大跨橋梁整體模板工藝技術(shù)研究*

郭建波 李家穩(wěn) 張國(guó)碧

最近幾年國(guó)家的交通運(yùn)輸事業(yè)蓬勃發(fā)展,行駛里程不斷增多,設(shè)計(jì)行駛速度也在不斷提高,橋梁結(jié)構(gòu)被廣為采用,而簡(jiǎn)支梁橋作為一種主要的橋梁形式而在各條線路設(shè)計(jì)中都占有很大的比重。

簡(jiǎn)支梁橋多需現(xiàn)場(chǎng)建廠預(yù)制上部結(jié)構(gòu),使預(yù)制橋梁的數(shù)量十分巨大。橋梁預(yù)制是技術(shù)密集型和勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè),采用自動(dòng)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)的機(jī)械化程度,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、快速、高效,是多年以來橋梁生產(chǎn)的發(fā)展方向和目標(biāo),大跨橋梁模板工程是其中一項(xiàng)重要而繁瑣的環(huán)節(jié),采用大跨整體化模板體系,最大限度發(fā)揮梁場(chǎng)的生產(chǎn)能力,變復(fù)雜的人工勞動(dòng)為簡(jiǎn)單的重復(fù)操作,從而有效地提高機(jī)械化作業(yè)水平,對(duì)進(jìn)一步提高橋梁施工現(xiàn)代化具有重要的意義。

1 概述

大跨橋梁整體模板,整體拆裝行走體系,整體旋轉(zhuǎn)拆裝體系安拆方式的研究是實(shí)現(xiàn)大跨橋梁整體模板技術(shù)的核心。

早期橋梁模板多為分塊式[1],按橋梁的橫隔板位置每 4m分為一扇,龍門吊拆裝作業(yè),拼縫多,勞動(dòng)效率低,外觀質(zhì)量差。

在秦沈客運(yùn)專線的單線整孔箱梁的施工中,我們首次進(jìn)行了整體化的模板體系的探索,通過設(shè)置于模板下部的可升降萬向輪配合導(dǎo)鏈整體安拆,實(shí)現(xiàn)了模板的整體化作業(yè),大大提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益[2,4]。

在京津城際鐵路梁場(chǎng)雙線整孔箱梁施工中,我們對(duì)整體模板體系進(jìn)行了進(jìn)一步探索,通過設(shè)置于模板與臺(tái)座間的旋轉(zhuǎn)鉸實(shí)現(xiàn)整體的拆裝作業(yè),以極少的人工完成拆裝作業(yè),收到了極高的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益,并正在被箱梁施工界推廣使用。

2 大跨橋梁整體模板技術(shù)

2.1 整體拆裝行走體系

秦沈客運(yùn)專線是我國(guó)首條設(shè)計(jì)時(shí)速 160km的客運(yùn)專線,橋梁設(shè)計(jì)首次大量采用單線并置式箱梁形式,跨度 24m單線整孔箱梁全長(zhǎng) 24.6m,橋面寬度 6.15m,梁高 2.0m,單榀自重 251 t,箱梁外側(cè)平直,中間不設(shè)橫隔板,根據(jù)這種情況我們?cè)O(shè)計(jì)了整體拆裝行走方式的整體模板體系,首次實(shí)現(xiàn)了模板的整體化作業(yè)。

整體拆裝行走方案外模采用整體有軌移動(dòng)模式,模板分塊加工,到現(xiàn)場(chǎng)后每側(cè)拼裝在一起作為一個(gè)整體,通過下部可升降走行萬向輪的升降、轉(zhuǎn)向及外力牽引來實(shí)現(xiàn)縱橫向移動(dòng);通過兩組 5 t倒鏈和可升降行走萬向輪的升降輔以對(duì)外模橫向拖拉實(shí)現(xiàn)立拆模(見圖1),是對(duì)大跨橋梁整體模板體系的首次成功探索。

模板支立時(shí),將外模下部可升降萬向走行輪升起使模板整體升高并使走行輪對(duì)正橫向鋼軌方向;將兩組 5 t倒鏈連接于外模兩端,另一端連接于外模另一側(cè)的鋼軌上,人工同步拉動(dòng)倒鏈?zhǔn)雇饽？拷啄?臨近底模側(cè)面時(shí),檢查外模的縱向位置,確認(rèn)合格后繼續(xù)拉動(dòng)外模靠攏底模側(cè)面。旋轉(zhuǎn)走行輪螺紋套筒使模板下部坐于下部支撐頂面,下部下拉桿孔穿入下拉桿并固定于底模側(cè)面槽鋼的下拉桿固定孔上,完成外模安裝作業(yè)。

梁體混凝土符合模板拆除條件時(shí),松除模板上下拉桿,先將端模拆除,旋轉(zhuǎn)模板下部之萬向輪固定套筒,使萬向輪升起,脫離橫向鋼軌頂面,拆除模板底部之支撐之元寶鐵墊,這時(shí)模板將僅靠與梁體混凝土的粘結(jié)力而附著于梁體表面,采用設(shè)于模板端部的倒鏈同步向外側(cè)拖拉模板,則模板脫離梁體表面,落于橫向鋼軌上,倒鏈繼續(xù)向外拉動(dòng)模板,當(dāng)萬向輪對(duì)正縱向鋼軌時(shí),旋動(dòng)萬向輪使之對(duì)正縱向鋼軌,以卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)整體模板至下一臺(tái)座進(jìn)行生產(chǎn)。萬向可升降行走輪大樣見圖2。

