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临洪河特大桥上承式移动模架现浇箱梁施工技术--邹晓峰

日期:2010年9月20日 11:28

  [摘 要]:主要介绍上承式移动模架的构造、施工特点、工作原理,模架施工中几个关键环节施工措施以及施工过程针对上乘式移动模架施工特点在混凝土浇筑、预应力张拉、线性控制方面应注意的一些问题,保证了模架施工质量。

  [关键词]:上承式移动模架;现浇箱梁;施工技术

  一、工程概况

  242省道临洪河特大桥起点位于赣榆县青口盐场南侧,终点位于东部城区,桥梁长度2.645km。该路线地处赣榆沿海滩涂区,穿越了大面积的海相沉积的淤泥、淤泥质粘土软土地段。软土厚度一般为8-16.5m,呈流塑-软塑状,饱和,压缩性大,强度低。

  临洪河特大桥19#~36#墩上部结构为等高度连续箱梁现浇施工。桥跨布置为:第五联(38+50+48)m,第六、七联均为5X48m,第八联为4X48m。单幅17跨,双幅共34跨。现浇预应力混凝土连续箱梁设计为双向预应力混凝土结构,采用单箱单室截面,纵坡为2.9%,箱梁顶面设2%的横坡。箱顶宽13.5m,底宽7m,梁高2.7m。设计采用移动模架施工方案进行现浇梁逐跨施工。

  二、SMZ1700上乘式移动模架构造、主要特点及工作原理

  2.1移动模架造桥机主要结构构造

  本移动模架造桥机分为承重主梁、导梁及横联、前中后支腿、挑梁和吊臂、外侧模板及底模、底模架及吊杆、外侧模架、拆装式内模、爬梯及走道结构、液压及电气系统等几部分,构成一个完整的承载结构体系。模架各分项构成如下:

  1、模架承重主梁为钢箱梁,上下行分:B1、B2、B3、B4、B5、B6及A1、A2、A3、A4、A5、A6各6节。每条承重钢箱梁间以高强螺栓连接。钢箱梁宽2200mm,高3200mm,单节最大重量为27t。下翼缘设2根80mm(宽)×50mm(高)轨道方钢,供整机纵移使用,腹板根部设有吊挂角钢及筋板,作为支腿吊挂的轨道。导梁由2×12m+1×6m的桁架梁组成,为辅助整机过孔的结构。导梁与钢箱梁之间均以高强螺栓及节点板连接,导梁间以销轴连接。导梁下弦焊有两根50mm高走道方钢,供整机纵移使用。横联为两侧钢箱梁及导梁间的连接桁架,通过横联,将钢箱梁及导梁组成一个整体框架,共同受力。

  2、模架前、中、后支腿是移动模架主梁的直接支承结构,前支腿支承于前墩墩项,是移动模架工作状态的前支点。前支腿整体为门式结构,由支腿立柱、支腿横梁、托辊轮箱、吊挂轮、液压系统等构成。移动模架工作时,竖向荷载通过钢箱梁牛腿依次传递至支承油缸、支腿横梁、支腿立柱、墩顶。中支腿在后跨已浇筑的混凝土箱梁顶面安装,是移动模架的中支点。中支腿在浇筑首跨时需在19#墩顶盖梁上设支腿立柱结构,中间跨及尾跨时无支腿立柱。其它结构与前支腿基本相同,通过钢垫块支承在混凝土箱梁顶面,垫块尺寸能满足箱梁混凝土局部承压要求。后支腿位于主梁尾部,由支撑千斤顶、分配梁、横移螺旋千斤顶、走行轮箱及轨道组成。后支腿只用于整机过孔作业工况。

  3、底外侧模架系统及吊杆:移动模架的模架系统包括底模架,侧模架,是箱梁混凝土的直接支撑体系。底模架由2片主桁架,3片连接桁架连接成整体,构成空间桁架结构。左右各设8组,每两组之间通过精制螺栓连接成整体,构成一个工作单元。外侧通过吊挂轮吊挂在侧模架的下弦杆上,内侧通过吊杆吊挂在钢箱梁内侧的牛腿上。侧模架有主桁架,连接桁架连接成整体,构成空间桁架结构共18组。吊杆采用直径为50mm的精轧螺纹钢筋,吊杆分节制造节间通过专用连接器连接。

