厦深铁路钱东特大桥 MZ32下行式移动模架制梁施工技术

石东东

(中铁十一局集团第一工程有限公司,湖北襄樊 441001)

1 概述

厦深铁路钱东双线特大桥全长1831.716m,全桥共有移动模架制梁 37孔,梁长均为 32.6m,桥墩高度平均在 18～23m,部分桥墩位于鱼塘和房屋中。箱梁计算跨度为 31.1m,梁宽为 12.2m,高 3.0m,质量 776 t,桥上线路按双线配置,线间距为 4.6m,支座中心距为 4.7m,根据方案比选并结合工期要求,引进 MZ32下行式移动模架进行原位制梁施工。

移动模架是一种能够实现原位制梁,自行脱模并逐孔推进的制梁专用设备。它像一座可移动的“桥梁预制厂”,逐孔施工,原位绑扎钢筋并浇筑混凝土。移动模架可分为上行式和下行式两种。下行式移动模架最早诞生与 1959年,1969年德国 PZ公司在阿姆辛克(Amsinck)大桥使用后定型,传统的下行式移动模架具有结构受力明确,上部作业空间大等优点。不足之处在于,支撑系统位于主箱梁下部,不方便拆装,倒腿增加了难度,还需要在原有墩身上开孔等不便之处。与预制梁场相比,减少了一次性的投入,模架特别适用于软基、深谷、水中等复杂地质条件的多孔等跨度桥梁施工,特别是在由于地形限制,交通不便利,没有足够场地建设预制梁厂的山丘地区,采用移动模架施工是比较经济的。为节省耕地、保护环境,并满足客运专线铁路沉降的要求,我国铁路越来越多采取以桥代路的高架桥形式,高架桥的特点是桥长跨多,且多为等跨布置,并以 32m跨梁居多。为提高桥梁的施工速度,增加作业面,移动模架原位制梁技术在我国高速铁路和客运专线建设中得到了广泛的应用。我单位采用MZ32下行式移动模架在厦深铁路钱东双线特大桥制梁 37孔,取得了较好的经济效益和社会效益。

2 MZ32移动模架构造及功能

MZ32移动模架按系统分为:主支承结构系统、外模板系统、内模系统、位移系统(含液压)及吊(悬)挂系统。

按组成自下而上分为:墩旁托架总成、支承机构及支承台车、主框架总成、导梁、前后吊梁、模板及其支撑、安全装置、梯子及施工平台。

2.1 主箱梁

模板两侧各有 1根主箱梁,每根由 5节钢箱梁组成,它是整个模架的承力结构,主箱梁要满足强度和刚度的要求,主箱梁之间用连接板连接,连接板上用高强度连接螺栓,连接螺栓在使用前,要对其扭矩等系数做检验,合格以后才能使用,一批连接螺栓只能使用 1次,不能重复利用,主箱梁两侧穿有梳形梁及活动门的预留孔,主箱梁下方安装模架过孔时纵移轨道。

2.2 导梁

导梁分为前导梁和后导梁,根据以往施工经验,一般等浇筑完第一孔箱梁,安装前、后导梁,导梁为三角形桁架,与主箱梁通过高强螺栓连接。

2.3 梳形梁

梳形梁设在两根主箱梁之间,是由 14b为上下弦杆或工字钢组拼成的空间桁架,在跨中一分为二,它可在水平开模油缸的推动下,在主箱梁内张开、合龙,实现模板的开合,注意在上模板前,要调整梳形梁下方的螺旋千斤顶。

2.4 活动门杆

分别穿入箱梁内,是由 φ273mm×12mm的无缝钢管组成,分为上下 2层,前后各 2道,共 4道。它是模架前移过孔时的临时平衡系统,防止模架倾覆。在模架前移过程中根据移动距离,分别先后打开和合上,活门门杆打开和合上通过电动葫芦作为动力装置。

2.5 墩旁托架

托架(牛腿)是由 1根水平钢梁和 2根斜撑组成的三角形空间结构,托架的下支点直接进入墩身内,它与桥墩墩身通过精轧螺纹钢紧贴一起,托架与墩身之间加垫一块 40mm厚氯丁橡胶,以保护模架过孔时,墩身处混凝土不受损坏。托架的作用是把制梁或者过孔时承受的重力传递给墩身,实现力的转换。

