浅析移动模架在特大桥扩建施工中的应用

邓美斌 王安东

（1.中铁一局集团第三工程有限公司，陕西 宝鸡 721006；2.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000）

0 引言

移动模架造桥机作为一种先进的桥梁施工装备，具有施工质量好、操作方便、不占用桥下空间、无需大型梁场等特点，在公路桥和铁路桥中已经得到广泛应用，是一种较为先进的施工工法[1]。西安市临潼区行北渭河特大桥与已建成通车的行北公路特大桥并排，承担渭河南北两岸枢纽交通的重担，因此需对该桥进行扩建施工。考虑到该桥施工特点及施工环境较为复杂，施工方对多种施工方案进行比对研究，最终确定采用移动模架施工。本文结合行北渭河特大桥扩建工程施工，对移动模架拼装、移动模架预压及箱梁施工工艺进行介绍。

1 工程概况

行北渭河特大桥扩建工程位于临潼城区西北方向，跨渭河链接南岸的临潼新区与北岸的“西安渭北工业园区临潼现代工业组团”，与已建成通车的行北公路特大桥并排，承担渭河南北两岸枢纽交通的重担。北渭河特大桥扩建工程全长1868m，道路等级：二级公路，南北跨渭河，设计为单向4车道，桥梁宽度：净16.0m＋2×0.5m，桥梁起点桩号为YK1+996，终点桩号为YK3+864。设计时速60km/h，计划工期为24个月，新建桥梁位于已建桥梁下游，两桥净间距12m，上部采用2-2×60m+4-3×60m+2-2×60m预应力混凝土等截面单箱双室连续刚构，梁高3.35m,顶板宽17m，底板宽11m，翼缘悬臂长3m，顶板厚28cm；箱梁底板横向布设横坡，顶板设双向2%横坡。各联中间墩和箱梁固结，采用纵向预应力体系。在端支点处设200cm宽的横梁，在中支点处设250cm的横梁。下部采用直径2.0m圆形桥墩，2.5m厚低柱承台。

2 移动模架的主要构件组成与拼装

2.1 移动模架的主要构件组成

行北渭河特大桥扩建采用下承式移动模架。移动模架工作原理为左右两组钢箱梁通过横梁支撑模板，模板能够随横梁开合、纵移及横移，借此实现该桥箱梁混凝土原位现浇。移动模架系统主要包括以下部分。

（1）牛腿。牛腿作为移动模架的横梁结构，由横梁和竖向支腿组合而成。牛腿顶部安装推进平车，同时配有纵向顶推液压缸。牛腿顶面与推进平车底部接触部处镶有不锈钢板和塑料滑板。整个系统通过三向液压系统，实现主梁沿横桥向、顺桥向及竖向精确定位。

（2）主梁和鼻梁。移动模架主梁由一对钢箱梁组成。钢箱梁长度76.4m，由5节组成，节间采用高强螺栓连接，其各节段重41～61t不等。鼻梁采用桁架式结构，安装在钢箱梁前后两端，移动模架鼻梁每根长约20.0m，分为两节，节间采用高强螺栓进行连接。

（3）横梁。横梁采用截面尺寸为（360～400）mm×1200mm的焊接箱形结构，处于同一断面上的一对横梁采用销子连接。底模板和侧模支撑框架安装在横梁上，同时横梁下安装有支撑螺旋顶。通过螺旋顶面上安装的滑道可以实现模板横梁横桥向滑动和竖向调整。

（4）后横梁和C型梁。后横梁采用一根钢箱梁，安装在已浇筑的箱梁前端。其主要作用：在每一联的第二孔及以后各孔浇筑时，利用吊杆将移动模架系统后端主梁吊起，将主梁及外模板系统锁紧在与已浇注的箱梁上；在移动模架向下一孔移动时作为抵抗设备横向倾覆的平衡结构。C型钢梁是一套连接于前后两端钢箱梁左右两侧的半环钢桁架，其主要功能是防止移动模架开模后的横向不稳定。

