大跨度雙線橋中的移動(dòng)模架施工技術(shù)

吳洪波

(中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 引 言

目前我國(guó)處于道路梁橋建設(shè)發(fā)展的快速期，現(xiàn)澆連續(xù)橋在梁橋建設(shè)應(yīng)用中十分廣泛[1]，隨著該應(yīng)用的不斷深入，傳統(tǒng)滿堂支架施工方法受限嚴(yán)重，高效安全的移動(dòng)模架施工技術(shù)得以推廣[2]，并在公路、鐵路梁橋施工中取得了良好社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。劉家峰等[3]結(jié)合我國(guó)箱梁橋建設(shè)實(shí)際，比較了不同移動(dòng)模架施工方案，指出移動(dòng)模架施工法已作為重要施工方法，被廣泛應(yīng)用于鐵路客運(yùn)專線橋梁建設(shè)中。謝發(fā)祥等[4]以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，介紹了國(guó)產(chǎn)全自動(dòng)移動(dòng)模架的施工過(guò)程及改進(jìn)措施，為同類型施工方案提供了參考價(jià)值。馮國(guó)春、趙平華等[5，6]闡述了移動(dòng)法制梁施工技術(shù)，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易仰拱移動(dòng)模架裝置，并為實(shí)際工程施工帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)效益。劉幸福、臧華等[7，8]結(jié)合了實(shí)際工程特點(diǎn)，對(duì)施工方案進(jìn)行了創(chuàng)新實(shí)踐，通過(guò)梁體的線性控制，提高了移動(dòng)模架施工的整體精度。

2 工程概況

新建松花江位于哈爾濱市道外區(qū)和松北區(qū)的特大橋，包括哈齊線和濱州線。全橋總長(zhǎng)約3.1 km，樁號(hào)起始點(diǎn)為(DK1+811.48)～(DK4+876.43)，距既有鐵路橋下游中心約60.0 m。

哈齊、濱州線采用雙線簡(jiǎn)支箱梁、雙線連續(xù)箱梁和四線系桿拱連續(xù)梁。其中，0#～35#墩、42#～78#臺(tái)之間為雙線橋，36#～41#墩之間為四線橋，36#～53#墩采用四線共用基礎(chǔ)，承臺(tái)并置。其中42#～51#墩共計(jì)10孔箱梁采用下行式移動(dòng)模架施工。

本次客運(yùn)專線使用移動(dòng)模架現(xiàn)澆34.5 m箱梁，缺少相關(guān)施工工藝借鑒，需結(jié)合本工程特定情況，合理設(shè)計(jì)施工方案。另外，本橋架梁工期較為緊張，為不影響整個(gè)標(biāo)段工期的進(jìn)程，需保證移動(dòng)模架施工安全基礎(chǔ)上，適當(dāng)提速高效施行。由此，本工程設(shè)計(jì)施工方案擬采用兩套移動(dòng)模架，其中博瑞移動(dòng)模架(即B型)自濱州一側(cè)投入使用；通聯(lián)移動(dòng)模架(即A型)在哈齊一側(cè)投入使用。

3 結(jié)構(gòu)組件安裝

采用MZ模架造橋機(jī)，包含兩個(gè)鋼結(jié)構(gòu)主梁支承模板系統(tǒng)，與傳統(tǒng)滿堂支架施工相比，去掉了橋面下方的模板支架，模板系統(tǒng)由牛腿支撐于承臺(tái)上，施工便捷，是橋梁施工廣泛采用的先進(jìn)工法之一。

工程中跨箱梁共34.5 m，墩高位于16.5～21.5 m不等，結(jié)合整體施工特點(diǎn)，預(yù)采用下行式移動(dòng)模架系統(tǒng)的施工方案，設(shè)計(jì)的牛腿部分被當(dāng)前施工階段占用，部分用于下一孔橋墩承臺(tái)施工階段，可實(shí)現(xiàn)牛腿的不間斷利用，提高施工速率。移動(dòng)模架系統(tǒng)由牛腿、主梁、導(dǎo)梁等共計(jì)7部分組成，各部分均配有液壓、電氣系統(tǒng)。

3.1 牛腿組裝

牛腿的主要作用為傳遞荷載，荷載通過(guò)施加于推進(jìn)平車，借由牛腿進(jìn)一步傳遞到承臺(tái)。牛腿采用Q345B的橫梁式鋼箱結(jié)構(gòu)，單件重量15 t，總長(zhǎng)18.2 m，包含橫梁與豎向支腿。牛腿支撐在承臺(tái)上，豎向支腿通過(guò)螺栓與墩柱固定。三組牛腿左右均設(shè)有推進(jìn)平車2臺(tái)。為便于螺栓安裝，每個(gè)托架與立柱的接口處搭設(shè)龍門式腳手架，吊車配合人力使用尖頭撬棍安裝螺栓，然后依次安裝主油頂托架、頂升油頂、橫聯(lián)及頂緊支座。固定結(jié)束后，校準(zhǔn)牛腿頂水平面，安裝推進(jìn)平車。