2.6 推进小车和液压系统

支承台车包括支承架、支承滑板、承重机构、纵横移油缸及顶升油缸等,能完成造桥机高程的调整、曲线调整及其纵横移等各种动作。托架上部有挂轮,挂于主箱梁上,实现自己倒运牛腿。

2.7 C形梁(扁担梁)

是整个模架力系转换的关键,它通过吊挂整个主箱梁支承整个模架系统。

2.8 模板及平台走道系统

模板可分为外膜、内模、端头模板、及其他一些小模板。外模通过调节丝杆安装在梳行梁上,通过控制丝杆完成底模板的高程控制,腹板模板和翼缘板模板通过丝杆支撑在主箱梁上,每次浇筑混凝土前要检查翼缘板模板,并通过丝杆控制其高程。内模是与整套移动模架分离的系统,绑扎完底板钢筋以后安装内模,内模安装在箱梁腹腔内。

2.9 平台及走行系统

整套模架拼装完毕,在翼缘板两侧设置防护网,做好安全防护措施。

3 前期准备

3.1 物质储备

钢筋、钢绞线、锚具(工作锚、工具锚、锚盘、工作夹片、工具夹片、石蜡等)、波纹管(包括连接套管)、预埋件(接地端子、防落梁、PVC管等)、桥梁伸缩缝、支座灌浆料、脱模剂、施工用水、孔道压浆剂、水泥、砂子、碎石、粉煤灰、外加剂等。

3.2 设备配置

南方路基 HZS-120型搅拌站 1座、罐车 4辆、汽车泵 1台 、地泵 1台、备用 150kW发电机 2台 、25t吊车1辆、50t吊车 2辆、预应力张拉千斤顶 4台,张拉油泵4台、压浆搅拌机 1台,压浆泵 1台、平板车 1辆、梁面倒运钢筋小斗车 3辆。

3.3 技术准备

编制施工组织设计、移动模架拼装及拆卸方案、液压同步提升方案、预压方案、对箱梁施工的支座安装、钢筋下料、制作与安装及内模安装、混凝土施工、养护、预应力张拉压浆及模架过孔一整套思路制定详细的作业指导书,并对有关操作人员进行岗前安全、技术培训。

3.4 劳力组织

机械工程师 2人、电工 2人、液压电器操作 10人、观察模架行走 4人、指挥 1人、钢筋工 25人、电焊工 10人、混凝土工 18人、专职张拉人员 8人。

4 模架安装

模架安装前首先要熟悉图纸,对图纸上标示的模架零件进行分解,熟悉模架自身的尺寸关系,各种零件的尺寸。再联系实际熟悉模架各个构件与墩身的关系,与梁体的关系,熟悉了这些关系后制定一套详细的模架拼装方案。

由于 MZ32移动模架整机质量约为 500t,模架拼装完成一般难以整体吊动,通常情况下,模架安装分为桥墩原位支架法和液压同步提升安装两种方法,针对MZ32实际操作经验对这 2种方法做简单介绍。