  4、其它机构有:立柱、托辊轮箱、吊挂装置、支腿液压系统、挑梁、吊臂及轨道、和电气系统等。

  2.2主要特点及施工工作原理

  SMZ1700上乘式移动模架本移动模架造桥机主要特点就是模架的横向稳定性及抗扭性能较高,不用在钢箱梁外侧配重即可保证纵移过孔中在最大悬臂状态下横向稳定系数大于1.8。保证了过孔安全性。其施工工作原理是利用已浇筑箱梁顶面作为支腿的支撑点,并由上下行两根钢主梁支撑模板系统和施工荷载的重量,模架总长度约为桥梁跨径的2倍,以便于模架在各墩之间移动,模板系统与主梁连为一体,并沿中心一分为二,通过自带纵移机构实现主钢箱梁移动。就位后通过模架开启机构,进行底,侧模架的横移开启及闭合。模架通过挑梁、吊臂及吊杆悬挂在主钢箱梁底面,利用可调撑杆及吊杆调节模板预拱度。

  三、箱梁移动模架施工

  现浇箱梁采用移动模架施工,就模架本身而言,有移动模架拼装,预压,标高调整,运行4个重要环节。这几个环节是我们施工过程中的关键控制点。

  3.1移动模架支架法拼装及质量控制

  移动模架的拼装主要在于两侧钢主梁的拼装,由于钢主梁节点上高强螺栓数量较多,因此移动模架的拼装是一项工作量大,要求较高的工作。本移动模架采用临时支架法拼装。按照现场的施工顺序,安装施工过程如下:

  3.1.1 移动模架组装场地

  由于钢主梁拼装时,设计只允许地基在安装过程中出现最大10mm的均匀沉降,又鉴于连云港深厚软基的特点,因此移动模架安装区域地基处理采用3m厚片石换填,并分层碾压,碾压过程中应严格控制其沉降量,并在临时支架区域浇筑50cm厚C30钢筋混凝土;

  3.1.2 移动模架拼装支架

  移动模架拼装采用贝雷杆件支架,根据钢箱梁长度共设置6个贝雷拼装支架。该支架设计时充分考虑到钢主梁由于逐节安装,贝雷架受力不平衡时,两侧贝雷架立柱基础会产生不均匀沉降的影响,同时考虑吊装时的对位精度误差及控制线的测量误差,而专门设置了单根钢主梁竖向及横向的自调机构。通过梁端左右两只手动千斤顶可实现单根钢主梁端部标高+20~-10mm可调,及钢主梁本身的水平可调性。通过在梁底设置聚四氟乙烯板而实现单根主梁在横向的撬行调节,以保证整套模架的总装精度。

  3.1.3 钢主梁吊装

  钢主梁的吊装拼接是整个移动模架安装工艺的难点与重点。由于受现场基础、道路、场地等的制约,主梁的整体起吊安装不可能实现。只能采用逐节吊装就位对拼的方案。安装顺序:B1、B2、A1、1#横联、B3、A2、2#横联、B4、A3、3#横联、B5、A4、4#横联、A5、5#横联逐节吊装。B6、A6及B导梁、A导梁待第一跨施工完成后,整机过孔前进行。单节主梁吊装采用65吨及40吨履带吊抬吊。

  钢主梁拼装时应注意平面轴线位置控制,吊装第一节主梁时,应先定好其平面轴线位置,初步就位调整好标高后,再微调就位,剩下的各节主梁后端的平面轴线位置均以前一节主梁平面轴线位置为基础进行调整,各节主梁节段前端的平面轴线位置测量现场确定。在后一节主梁螺栓拧紧前,要复测前一节段主梁平面轴线有无变化,如有变化,一并调整。 同一条主梁的6节钢箱梁平面轴线要在同一条直线上,主梁节段之间连接要平顺。移动模架的2条主梁的平面轴线位置应平行不能出现偏移。安装过程中应全过程密切观测贝雷支架基础混凝土面的沉降并及时测量主梁挠度。

  3.2移动模架荷载预压试验

  堆载预压的作用:检验移动模架的安全性能以及通过模拟移动模架在混凝土梁施工时的加载过程来分析、验证移动模架主梁及其附属结构的弹性变形并消除其非弹性变形。通过其规律来指导移动模架施工中预拱度设置及混凝土分层浇筑顺序。