3.2 主梁組裝

移動(dòng)模架系統(tǒng)主梁材質(zhì)為Q345B的鋼箱梁，在施工控制中，主梁產(chǎn)生的剛度變化范圍不應(yīng)大于1/700施工跨徑。鋼箱梁截面尺寸為1 772×3 080 mm2(B型，共6節(jié))，800×3 150 mm2(A型，共10節(jié))；上、下翼緣板厚為20 mm，腹板厚為12～16 mm，每一節(jié)鋼箱梁通過(guò)高強(qiáng)螺栓與下一節(jié)鋼箱梁連接。在兩端的鋼箱梁外側(cè)設(shè)有導(dǎo)梁，各有兩節(jié)，且均由高強(qiáng)螺栓連接。將主梁分節(jié)運(yùn)輸至橋墩處進(jìn)行安裝，現(xiàn)以B型架設(shè)到濱州側(cè)為例，介紹安裝過(guò)程。

首先在50#～51#墩之間濱州側(cè)原地面搭設(shè)臨枕木垛(2×2.5 m)，枕木中心距離墩身中線22.7 m，枕木垛上方焊接一個(gè)尺寸為1.6×2.0 m2的臨時(shí)鋼管支架，枕木垛加鋼管支架高度比臺(tái)車上平面低50 mm。從場(chǎng)地運(yùn)輸前安裝成2節(jié)24.3 m與1節(jié)13.33 m，使用汽車吊將B型主梁吊裝到平板車上，運(yùn)至施工棧橋，分別將兩段主梁使用履帶吊運(yùn)抵墩旁架設(shè)到臨時(shí)支架上，然后人力配合四臺(tái)50 t千斤頂安裝主箱梁之間連接板。另一榀主梁采用相同安裝方法。其中，A型主梁從場(chǎng)地運(yùn)輸至墩身旁，可搭設(shè)臨時(shí)支墩進(jìn)行架設(shè)。

3.3 導(dǎo)梁、底模橫梁組裝

支架前進(jìn)過(guò)程中的引導(dǎo)及承重由兩側(cè)導(dǎo)梁承擔(dān)，移動(dòng)模架前后導(dǎo)梁長(zhǎng)度分別為22.8 m、19.6 m，均分為兩節(jié)，吊裝任務(wù)可由1臺(tái)50 t履帶吊完成，可在安裝完畢的導(dǎo)梁掛設(shè)吊籃，便于后續(xù)施工開展。導(dǎo)梁安裝簡(jiǎn)圖見圖1。

B型底模橫梁同為箱型構(gòu)件，由Q345B的鋼板組成，在每一個(gè)斷面上，采用銷子將不同的B型底模橫梁連接在一起，B型底模橫梁的上側(cè)安置底模板。底模橫梁的安裝需由1臺(tái)50 t履帶起重機(jī)，安裝銷子時(shí)可使用吊籃或者搭設(shè)臨時(shí)平臺(tái)。

3.4 液壓、電氣系統(tǒng)組裝

結(jié)合本文造橋機(jī)的施工特點(diǎn)，在移動(dòng)模架的各部分中，液壓系統(tǒng)均包括四項(xiàng)系統(tǒng)功能，獨(dú)立液壓壓力級(jí)數(shù)保持在31.5 MPa，置有獨(dú)立液壓站的控制元件及管路，可對(duì)元件進(jìn)行開關(guān)及換向功能操作。臺(tái)車共包含4個(gè)液壓泵站，對(duì)油缸的功能進(jìn)行調(diào)試。

4 重載試驗(yàn)

重載試驗(yàn)是為了避免箱梁現(xiàn)澆施工中出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)造橋機(jī)投入使用前，進(jìn)行的承載能力和撓度值測(cè)試分析，以確保實(shí)際施工安全性。事先模擬造橋機(jī)在箱梁施工的加載過(guò)程，記錄并分析造橋機(jī)主梁框架及橫梁等其他結(jié)構(gòu)的變形，用于指導(dǎo)后期施工的模板起拱值及安裝順序，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)模架施工的整體安全保障。