4.1 桥墩原位支架法

由于钱东双线特大桥部分墩身较矮,在进行方案比选时选定在第10孔梁处进行拼装,需用桥墩原位支架法,模拟移动模架制梁状态,编制施工作业指导书,在第10孔处硬化 1块 80m×30m的拼装场地,吊装9号墩位置牛腿,分别在桥梁两侧设置混凝土安装平台,由于每边有 5节主箱梁,每节主箱梁下要设置 1个临时支墩,根据墩身的宽度设定临时支墩的间距,梁两侧临时支墩中心间距为 11m,控制好高程,浇筑 C20混凝土,由于进行第9孔梁施工时,主箱梁要在支墩上滑行,所以支墩顶面要设置 1层钢筋网片,防止模架向前滑行时,临时支墩被压坏,主箱梁底下有轨道,需提前在临时支墩上预留槽口。待临时支墩混凝土强度满足要求后,用吊车将每根主箱梁的 5节钢梁依次吊放在安装临时支墩上,用高强螺栓将主箱梁连接,然后依次安装梳形梁,梳形梁用钢销连接,调整到位。在梳形梁上计算好钢支撑高度,然后吊装底模,调整到制梁状态,设置好预拱度,吊车吊放腹板模板和翼缘板模板,之后安装平台走道等附属设施,穿好后活动门杆,由于10号墩碍事,后 4根活动门杆先不用法兰盘连接,安装前导梁,后导梁安装要等施工完第10孔,模架前移以后才可以有空间安装,后扁担梁等施工完混凝土箱梁以后安装在梁面上与主箱梁连接,此时,模架拼装基本完成。待第10孔梁施工完毕,张拉压浆结束,安装后扁担梁,通过 9号墩牛腿上动力系统,开模,模架前移,在临时支墩上面垫滚杠。把另外一对牛腿安装在8号墩上,等前导梁越过前墩,安装好前扁担梁,穿好后活动门杆,连接牢固,逐孔施工,施工到第8孔时,由于墩身高度只有 7m,墩身无法预留牛腿孔,结合模架自身特点,模拟模架在第8孔位置施工状态,算好箱梁底高程及托架横向工字钢刚度,设计 1套临时支墩代替原来的牛腿,由于牛腿各部分是通过法兰和连接螺栓连接而成的,对牛腿进行拆分,搭好临时支墩,使牛腿上半部分安装在临时支墩上,加固牢靠。到第2孔施工完毕,同理设计临时支墩,待浇筑完最后一孔梁,拆卸模架,并倒运至钱东双线特大桥第38孔进行同步整体提升安装。移动模架拆卸临时支墩布置见图1。

图1 MZ32移动模架(安装)拆卸临时支墩布置示意(单位:cm)

4.2 液压同步整体提升法

由于钱东桥桥墩普遍比较高,结合业主对工期要求和经济技术比选,采用液压同步整体提升的方案,同理平整一块 80m×30m的场地,每侧各制作 8个临时支墩,依次拼装 5节主箱梁、底模、侧模、翼缘板模板,之后安装平台走道等附属设施、安装模架前后导梁,此时模架拼装基本完成。此次提升质量约为 500t,需在两墩墩顶各设置 1根提升扁担梁,并将其锚固在支撑垫石上,墩身提前预埋 8根精轧螺纹钢,与提升扁担梁锚固在一起,每根提升扁担梁两端各设置 1台液压千斤顶,每台千斤顶通过提升吊杆与模架吊点连接,通过多次顶升液压千斤顶来实现模架的整体提升和就位,利用 2台 50t吊车依次吊装 4个墩旁托架,使下支点直接进入墩身两侧的预留孔内,托架用精轧螺纹钢连接,张拉使托架抱箍在墩身两侧。在牛腿上安装小车和液压系统,每个推进小车设有纵向和横向油缸。推进小车安装完毕以后,将其液压油缸与主箱梁连接,通过墩顶扁担梁上的液压提升千斤顶回油,使模架整体下落至小车上,此时模架全部质量在 4个墩旁托架上面,调节丝杆使高程和预拱度达到制梁要求。在梁体施工完毕以后安装后扁担梁,在过孔前安装前扁担梁。

5 模架预压

为确保箱梁现浇施工安全,模架在首次使用前要进行预压,以消除其非弹性变形,并取得在其模拟荷载下的弹性变形,模架在预压前要进行一次全面的检查,根据模架设计的要求在底模板和主箱梁上设置位移观测点,模架的预压荷载根据规范要求,经监理监督为箱梁荷载的 120%,预压总荷载为9000kN,为节省施工时间,并达到良好的预压效果,荷载为提前预制好的混凝土块,尺寸为 1m×0.9m×0.6m。荷载分布情况:两端1800kN、两腹板 2880kN、翼缘板1680kN、腹腔2640kN。分为 4次加载,0→50%加载完毕 1h以后观测、50%→80%加载完毕 1h以后观测、80%→100%加载完毕 1h以后观测、100%→120%加载完毕以后每 4h测量 1次,直到确认模架稳定,变形速率小于0.25mm/h以后才可以卸载,每级卸载同加载。卸载完毕以后,机械工程师和厂家技术负责人对模架所有构件进行全面检查,并记录检查情况,如有变形、开裂损伤,要及时找出原因,并更换损坏部件。