該模板體系將側(cè)模作為一個(gè)整體進(jìn)行安拆,杜絕了梁體表面多次分拆而造成的不良現(xiàn)象,有效地提高了生產(chǎn)效率,保證了梁體的制造質(zhì)量,這在國(guó)內(nèi)屬于首次使用并于 2001年獲得了天津市的科技進(jìn)步獎(jiǎng),被評(píng)審專家評(píng)價(jià)為“國(guó)際先進(jìn)水平,國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平”。

2.2 整體旋轉(zhuǎn)拆裝體系

京津城際客運(yùn)專線 32m雙線整孔箱梁全長(zhǎng) 32.6m,橋面寬度 13.4m,梁高 3.15m,單榀自重 856 t,是當(dāng)時(shí)鐵路橋梁界單榀尺度最大、重量最大的箱梁,設(shè)計(jì)腹板外側(cè)平順向外傾斜,我們對(duì)整體化模板進(jìn)行了更進(jìn)一步的探索,采用整體旋轉(zhuǎn)拆裝整體形式,更是大大提高了工作效率和自動(dòng)化程度。

整體旋轉(zhuǎn)拆裝方案模板,在生產(chǎn)臺(tái)座的側(cè)面設(shè)旋轉(zhuǎn)耳座,而在側(cè)模的底部相應(yīng)位置設(shè)置耳板,側(cè)模的耳板和臺(tái)座的座板銷接在一起。模板的外側(cè)底部設(shè)置可調(diào)托座。通過可調(diào)托座的升降使模板產(chǎn)生繞中心銷的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)模板的安拆作業(yè)(見圖3)。

支立模板時(shí),旋轉(zhuǎn)模板外側(cè)之可調(diào)托座,使之升高,此時(shí)模板整體將繞臺(tái)座與側(cè)模之間的鉸接銷旋轉(zhuǎn)向上靠攏,到達(dá)正確位置時(shí),連接端模,緊固上下拉桿,便完成模板的支立。拆除模板時(shí),先將端模拆除,松除拉桿,旋轉(zhuǎn)降低模板外側(cè)之可調(diào)托座,這樣模板即可靠自重繞臺(tái)座與側(cè)模之間的旋轉(zhuǎn)銷旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫模之目的。整體旋轉(zhuǎn)拆裝方案模板,模板安拆方便,側(cè)模作為一個(gè)整體使用,使制造質(zhì)量大大提高,極大地減少了人工勞動(dòng)數(shù)量和強(qiáng)度,工作效率也得到了很大的提高,此種方案以其低廉的投入和便捷的操作工藝正在被推廣應(yīng)用。

2.3 模板的設(shè)計(jì)計(jì)算

規(guī)范規(guī)定,模板需具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性;對(duì)于結(jié)構(gòu)表面外露的模板,其剛度限值為不大于 1/400;面板的變形限值為1.5mm[5]。在整體方案確定的基礎(chǔ)上,合理確定細(xì)部尺寸,使之具有較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度,是整體模板體系實(shí)現(xiàn)的又一關(guān)鍵。

橋梁模板體系的結(jié)構(gòu)模型需要根據(jù)模板體系的實(shí)際荷載傳遞途徑和形式而定,一般面板直接承受混凝土側(cè)壓力,可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支在縱肋上的單跨或多跨連續(xù)梁形式;縱肋承受面板傳遞的荷載,視為簡(jiǎn)支在豎向框架上的單跨或多跨連續(xù)梁,豎肋受到縱肋傳遞之壓力并通過設(shè)置于豎肋上部的上拉桿和下部的下拉桿形成整體的對(duì)拉結(jié)構(gòu),構(gòu)成整體的受力結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算,確定各細(xì)部尺寸。

3 結(jié)語(yǔ)

大跨橋梁整體模板的設(shè)計(jì)和采用是一個(gè)梁場(chǎng)的機(jī)械化程度和技術(shù)水平的集中體現(xiàn),而整體機(jī)械化拆裝體系的應(yīng)用是其發(fā)展的方向。結(jié)合具體的工程實(shí)踐,通過對(duì)整體方式和拆裝方式的研究,筆者成功地設(shè)計(jì)和應(yīng)用了可升降萬向輪整體體系和旋轉(zhuǎn)鉸整體體系兩種適用于大跨橋梁施工的模板體系,對(duì)實(shí)現(xiàn)模板的整體化作業(yè)和機(jī)械化、半機(jī)械化作業(yè)進(jìn)行了一些探索和研究,大大提高了生產(chǎn)效率,以這些成功的實(shí)踐為基礎(chǔ),探索設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理可行的整體模板體系,一定能夠不斷促進(jìn)我國(guó)橋梁制造事業(yè)的更大發(fā)展。

[1] TLEJGF-91-03,現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制 32m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁工法[S].

[2] TLEJGF-01?02-10,鐵路客運(yùn)專線 24m后張法單線箱梁現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制工法[S].

[3] 姚鎖平.客運(yùn)專線 32m后張法雙線整孔箱梁預(yù)制施工[J].山西建筑,2008,34(7):159-160.

[4] 李華冰.秦沈客運(yùn)專線 24m后張法單線箱梁預(yù)制施工技術(shù)[J].上海鐵道科技,2004(2):35-36.

[5] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].