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)對(duì)象為MSS34.5/1000型移動(dòng)模架造橋機(jī)，跨度為34.5 m，參考移動(dòng)模架的實(shí)際工作環(huán)境，預(yù)計(jì)對(duì)構(gòu)件施加1 000 t的總載荷。模擬移動(dòng)模架使用階段的位置分布，分析剛度分布的初始態(tài)，確定測(cè)點(diǎn)位置，布置相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量裝置，做好準(zhǔn)備工作。

4.2 加載

簡(jiǎn)支混凝土箱梁長(zhǎng)34.5 m，計(jì)算重量加上內(nèi)膜重量，墩頂直接承受重量約為1 000 t。荷載共分為三級(jí)施加，第一步均勻加至500 t(50%)，待加載穩(wěn)定，開始第一輪測(cè)試；第二步均勻加至800 t(80%)，待加載穩(wěn)定，觀察其受力情況；第三步均勻加至1 020 t(102%)，在4 h、12 h與24 h觀測(cè)一次。觀測(cè)指標(biāo)包含梁截面的應(yīng)變、撓度變化量及底模板的變形量，觀測(cè)結(jié)果如表1所示，可知重載試驗(yàn)過(guò)程中的主梁及導(dǎo)梁撓度與應(yīng)力值均在控制范圍內(nèi)，移動(dòng)模架可在設(shè)計(jì)使用荷載下保持良好的工作性能。

表1 重載試驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo)記錄

4.3 卸載

卸載方案類似加載方案，共分三級(jí)，均勻依次卸載，保持穩(wěn)定依次至箱梁施工荷載的102%、80%、50%與0%。

5 穩(wěn)定性驗(yàn)算

5.1 移動(dòng)模架橫向傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

圖4為MZ34.5B型模架過(guò)孔狀態(tài)下整機(jī)橫向的受力圖，其中：F1～F4分別為主梁及前后導(dǎo)梁的水平風(fēng)載荷、底模橫梁的水平風(fēng)載荷、外模支撐桁架的水平風(fēng)載荷和外模板的水平風(fēng)載荷，風(fēng)載荷計(jì)算時(shí)風(fēng)力按內(nèi)陸12級(jí)風(fēng)，風(fēng)壓為q=600 N/m2，風(fēng)力系數(shù)為離地30 m高處的風(fēng)力系數(shù)，取值1.39；G為半幅模架的自重。

計(jì)算得：F1=18.2 t；F2=0.35 t；F3=3.8 t；F4=11.3 t；G=214.4 t

橫向穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果如下

M抗=∑GiLi=214.4 t×0.8 m=171.52 t·m

M傾=∑FiLi=F1×1.525 m+F2×3.63 m+F3×4.936 m+F4×7.321 m=130.4 t·m

橫向穩(wěn)定系數(shù)=171.52/130.4=1.33

橫向穩(wěn)定性完全滿足施工要求。實(shí)際使用中，過(guò)孔時(shí)風(fēng)壓要小于250 N/m2，橫向穩(wěn)定系數(shù)更高。

5.2 移動(dòng)模架縱向傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

由于前后導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)和尺寸相同，所以過(guò)孔時(shí)，前導(dǎo)梁即將走到最前面的臺(tái)車上時(shí)，存在整機(jī)向前傾覆的可能，此時(shí)整機(jī)的縱向穩(wěn)定性最差，取此工況計(jì)算整機(jī)的穩(wěn)定性。

圖2 導(dǎo)梁安裝簡(jiǎn)圖(單位：m)

如圖2所示，q1=0.73 t/m，為前、后導(dǎo)梁自重的均布載荷；q2=1.97 t/m，為外模板及支撐和底模橫梁自重的均布載荷；q3=3.16 t/m，為主梁和混凝土配重的自重的均布載荷；

穩(wěn)定力矩=1 756.8 t·m；

傾覆力矩=811.8 t·m

縱向穩(wěn)定系數(shù)=1 756.8/811.8=2.16，遠(yuǎn)大于1.33，所以設(shè)備縱向抗傾覆性能良好。

6 結(jié) 論

以松花江特大橋?yàn)楸尘?，在缺乏相關(guān)施工工藝借鑒且工期緊張下，提出了MZ34.5簡(jiǎn)支梁移動(dòng)模架造橋機(jī)施工方案，通過(guò)重載試驗(yàn)，檢驗(yàn)了移動(dòng)模架的使用及安全性能，對(duì)移動(dòng)模架的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，經(jīng)過(guò)分析，整個(gè)模架體系的穩(wěn)定性均滿足要求，為近似量級(jí)與跨度的其他移動(dòng)模架施工工程工藝借鑒意義。