移动模架施工桥梁安全分析

刘 炎

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡 214072）

1 概述

移动模架造桥机技术是当今最主要的建桥方法之一。它以钢桁架或钢箱梁为主要承重结构，是一种自带模板、利用模架梁支承模板、通过自身动力系统进行移位、对混凝土桥梁进行逐孔原位现场浇注的先进工程设备。该系统具有周转次数多，施工周期短，施工安全可靠，现场文明简洁，不受场地限制，不需要中断桥下交通等特点，在深沟峡谷、场地狭窄等恶劣条件下施工具有很强的竞争力。

G045线果子沟大桥山坡展线桥为预应力混凝土连续箱梁特大桥，桥跨布置为[6×（4×40）+3×40+3×38]m，全长1194 m。桥址处于天山腹地，山岭重丘区，地形起伏大。经过经济技术对比，该桥采用移动模架技术施工。其施工步骤如下：

（1）首先，移动模架安装完毕后，在中墩和后墩墩顶分别设置一个提升架，整体提升移动模架到制梁位。由于提升点偏位，以及对孔偏差等的影响，使得墩顶有一定的水平力。

（2）其次，进行上部箱梁浇注。在浇注过程当中，理论上对桥墩不会产生水平力。从实际情况分析，在浇注前，仅模架自重作用在千斤顶上；开始浇注后，随着混凝土的不断浇注，上部重量逐渐增加，下滑力增大，千斤顶顶面对模架主梁的静摩擦力也随之调整增大。由于混凝土重量增加速度较快，在静摩擦力调整时，可能会出现微小滑动，对墩顶产生水平力。另外，浇注过程中泵管的振动也可能造成桥墩的偏位。

（3）最后，在托架和箱梁的支撑下，移动模架向前平移一孔，进行下一个循环的施工。移动过程中，不断重复的顶推力将对墩顶产生水平力。

由于各施工阶段产生的墩顶水平力将影响到下部墩身、桩基的安全问题，所以本文对以下三个施工阶段进行分析计算：

（1）移动模架提升；

（2）上部箱梁浇注；

（3）移动模架平移。

2 移动模架提升

根据施工单位提供的模架提升方法，提升共分为水平提升和倾斜提升两个主要步骤（见图1、图2）。模架提升过程中，共设中墩和后墩两部提升架。后支点的两个提升吊点在墩中心线两侧，且偏心距离相同，因此仅对中墩（27号墩）进行计算。

图1 模架水平提升示意图（单位：m）

图2 模架倾斜提升示意图（单位：m）

2.1 墩顶偏位计算

2.1.1 步骤一：水平提升

墩身纵向刚度为：K1=81310 kN

墩顶位移：

27号墩反力:2001+1720=3721（kN）

当模架水平提升到28号墩墩顶时，考虑正负1 cm的对孔偏差。

吊索计算长度：L=4.961 m

墩身纵向刚度：K2=2049 kN/m

墩顶最小位移：u2=F1/K2=-0.0037（m）

最大位移：u3=F2/K2=0.0037（m）

水平提升至墩顶，墩顶的最小位移为：

0.0148-0.0037=0.0112（m）

最大位移为：0.0148+0.0037=0.0185（m）

2.1.2 步骤二：倾斜提升

当模架水平提升到28号墩墩顶后，28号墩顶模架不动，27号墩顶模架绕28号墩顶处旋转，考虑正负1 cm的对孔道偏差。

吊索计算长度：L=3.7 m

墩顶最小位移：u4=F4/K2=0.0049（m）

最大位移：u5=F5/K2=0.0147（m）

倾斜提升至27墩顶，墩顶的最小位移为：

0.0152 +0.0049=0.0201（m）

最大位移为：0.0152+0.0147=0.0299（m）

表1为27号墩计算结果汇总表。

表1 27号墩计算结果汇总表

2.2 安全性验算（见表2）

表2 27号墩安全性验算表

由表2可知，在移动模架提升阶段，桥墩为小偏心受压状态，桩基承载力的安全系数较大，满足设计要求，结构安全。

3 上部箱梁浇注

箱梁混凝土一次浇注完成，水平浇筑顺序为：先浇筑悬臂端（Y27#墩），由悬臂端开始沿顺桥向拆接泵管逐层浇筑混凝土。竖向浇注混凝土顺序：底板→腹板、横隔板→顶板（翼板）。浇注示意图如图3所示。

