淺析移動模架在特大橋擴建施工中的應用

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.陜西鐵路工程職業技術學院，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得到廣泛應用，是一種較為先進的施工工法[1]。西安市臨潼區行北渭河特大橋與已建成通車的行北公路特大橋并排，承擔渭河南北兩岸樞紐交通的重擔，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境較為復雜，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西北方向，跨渭河鏈接南岸的臨潼新區與北岸的“西安渭北工業園區臨潼現代工業組團”，與已建成通車的行北公路特大橋并排，承擔渭河南北兩岸樞紐交通的重擔。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預應力混凝土等截面單箱雙室連續剛構，梁高3.35m,頂板寬17m，底板寬11m，翼緣懸臂長3m，頂板厚28cm；箱梁底板橫向布設橫坡，頂板設雙向2%橫坡。各聯中間墩和箱梁固結，采用縱向預應力體系。在端支點處設200cm寬的橫梁，在中支點處設250cm的橫梁。下部采用直徑2.0m圓形橋墩，2.5m厚低柱承臺。

2 移動模架的主要構件組成與拼裝

2.1 移動模架的主要構件組成

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，借此實現該橋箱梁混凝土原位現澆。移動模架系統主要包括以下部分。

（1）牛腿。牛腿作為移動模架的橫梁結構，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。整個系統通過三向液壓系統，實現主梁沿橫橋向、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節組成，節間采用高強螺栓連接，其各節段重41～61t不等。鼻梁采用桁架式結構，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，節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的焊接箱形結構，處于同一斷面上的一對橫梁采用銷子連接。底模板和側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模板橫梁橫橋向滑動和豎向調整。

（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：在每一聯的第二孔及以后各孔澆筑時，利用吊桿將移動模架系統后端主梁吊起，將主梁及外模板系統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備橫向傾覆的平衡結構。C型鋼梁是一套連接于前后兩端鋼箱梁左右兩側的半環鋼桁架，其主要功能是防止移動模架開模后的橫向不穩定。

（5）外模和內模。外模采用鋼板，按混凝土箱梁的外形尺寸，經機械加工、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、側板及翼板采用鋼板，翼緣板及側模、底板縱肋采用不同型號的型鋼，通過焊接連接成整體。內模具系統使用小型鋼模板，便于手工拆卸，由桁架內模具支撐，利用混凝土養護和張拉的時間，拆除內部模具，預先進行分段組裝，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設標高再平整碾壓，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。

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接，裝配完成后要經過仔細全面地檢驗，確保其安全和可靠才能進行上結構的施工，移動模架牛腿、鋼梁、外模必須按廠方設計要求和工程師的指導意見進行對號入座拼裝，在每個環節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構，在安裝牛腿系統時，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，應首先將一根橫梁的一側用臨時拉桿固定，接著將其另一側的牛腿梁進行吊起。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，從而確保可移動模支架的支承部位。推進平車安裝前，先檢查支撐架頂標高和平整度，放出推進平車在橫移軌道上的位置，用油漆標出，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，然后根據橋面的軸向進行調節，最終鋪設底板、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，側模40塊。在底模安裝完畢后，將其標尺放置在側面模具的位置，從大樁編號至小樁編號，分別進行側模板和螺桿式的裝配。底板鋼筋綁扎完成后，開始內模的安裝，內模在攪拌站首次試拼，拼裝到位后，按每節5～8m的速度運送至現澆梁，直接吊裝至設計位置。在安裝內模時，通過調整支撐在底模上的支墊來保證保護層的厚度。

3 移動模架預壓

在移動模架組裝完畢后，要進行預壓，以消除構件的非彈性變形，測量活動模架各個部位的變形，并與理論計算結果進行比較，從而設定施工預拱度，檢查橋墩支座的承載力，檢驗模架體系的承載力[6-8]。

3.1 預壓方案及預壓方法

根據設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，分級加載嚴格按照預先制定的方案和程序進行。先用砂袋封堵箱梁兩端，按箱梁截面預壓堆載分為3個區段，1區和3區堆載鋼筋，2區注水，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（如圖2所示）。

圖2 箱梁預壓示意圖

3.2 堆載過程

將2.8m高的側板用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。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。在荷載達到80%～105%的情況下，應在裝載過程中進行觀測，如果出現異常，應及時停止裝載，并進行原因分析，并在處理后將其裝載到設計噸位。

圖3 模架預壓示意圖（加載60%）

圖4 模架預壓示意圖（加載80%）

3.3 變形觀測及觀測點布置

預壓工程分為60%、80%、105%3個階段，每次加載完畢后，應在規定的載荷下暫停一段時間，并在48h內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。在負載達到80%～105%的情況下，應在裝載過程中進行觀測，如果出現不正常現象，應及時停止裝載，并進行原因分析，并在處理后裝入到設計噸位。造橋機主梁、模板及墩旁支架的沉降和位移均小于3mm，可認為整體結構達到設計要求，這時可進行卸荷。

在每個梁柱相應的部位設置1個測量點，共計42個。在各橫桿下端的支承部位各設置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、機翼模具各橫向構件的連接處和端部設置測量點，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。每一次觀測時，應測量并記錄以上各測點的標高，并保留原始資料，以便復查。該方法的測量精度與讀數的偏差可達±1mm。利用三級水準觀測法對整個壓載過程中各個測點的標高、位移變化進行了觀察，并對資料進行分析、整理，得到了相應的控制標高和預拱度的數值。

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整。同時，對模板和側模的支承進行檢查，觀察有無變形。在此基礎上，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拱度。

3.5 預拱度設置

利用預壓方法[9]，獲得了可移動模架的工作參數，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的測量及動態監控。在完成移動模具框架后，可以對高度和中心線進行調節。模板的控制標高=設計高度+施工預留拱度，設計標高由設計院提供，在此基礎上，根據設備廠提出的理論預留拱度，并與現場移動模架試驗及已完成箱梁的實際測量指標等因素相結合，確定了施工預留拱度。每一階段的標高控制由三個主要工作條件組成：在澆筑之前的定位、澆筑后的標高、預應力張拉后的標高。經過全面的分析，確定了合理的預拱度，保證了箱梁縱斷面的平滑和美觀，滿足了設計的需要。對前一段的箱梁進行監控，并作好記錄。根據預拱度和實測箱梁脫架后實測標高，動態調整并控制預拱度。

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，由兩側腹板下料，再由下料口下料，以完成底板的混凝土澆筑。內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左右預留一個下料口，在底板澆筑完成后，應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，在縱向上設置圓形鋼軌，以實現對基板標高的精確控制。

在腹板部位，預應力管線分布密集，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、波紋管和其它的預制件發生碰撞。混凝土的振搗必須是致密的，不能有漏振、欠振和過振現象。在底板混凝土振搗時，由人工從預留的人孔進入箱室進行振搗和收起；如果有多余的混凝土，應立即清理。

5 結束語

移動模架在西安市臨潼區行北渭河特大橋擴建工程施工中的應用，實現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，嚴格檢查各設備零部件，確保移動模架安裝準確可靠，同時，安裝完成后嚴格按照模架預載設計進行加載，并且做好加載過程中模架的變形監測。通過實際應用證明，移動模架具有施工機械化程度高，施工受環境因素影響小等特點。