（5）外模和内模。外模采用钢板，按混凝土箱梁的外形尺寸，经机械加工、焊接组装而成。地板直接与横梁相连，每个基板都是用普通的螺栓沿着横向的方向固定的。外模具由固定在横梁上的模板支架和支承件固定。外模板底板、侧板及翼板采用钢板，翼缘板及侧模、底板纵肋采用不同型号的型钢，通过焊接连接成整体。内模具系统使用小型钢模板，便于手工拆卸，由桁架内模具支撑，利用混凝土养护和张拉的时间，拆除内部模具，预先进行分段组装，底部腹板钢筋绑扎完毕，使用起重机进行固定。

2.2 移动模架的拼装

移动模架拼装场地为18桥墩至22号桥墩间，在模架进场前将该段施工场地挖至预设标高再平整碾压，保证平整度及地基承载力满足拼装需求[2]。模架拼装选用1495-3A-1型100T履带吊机进行拼装，25T汽车吊机辅助安装横梁、模板、配重等附件，按图1进行拼装作业。

图1 移动模架拼装工艺流程图

装配时，各个零件必须牢固地联接，装配完成后要经过仔细全面地检验，确保其安全和可靠才能进行上结构的施工，移动模架牛腿、钢梁、外模必须按厂方设计要求和工程师的指导意见进行对号入座拼装，在每个环节完成后必须进行检验，合格后方可进行下一阶段的拼装。

（1）移动模架牛腿组装。牛腿横梁采用钢箱梁式结构，在安装牛腿系统时，先把牛腿支腿安装到承台上，然后安装牛腿横梁。在进行牛腿梁的吊装时，应首先将一根横梁的一侧用临时拉杆固定，接着将其另一侧的牛腿梁进行吊起。牛腿梁在拼装前，必须精确放出轴线，安装时必须使其轴线与桥墩轴线重合，最大平面误差控制在15mm以内，从而确保可移动模支架的支承部位。推进平车安装前，先检查支撑架顶标高和平整度，放出推进平车在横移轨道上的位置，用油漆标出，同时确定竖向主顶位置，用25T吊车配合安装到位。

（2）主梁安装与横梁拼装。在桥梁下部进行主梁装配，通过临时支撑垫将主梁段吊在牛腿和支撑垫上，主梁安装完成后，拆卸临时支架时使用枕头。然后进行横梁的拼接，在梁端中部的对接点采用销接头，在桥下进行整体安装后，直接将其吊起[3]。当横杆完成后，通过横桥和顺桥方向，在水力控制下，按顺序正确地定位。在桥墩中心放出桥轴，然后根据桥面的轴向进行调节，最终铺设底板、外腹板、肋板和翼缘板。

（3）前后鼻梁及模板安装。前后鼻梁在桥墩两侧地面安装完毕后，由2台吊车整体吊装就位，钢箱梁前后端连接[4-5]。72m施工段底模分44块，侧模40块。在底模安装完毕后，将其标尺放置在侧面模具的位置，从大桩编号至小桩编号，分别进行侧模板和螺杆式的装配。底板钢筋绑扎完成后，开始内模的安装，内模在搅拌站首次试拼，拼装到位后，按每节5～8m的速度运送至现浇梁，直接吊装至设计位置。在安装内模时，通过调整支撑在底模上的支垫来保证保护层的厚度。

3 移动模架预压

在移动模架组装完毕后，要进行预压，以消除构件的非弹性变形，测量活动模架各个部位的变形，并与理论计算结果进行比较，从而设定施工预拱度，检查桥墩支座的承载力，检验模架体系的承载力[6-8]。

3.1 预压方案及预压方法

根据设计图可知混凝土梁的总重量为2770t（单跨梁重按923.6m3×72m/60m×2.5t/m3混凝土计算），堆载试验加载按混凝土梁重的1.05倍进行堆载。堆载试验采用从0→60%→80%→105%分级加载，分级加载严格按照预先制定的方案和程序进行。先用砂袋封堵箱梁两端，按箱梁截面预压堆载分为3个区段，1区和3区堆载钢筋，2区注水，模架两端用木板封住，堆载顺序由19号（悬臂端）向20墩均匀加载，先注水，最后堆载翼板区（如图2所示）。

图2 箱梁预压示意图

3.2 堆载过程

将2.8m高的侧板用5cm的木板和脚手管支撑在模架的端部，作为注水加载的堵头挡墙。当注水加载24.2t/m，注水高度约210cm时，达到60%的载荷（如图3所示），并记录读数。加载32.7t/m，此时水位处于腹板与翼板交界处，此时已达到载荷80%（如图4所示)，并记录读数。在荷载达到80%～105%的情况下，应在装载过程中进行观测，如果出现异常，应及时停止装载，并进行原因分析，并在处理后将其装载到设计吨位。

