淺析移動(dòng)模架在特大橋擴(kuò)建施工中的應(yīng)用

鄧美斌 王安東

（1.中鐵一局集團(tuán)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(dòng)模架造橋機(jī)作為一種先進(jìn)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(wú)需大型梁場(chǎng)等特點(diǎn)，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(jìn)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(chē)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(duì)該橋進(jìn)行擴(kuò)建施工?？紤]到該橋施工特點(diǎn)及施工環(huán)境較為復(fù)雜，施工方對(duì)多種施工方案進(jìn)行比對(duì)研究，最終確定采用移動(dòng)模架施工。本文結(jié)合行北渭河特大橋擴(kuò)建工程施工，對(duì)移動(dòng)模架拼裝、移動(dòng)模架預(yù)壓及箱梁施工工藝進(jìn)行介紹。

1 工程概況

行北渭河特大橋擴(kuò)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(tuán)”，與已建成通車(chē)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(kuò)建工程全長(zhǎng)1868m，道路等級(jí)：二級(jí)公路，南北跨渭河，設(shè)計(jì)為單向4車(chē)道，橋梁寬度：凈16.0m＋2×0.5m，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)為YK1+996，終點(diǎn)樁號(hào)為YK3+864。設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，計(jì)劃工期為24個(gè)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(zhǎng)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(diǎn)處設(shè)200cm寬的橫梁，在中支點(diǎn)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(tái)。

2 移動(dòng)模架的主要構(gòu)件組成與拼裝

2.1 移動(dòng)模架的主要構(gòu)件組成

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

（1）牛腿。牛腿作為移動(dòng)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(jìn)平車(chē)，同時(shí)配有縱向頂推液壓缸。牛腿頂面與推進(jìn)平車(chē)底部接觸部處鑲有不銹鋼板和塑料滑板。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)三向液壓系統(tǒng)，實(shí)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(dòng)模架主梁由一對(duì)鋼箱梁組成。鋼箱梁長(zhǎng)度76.4m，由5節(jié)組成，節(jié)間采用高強(qiáng)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(dòng)模架鼻梁每根長(zhǎng)約20.0m，分為兩節(jié)，節(jié)間采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)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(duì)橫梁采用銷(xiāo)子連接。底模板和側(cè)模支撐框架安裝在橫梁上，同時(shí)橫梁下安裝有支撐螺旋頂。通過(guò)螺旋頂面上安裝的滑道可以實(shí)現(xiàn)模板橫梁橫橋向滑動(dòng)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(shí)，利用吊桿將移動(dòng)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(dòng)模架向下一孔移動(dòng)時(shí)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(dòng)模架開(kāi)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(jī)械加工、焊接組裝而成。地板直接與橫梁相連，每個(gè)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(hào)的型鋼，通過(guò)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(hù)和張拉的時(shí)間，拆除內(nèi)部模具，預(yù)先進(jìn)行分段組裝，底部腹板鋼筋綁扎完畢，使用起重機(jī)進(jìn)行固定。

2.2 移動(dòng)模架的拼裝

移動(dòng)模架拼裝場(chǎng)地為18橋墩至22號(hào)橋墩間，在模架進(jìn)場(chǎng)前將該段施工場(chǎng)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(jī)進(jìn)行拼裝，25T汽車(chē)吊機(jī)輔助安裝橫梁、模板、配重等附件，按圖1進(jìn)行拼裝作業(yè)。

圖1 移動(dòng)模架拼裝工藝流程圖

裝配時(shí)，各個(gè)零件必須牢固地聯(lián)接，裝配完成后要經(jīng)過(guò)仔細(xì)全面地檢驗(yàn)，確保其安全和可靠才能進(jìn)行上結(jié)構(gòu)的施工，移動(dòng)模架牛腿、鋼梁、外模必須按廠方設(shè)計(jì)要求和工程師的指導(dǎo)意見(jiàn)進(jìn)行對(duì)號(hào)入座拼裝，在每個(gè)環(huán)節(jié)完成后必須進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行下一階段的拼裝。

（1）移動(dòng)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(shí)，先把牛腿支腿安裝到承臺(tái)上，然后安裝牛腿橫梁。在進(jìn)行牛腿梁的吊裝時(shí)，應(yīng)首先將一根橫梁的一側(cè)用臨時(shí)拉桿固定，接著將其另一側(cè)的牛腿梁進(jìn)行吊起。牛腿梁在拼裝前，必須精確放出軸線，安裝時(shí)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?dòng)模支架的支承部位。推進(jìn)平車(chē)安裝前，先檢查支撐架頂標(biāo)高和平整度，放出推進(jìn)平車(chē)在橫移軌道上的位置，用油漆標(biāo)出，同時(shí)確定豎向主頂位置，用25T吊車(chē)配合安裝到位。

（2）主梁安裝與橫梁拼裝。在橋梁下部進(jìn)行主梁裝配，通過(guò)臨時(shí)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(shí)支架時(shí)使用枕頭。然后進(jìn)行橫梁的拼接，在梁端中部的對(duì)接點(diǎn)采用銷(xiāo)接頭，在橋下進(jìn)行整體安裝后，直接將其吊起[3]。當(dāng)橫桿完成后，通過(guò)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(jìn)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(tái)吊車(chē)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(hào)至小樁編號(hào)，分別進(jìn)行側(cè)模板和螺桿式的裝配。底板鋼筋綁扎完成后，開(kāi)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(yùn)送至現(xiàn)澆梁，直接吊裝至設(shè)計(jì)位置。在安裝內(nèi)模時(shí)，通過(guò)調(diào)整支撐在底模上的支墊來(lái)保證保護(hù)層的厚度。

