60%的載荷（如圖3所示），并記錄讀數(shù)。加載32.7t/m，此時水位處于腹板與翼板交界處，此時已達到載荷80%（如圖4所示)，并記錄讀數(shù)。在荷載達到80%～105%的情況下，應(yīng)在裝載過程中進行觀測，如果出現(xiàn)異常，應(yīng)及時停止裝載，并進行原因分析，并在處理后將其裝載到設(shè)計噸位。

圖3 模架預(yù)壓示意圖（加載60%）

圖4 模架預(yù)壓示意圖（加載80%）

3.3 變形觀測及觀測點布置

預(yù)壓工程分為60%、80%、105%3個階段，每次加載完畢后，應(yīng)在規(guī)定的載荷下暫停一段時間，并在48h內(nèi)對各個觀測點進行觀測，直至各個階段加載完畢，觀測完成，沒有任何異常，才能進行下一步的工作。在負(fù)載達到80%～105%的情況下，應(yīng)在裝載過程中進行觀測，如果出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，應(yīng)及時停止裝載，并進行原因分析，并在處理后裝入到設(shè)計噸位。造橋機主梁、模板及墩旁支架的沉降和位移均小于3mm，可認(rèn)為整體結(jié)構(gòu)達到設(shè)計要求，這時可進行卸荷。

在每個梁柱相應(yīng)的部位設(shè)置1個測量點，共計42個。在各橫桿下端的支承部位各設(shè)置4個測點，共計84個測點。在下模頂板上的橫梁上，各截面各有4個測點，共計84個測點。在邊模、機翼模具各橫向構(gòu)件的連接處和端部設(shè)置測量點，共計6段，共計24個測點。在支架上，在垂直主頂部附近布置1個測量點，共計4個測點。在承臺四角分別設(shè)置1個觀測站，兩座承臺處共有8個觀測站。

在上述部位共有246個測點，用同一儀器測量，同一測量人讀數(shù)。每一次觀測時，應(yīng)測量并記錄以上各測點的標(biāo)高，并保留原始資料，以便復(fù)查。該方法的測量精度與讀數(shù)的偏差可達±1mm。利用三級水準(zhǔn)觀測法對整個壓載過程中各個測點的標(biāo)高、位移變化進行了觀察，并對資料進行分析、整理，得到了相應(yīng)的控制標(biāo)高和預(yù)拱度的數(shù)值。

3.4 卸載及對模架全面檢查

模架卸載仍采用分級方式：105%→80%→60%→0。每一次卸載后，對各測點進行一次測量，并對其進行詳細的記錄。卸貨后，再對模具支架的螺栓、銷軸等進行檢查，并按實際情況進行調(diào)整。同時，對模板和側(cè)模的支承進行檢查，觀察有無變形。在此基礎(chǔ)上，對模型框架的彈性和非彈性變形進行了分析，并編制了相應(yīng)的圖表。然后，利用箱梁縱橋的彈性變形資料和反拱資料，求出了模架底模的預(yù)拱度。

3.5 預(yù)拱度設(shè)置

利用預(yù)壓方法[9]，獲得了可移動模架的工作參數(shù)，并繪出了可移動模架的加卸量曲線，并對其進行了整體剛度系數(shù)的測量及動態(tài)監(jiān)控。在完成移動模具框架后，可以對高度和中心線進行調(diào)節(jié)。模板的控制標(biāo)高=設(shè)計高度+施工預(yù)留拱度，設(shè)計標(biāo)高由設(shè)計院提供，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備廠提出的理論預(yù)留拱度，并與現(xiàn)場移動模架試驗及已完成箱梁的實際測量指標(biāo)等因素相結(jié)合，確定了施工預(yù)留拱度。每一階段的標(biāo)高控制由三個主要工作條件組成：在澆筑之前的定位、澆筑后的標(biāo)高、預(yù)應(yīng)力張拉后的標(biāo)高。經(jīng)過全面的分析，確定了合理的預(yù)拱度，保證了箱梁縱斷面的平滑和美觀，滿足了設(shè)計的需要。對前一段的箱梁進行監(jiān)控，并作好記錄。根據(jù)預(yù)拱度和實測箱梁脫架后實測標(biāo)高，動態(tài)調(diào)整并控制預(yù)拱度。

4 箱梁混凝土澆筑

第一跨箱梁混凝土澆筑量為1100m3左右，由攪拌站集中攪拌，通過混凝土罐車運送到澆筑場地，用混凝土泵按照澆筑順序一次澆筑完畢。按照橫向澆筑的順序，從20#墩處的橫梁開始沿著順橋的方向一層一層地澆筑混凝土，19#墩中間梁上混凝土澆筑從順橋上的懸臂端開始，混凝土在19#墩的中梁處集中。垂直澆筑混凝土的順序為：底板→腹板→橫隔板→頂部（翼板）。

底板由一層澆注而成，由兩側(cè)腹板下料，再由下料口下料，以完成底板的混凝土澆筑。內(nèi)模具倒角開孔是用來振搗混凝土的，在頂板的底部，沿著縱橋方向，每隔5m左右預(yù)留一個下料口，在底板澆筑完成后，應(yīng)及時將下料口和下料口的模板進行修補，并進行加固。施工人員通過臨時施工的箱梁和隔離人孔進入，使用鏟子和震搗棒進行振動，以保證基板的混凝土致密。為了確保基板厚度的精確，在縱向上設(shè)置圓形鋼軌，以實現(xiàn)對基板標(biāo)高的精確控制。

在腹板部位，預(yù)應(yīng)力管線分布密集，在混凝土澆筑時，必須由插入式攪拌機進行有效振搗，以避免人工損傷。在振搗過程中，要防止振動器與模板、鋼筋、波紋管和其它的預(yù)制件發(fā)生碰撞?；炷恋恼駬v必須是致密的，不能有漏振、欠振和過振現(xiàn)象。在底板混凝土振搗時，由人工從預(yù)留的人孔進入箱室進行振搗和收起；如果有多余的混凝土，應(yīng)立即清理。

5 結(jié)束語

移動模架在西安市臨潼區(qū)行北渭河特大橋擴建工程施工中的應(yīng)用，實現(xiàn)了橋梁移動模架快速移動和簡易模板的安裝施工。在進行移動模架安裝過程中，嚴(yán)格檢查各設(shè)備零部件，確保移動模架安裝準(zhǔn)確可靠，同時，安裝完成后嚴(yán)格按照模架預(yù)載設(shè)計進行加載，并且做好加載過程中模架的變形監(jiān)測。通過實際應(yīng)用證明，移動模架具有施工機械化程度高，施工受環(huán)境因素影響小等特點。