6 模架探伤

由于模架自出厂之日起,存在不同程度的疲劳焊缝,MZ32移动模架已预压完毕,为确保模架在后续的工作中安全施工,需要对模架主要构件的焊缝进行探伤检测,对模架受力构件疲劳损伤进行评价,检测构件有主箱梁、牛腿、前后扁担梁、吊杆。检测方法为超声波检测和磁力检测,超声波检测需打磨掉焊缝两侧 8 mm油漆、污渍,磁力检测需打磨掉焊缝两侧 8mm油漆、污渍,且不得损伤,打磨工具为 φ100mm的电动钢丝或百叶刷,不得使用打磨砂轮。打磨完毕经检测单位检查之后开始探伤检测。

7 箱梁施工

箱梁施工主要分为箱梁外模调整、支座安装、底板和腹板钢筋绑扎、预应力孔道安装、钢绞线穿束、内模安装、顶板和翼缘板钢筋绑扎、预埋件安装、箱梁混凝土浇筑、养生、张拉压浆等步骤。

箱梁外模调整是通过调节丝杠,使底模板、腹板和翼缘板达到浇筑混凝土的状态,并按要求设置预拱度,模板调整完毕灌注支座砂浆。箱梁底板和腹板钢筋绑扎的同时,进行预应力孔道的安装,预应力孔道安装前,根据图纸定位坐标系,制作一套定位网片,对波纹管定位,安装预应力孔道。箱梁内模的安装主要由液压内模小车完成,箱梁内模可以分为标准节和非标准节两种,在已绑扎完毕的底板钢筋上架设好行走轨道,由小车从上一孔施工完毕的箱梁腹腔内卸除箱梁内模,并通过行走轨道运至指定地方并安装。箱梁的混凝土自下而上、由两端到中间、水平分层、斜向分段对称进行浇筑,浇筑完顶板混凝土以后,采用悬挂式混凝土整平机进行压光收面,混凝土初凝后进行二次收面,覆盖塑料布洒水养护。箱梁预应力张拉在混凝土龄期和弹性模量都合格的情况下进行,采用液压穿心式千斤顶张拉,张拉力对称均衡,张拉控制遵循以张拉力为主,伸长值作为校核的“双控”原则。

8 模架过孔

移动模架过孔在箱梁张拉完成以后进行,首先解除外模所有约束,落下外模,并解除底模及梳形梁的中间连接钢销,之后将模架梳形梁向两侧横移,打开模架。在箱梁的后端安装后扁担梁,铺设好行走轨道,安装吊杆,悬挂模架承载,安装好中扁担梁,支撑在墩上,解除前后墩旁托架精轧螺纹钢,前牛腿前移,后牛腿移到前牛腿位置并安装,穿好精轧螺纹钢,完成力的转换,模架前移直至前导梁越过前面桥墩,安装前扁担梁,支撑受力。倒运前牛腿,穿精轧螺纹钢并张拉,前牛腿抱箍在墩身上。模架移动过程中先解开 1号、3号活动门杆,直至越过墩身合上 1号、3号活动门杆,当靠近前墩身时,解开 2号、4号活动门杆,越过墩身时,合上 2号、4号活动门杆,模架行走到位,合龙梳形梁,穿好销子。顶升并调整外模高程,重新进行下一循环的箱梁施工,当所有箱梁施工完毕以后,移动模架解体,移动模架拆卸时和拼装的时候一样需要设置 2排临时支墩。然后依次拆卸移动模架各种杆件。

9 结语

采用移动模架制铁路双线预应力简支箱梁需要不断总结提升,积累经验,掌握移动模架制梁施工的特点,并不断优化施工工艺,提高制梁质量和进度。厦深铁路MZ32移动模架的成功制梁施工,是对下行式移动模架施工的有益实践和探索,取得了丰富的施工经验,在新一轮的施工中可少走弯路。期待移动模架会在更多的铁路桥梁施工中安全、优质、高速地去完成更多的制梁任务。

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