3 移動(dòng)模架預(yù)壓

在移動(dòng)模架組裝完畢后，要進(jìn)行預(yù)壓，以消除構(gòu)件的非彈性變形，測(cè)量活動(dòng)模架各個(gè)部位的變形，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(yàn)?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(jì)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(jì)算），堆載試驗(yàn)加載按混凝土梁重的1.05倍進(jìn)行堆載。堆載試驗(yàn)采用從0→60%→80%→105%分級(jí)加載，分級(jí)加載嚴(yán)格按照預(yù)先制定的方案和程序進(jìn)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(gè)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(hào)（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(guò)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(shí)，達(dá)到60%的載荷（如圖3所示），并記錄讀數(shù)。加載32.7t/m，此時(shí)水位處于腹板與翼板交界處，此時(shí)已達(dá)到載荷80%（如圖4所示)，并記錄讀數(shù)。在荷載達(dá)到80%～105%的情況下，應(yīng)在裝載過(guò)程中進(jìn)行觀測(cè)，如果出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)停止裝載，并進(jìn)行原因分析，并在處理后將其裝載到設(shè)計(jì)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(cè)及觀測(cè)點(diǎn)布置

預(yù)壓工程分為60%、80%、105%3個(gè)階段，每次加載完畢后，應(yīng)在規(guī)定的載荷下暫停一段時(shí)間，并在48h內(nèi)對(duì)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，直至各個(gè)階段加載完畢，觀測(cè)完成，沒(méi)有任何異常，才能進(jìn)行下一步的工作。在負(fù)載達(dá)到80%～105%的情況下，應(yīng)在裝載過(guò)程中進(jìn)行觀測(cè)，如果出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)停止裝載，并進(jìn)行原因分析，并在處理后裝入到設(shè)計(jì)噸位。造橋機(jī)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(dá)到設(shè)計(jì)要求，這時(shí)可進(jìn)行卸荷。

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

在上述部位共有246個(gè)測(cè)點(diǎn)，用同一儀器測(cè)量，同一測(cè)量人讀數(shù)。每一次觀測(cè)時(shí)，應(yīng)測(cè)量并記錄以上各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，并保留原始資料，以便復(fù)查。該方法的測(cè)量精度與讀數(shù)的偏差可達(dá)±1mm。利用三級(jí)水準(zhǔn)觀測(cè)法對(duì)整個(gè)壓載過(guò)程中各個(gè)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高、位移變化進(jìn)行了觀察，并對(duì)資料進(jìn)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(duì)模架全面檢查

模架卸載仍采用分級(jí)方式：105%→80%→60%→0。每一次卸載后，對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的記錄。卸貨后，再對(duì)模具支架的螺栓、銷(xiāo)軸等進(jìn)行檢查，并按實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，對(duì)模板和側(cè)模的支承進(jìn)行檢查，觀察有無(wú)變形。在此基礎(chǔ)上，對(duì)模型框架的彈性和非彈性變形進(jìn)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(dòng)模架的工作參數(shù)，并繪出了可移動(dòng)模架的加卸量曲線，并對(duì)其進(jìn)行了整體剛度系數(shù)的測(cè)量及動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在完成移動(dòng)模具框架后，可以對(duì)高度和中心線進(jìn)行調(diào)節(jié)。模板的控制標(biāo)高=設(shè)計(jì)高度+施工預(yù)留拱度，設(shè)計(jì)標(biāo)高由設(shè)計(jì)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(chǎng)移動(dòng)模架試驗(yàn)及已完成箱梁的實(shí)際測(cè)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(gè)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(guò)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(jì)的需要。對(duì)前一段的箱梁進(jìn)行監(jiān)控，并作好記錄。根據(jù)預(yù)拱度和實(shí)測(cè)箱梁脫架后實(shí)測(cè)標(biāo)高，動(dòng)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(guò)混凝土罐車(chē)運(yùn)送到澆筑場(chǎng)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(kāi)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(kāi)始，混凝土在19#墩的中梁處集中。垂直澆筑混凝土的順序?yàn)椋旱装濉拱濉鷻M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(kāi)孔是用來(lái)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(gè)下料口，在底板澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)將下料口和下料口的模板進(jìn)行修補(bǔ)，并進(jìn)行加固。施工人員通過(guò)臨時(shí)施工的箱梁和隔離人孔進(jìn)入，使用鏟子和震搗棒進(jìn)行振動(dòng)，以保證基板的混凝土致密。為了確?；搴穸鹊木_，在縱向上設(shè)置圓形鋼軌，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)，必須由插入式攪拌機(jī)進(jìn)行有效振搗，以避免人工損傷。在振搗過(guò)程中，要防止振動(dòng)器與模板、鋼筋、波紋管和其它的預(yù)制件發(fā)生碰撞。混凝土的振搗必須是致密的，不能有漏振、欠振和過(guò)振現(xiàn)象。在底板混凝土振搗時(shí)，由人工從預(yù)留的人孔進(jìn)入箱室進(jìn)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(yǔ)

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