图3 右幅箱梁浇注示意图

因为曲率半径比较大，所以不考虑曲线的影响，根据箱梁浇注示意图建立分析简图如图4所示。

图4 右幅箱梁浇注计算简图

取主梁为脱离体，计算示意图如图5所示。在箱梁浇注阶段中，整个模架由四个600 t的千斤顶支撑，千斤顶端部为球铰，因此千斤顶顶面与模架主梁底面的接触面是倾斜的。

图5 主梁受力示意图

两墩受力如图6所示，其水平力平衡方程如下：

N1sinθ=f1cosθ

N2sinθ=f2cosθ

图6 墩受力示意图

因此，在箱梁浇注阶段，由于千斤顶顶面与主梁底的静摩擦力的支撑，虽然模架有下滑的趋势，理论上对桥墩不会产生水平力。从实际情况分析，在浇注前，仅模架自重作用在千斤顶上；开始浇注后，随着混凝土的不断浇注，上部重量逐渐增加，下滑力增大，千斤顶顶面对模架主梁的静摩擦力也随之调整增大。由于混凝土重量增加速度较快，在静摩擦力调整时，可能会出现微小滑动，对墩顶产生水平力。另外，浇注过程中泵管的振动也可能造成桥墩的偏位。考虑到微小下滑力及泵管振动的不确定性，需在箱梁浇注过程中对桥墩的水平位移进行观测。

4 移动模架平移

4.1 计算原则

根据桥墩和桩基的设计图纸，以及移动模架施工的实际情况，计算在模架顶推点位置的极限水平力和用于施工控制的容许水平力。

极限水平力和容许水平力的计算标准如下：

（1）桥墩按裂缝宽度控制：极限裂缝宽度为0.2 mm，容许裂缝宽度为0.1 mm。

（2）桩基按承载能力控制：考虑1.5倍的安全系数，极限承载力为容许承载力的1.5倍。

（3）模架作用于墩顶的反力按照施工单位所提供的《模架自移过程中各支点反力大小》考虑。

（4）由于顶推力通过桥墩两侧的托架传递给桥墩，因此需要考虑扭矩的影响。

（5）对于山坡上一侧在土中，另一侧露出地面的高承台桩基，偏安全考虑，按照桩基全部露出地面计算。

4.2 计算分析

在移动模架平移过程中，前、中、后三个墩的墩身及桩基的安全均需考虑，由于相似性，以下仅以首次进行移动模架施工的26号、27号和28号墩为例进行分析。其中，模架支反力参照施工单位提供的《模架自移过程中各支点反力大小》。

（1）对于后支点28号墩：

极限状态桩基控制，墩顶所承受的最大水平力：F=350.2 kN

最大水平位移为：159.3 mm

允许状态桩基控制，墩顶所承受的最大水平力：F=254.0 kN

最大水平位移为：115.5 mm

（2）对于中支点27号墩：

极限状态桩基控制，墩顶所承受的最大水平力：F=335.6 kN

最大水平位移为：163.8 mm

允许状态桩基控制，墩顶所承受的最大水平力：F=249.9 kN

最大水平位移为：122 mm

（3）对于前支点26号墩：

极限状态墩控制，墩顶所承受的最大水平力：F=367.6 kN

最大水平位移为：70.9 mm

允许状态墩控制，墩顶所承受的最大水平力：F=280.9 kN

最大水平位移为：54.2 mm

其他墩的分析与此类似。由计算结果可知，大部分墩的允许水平力较大，可以满足移动模架平移施工的要求；部分高承台桩基的允许水平力较小，不能满足要求。因此，为确保移动模架平移的安全施工，建议对允许水平力较小的高承台桩基进行加固处理，以提高其允许水平力，满足移动模架平移施工要求。

5 结语

本文对移动模架施工过程中进行安全分析，结果表明：

（1）移动模架提升阶段，结构安全。

（2）箱梁浇筑阶段，由于微小下滑力及泵管振动的不确定性，需在箱梁浇注过程中对桥墩的水平位移进行监测。

（3）移动模架平移阶段，大部分桥墩满足安全要求，部分高承台桩基需进行加固处理。

[1]JTGD62-2004，公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[3]黄国斌.移动模架在东海大桥浅滩段现浇箱梁施工中的应用[J].世界桥梁，2004,(S1):74-76.