  等载预压的荷载=梁体自重(混凝土+钢材)+施工荷载+振动产生荷载,按现浇箱梁自重的120%进行预压。压载过程分段分级进行,具体压载细节如下:

  1、分级加载

  压载采用分级加载方式,即0→40%→80%→100%→120%→0%,在主箱梁上布置6个测点,在底模,翼模上各布置7个测点,进行扰度测量。每完成一级压载立即进行观测,在压载到120%达到24小时后,即可卸载,卸载后再测量一次,以确定模架弹性变形与非弹性变形。

  2、预压过程

  移动模架预压采用袋装沙土进行,完全模拟混凝土浇筑顺序(从跨中和悬臂端向墩顶浇筑)进行加载,并派专人对模架底模及主梁进行全过程观测,发现异常情况立即停止压载,待查明原因、对体系进行补强后方允许继续加载。

  在压载过程中对主梁及底模分段进行观测,并形成测量观测记录,每加载一级记录一次,待卸载完成后,再观测残余变形,从而确定出模架的弹性变形,为底模标高调整提供依据。本次通过预压48m跨,得出该模架安全性能良好,其弹性变形最大值为93mm,小于设计扰跨比L/480=100mm,符合要求。

  3.3模架底模板标高(预拱度)调整

  移动模架底模板标高(预拱度)调整直接关系到施工完毕后的混凝土箱梁线性是否满足设计要求,因此是关键控制点。应根据实际预压变形值和设计底标高进行底模标高的调整。移动模架底模标高调整应按下述公式计算:

  f实=f0+f1+f2-f3-f4+f5

  其中:

  f0:线路设计标高;

  f1:砼浇注后,主钢箱梁的弹性变形,由施工单位根据钢箱梁的参数计算和模架预压试验共同得出;

  f2:移动模架支撑系统的弹性与非弹性压缩变形;

  f3:预应力张拉对砼箱梁线型的影响,设计院提供参考数据;

  f4:现浇箱梁张拉压浆完毕后的箱梁的预拱度,设计院提供参考数据;

  f5:正常跨施工时悬臂端后吊点下挠度由设计院提供。

  上述因素确定后,底模标高调整通过可调撑杆及吊杆调节实现,吊杆调节采用穿心式千斤顶顶升进行。

  3.4移动模架施工

  3.4.1移动模架开模

  现浇箱梁纵横向预应力筋张拉结束后即可进行开模,工作过程如下:

  整机下落:启动前中支腿千斤顶向上顶升1cm 后,将千斤顶的机械锁定摘除,整机下落15cm,拆除竖向吊杆。下落时要保证两侧油缸对称均衡落梁,分2cm梯度依次下落,并用抱箍作为预备保险装置。

  底、侧模架开启:由于底、侧模架采用分段桁架式结构。因此开模也采用分段开模形式,底、侧模架开启采用YDC60型千斤顶,内穿钢绞线,钢绞线端部采用挤P锚,在侧模架底口槽钢端部用钢板焊接着力点,将钢绞线P锚侧穿入着力点,千斤顶带动钢绞线顶推底、侧模架滑轮使模架开启。开模时先开左半幅再开右半幅。

  3.4.2移动模架过孔

  开模完成后即进行移动模架过孔施工,由于移动模架过孔经历多次单悬臂—双悬臂受力体系的转换,此时移动模架抗倾覆稳定性尤为重要,因此过孔应严格按设计施工步骤进行,以48m为例,其施工步骤如下:

  1、前后支腿油缸伸出与桥面顶紧,中支腿油缸收回脱空并吊挂前移38.05米,到指定位置。

  2、后支腿及前支腿支撑油缸收回脱空,整机下降0.2米至托辊轮箱上。

  3、底模及吊臂分别横移开启并临时锁定,启动模架纵移机构,整机前移10.05米。

  4、中后支腿油缸伸出,与主梁底面转换支点顶紧,前支腿脱空。

  5、前支腿吊挂前移48米至下一孔墩顶安装,中后支腿油缸收回,整机下落,启动模架纵移机构,整机前移33.3米。

  6、前后支腿油缸伸出与主梁底面转换支点顶紧,中支腿脱空,中支腿吊挂前移9.95米。

  7、前后支腿油缸收回,整机下落,启动模架纵移机构,整机前移4.65米,整机纵移到位。

  四、上承式移动模架施工的几个控制点

  4.1 移动模架施工的风力限制条件

  在施工过程中为了保证移动模架的使用安全,在不同状态下有相应的风力限制条件:

  模架处于开模状态,尤其在纵移过孔时,风力应限制在5级以内且各构件应处于锁定牢固状态。

  模架处于合模状态或在浇筑混凝土时,风力应限制在8级以内。

  4.2 箱梁混凝土浇筑原则,顺序和注意事项

  由于每孔箱梁的施工接缝都在外悬臂0.2 L 附近。浇筑箱梁时移动模架钢主梁支撑系统为受力明确的单悬臂简支梁体系,根据这一特点,为了保证模架受力更加安全,合理,并结合实际预压过程中扰度变化规律,箱梁混凝土浇筑的纵向顺序为从跨中及悬臂端向墩顶浇筑。浇筑过程中应保证左右两侧腹板及翼缘混凝土对称下料,偏载不大于5%。同时在浇筑过程中由于主钢箱梁和底模架变形不协调(吊杆不均匀受力原因形成),造成远端部分吊杆松脱,应有专人及时拧紧吊杆螺母。

  4.3 混凝土错台控制

  原混凝土错台控制措施是在悬臂端施加反向压力以通过下压混凝土桥梁上顶横梁主梁的方式来改善施工错台情况。根据以往使用情况,实际效果并不理想。本工程借鉴挂篮悬浇后锚固原理,在距现浇悬臂端15㎝处顶板增设反吊梁,在反吊梁上设置8个后锚,直接反吊底模下横梁(底板4个,翼板每侧各2个),采取主动控制措施。经运用实际错台控制在0.5㎝以下。

  4.4 预应力张拉控制

  常规的现浇梁张拉前侧模和翼板模基本拆除,混凝土箱梁只落在底模上。而移动模架施工为整体开模和合模,不可能拆除,因而加大了与混凝土梁的接触面积,张拉过程中会有部分力传给模架,而造成预应力损失。解决的办法就是模架过孔后对预应力采取补张拉措施。

  4.5 现浇梁簿弱截面张拉后防裂控制

  常规的支架现浇梁张拉后能自由变形,而移动模架本身预拱度设置较大,又由于移动模架主梁弹性较大,箱梁张拉起拱后移动模架主梁随箱梁一起反弹,此时混凝土梁受到底模,侧模,翼板模制约,阻碍了梁体纵向自由变形。因而极易造成梁体簿弱截面(端横梁人孔处,悬挑10米开口处)产生裂缝。解决办法就是根据实际受力情况,在这些簿弱截面处根据实际工况经设计院验算,在原设计基础上再增加截面配筋以加强该截面的抗裂能力。

  4.6 移动模架施工混凝土梁线形控制

  移动模架在混凝土浇注过程中会使钢箱梁等主要支撑构件发生变形下挠,所以需要预先根据移动模架整机支撑系统的刚度,计算预估在各种不同工况下的下挠值,以便在调整模架浇注混凝土前提前设置反拱度以使成桥状态接近设计状态。移动模架实际施工前应跟设计单位充分交流,就线型控制的因素适当有条件的取舍,制定移动模架标高控制方案。实际施工过程中,首孔标高一般采用预压观测结果进行设置,在首孔施工过程中应详细测量其沉降变形,结束后根据预压观测结果和已浇梁跨实际下扰度进行修正,以设置第二孔箱梁预拱度,在第二孔箱梁浇筑过程中继续校核,直至掌握合理预拱值度,以达到标准化施工要求。

  五、结语

  临洪河特大桥大跨径预应力混凝土连续箱梁施工采用上承式移动模架施工,通过施工过程中采取的一些控制措施,保证了施工质量,缩短了施工周期,确保了施工安全,取得了良好的效应。但施工中某些方面仍不很完善,如模架预拱度调整较繁琐,需要我们在实践中不断摸索,使得上承式移动模架施工质量控制在实践中不断得到提高。

  参考文献:

  1)临洪河特大桥施工组织设计

  2)公路施工手册《桥涵》

  Construction Through Forom on Traveler for Lin hong he Bridges

  Abstract: The main introduction deck type moves pould frame’s structure, the construction characteristic, the principle of work,Construction in several key construction measures, as well as construction process for superior-construction features in concrete, stretching, linear control problems, ensuring the quality of construction。

  Key words:form on traveler;construction

所属类别: 技术论文

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