图3 模架预压示意图（加载60%）

图4 模架预压示意图（加载80%）

3.3 变形观测及观测点布置

预压工程分为60%、80%、105%3个阶段，每次加载完毕后，应在规定的载荷下暂停一段时间，并在48h内对各个观测点进行观测，直至各个阶段加载完毕，观测完成，没有任何异常，才能进行下一步的工作。在负载达到80%～105%的情况下，应在装载过程中进行观测，如果出现不正常现象，应及时停止装载，并进行原因分析，并在处理后装入到设计吨位。造桥机主梁、模板及墩旁支架的沉降和位移均小于3mm，可认为整体结构达到设计要求，这时可进行卸荷。

在每个梁柱相应的部位设置1个测量点，共计42个。在各横杆下端的支承部位各设置4个测点，共计84个测点。在下模顶板上的横梁上，各截面各有4个测点，共计84个测点。在边模、机翼模具各横向构件的连接处和端部设置测量点，共计6段，共计24个测点。在支架上，在垂直主顶部附近布置1个测量点，共计4个测点。在承台四角分别设置1个观测站，两座承台处共有8个观测站。

在上述部位共有246个测点，用同一仪器测量，同一测量人读数。每一次观测时，应测量并记录以上各测点的标高，并保留原始资料，以便复查。该方法的测量精度与读数的偏差可达±1mm。利用三级水准观测法对整个压载过程中各个测点的标高、位移变化进行了观察，并对资料进行分析、整理，得到了相应的控制标高和预拱度的数值。

3.4 卸载及对模架全面检查

模架卸载仍采用分级方式：105%→80%→60%→0。每一次卸载后，对各测点进行一次测量，并对其进行详细的记录。卸货后，再对模具支架的螺栓、销轴等进行检查，并按实际情况进行调整。同时，对模板和侧模的支承进行检查，观察有无变形。在此基础上，对模型框架的弹性和非弹性变形进行了分析，并编制了相应的图表。然后，利用箱梁纵桥的弹性变形资料和反拱资料，求出了模架底模的预拱度。

3.5 预拱度设置

利用预压方法[9]，获得了可移动模架的工作参数，并绘出了可移动模架的加卸量曲线，并对其进行了整体刚度系数的测量及动态监控。在完成移动模具框架后，可以对高度和中心线进行调节。模板的控制标高=设计高度+施工预留拱度，设计标高由设计院提供，在此基础上，根据设备厂提出的理论预留拱度，并与现场移动模架试验及已完成箱梁的实际测量指标等因素相结合，确定了施工预留拱度。每一阶段的标高控制由三个主要工作条件组成：在浇筑之前的定位、浇筑后的标高、预应力张拉后的标高。经过全面的分析，确定了合理的预拱度，保证了箱梁纵断面的平滑和美观，满足了设计的需要。对前一段的箱梁进行监控，并作好记录。根据预拱度和实测箱梁脱架后实测标高，动态调整并控制预拱度。

4 箱梁混凝土浇筑

第一跨箱梁混凝土浇筑量为1100m3左右，由搅拌站集中搅拌，通过混凝土罐车运送到浇筑场地，用混凝土泵按照浇筑顺序一次浇筑完毕。按照横向浇筑的顺序，从20#墩处的横梁开始沿着顺桥的方向一层一层地浇筑混凝土，19#墩中间梁上混凝土浇筑从顺桥上的悬臂端开始，混凝土在19#墩的中梁处集中。垂直浇筑混凝土的顺序为：底板→腹板→横隔板→顶部（翼板）。

底板由一层浇注而成，由两侧腹板下料，再由下料口下料，以完成底板的混凝土浇筑。内模具倒角开孔是用来振捣混凝土的，在顶板的底部，沿着纵桥方向，每隔5m左右预留一个下料口，在底板浇筑完成后，应及时将下料口和下料口的模板进行修补，并进行加固。施工人员通过临时施工的箱梁和隔离人孔进入，使用铲子和震捣棒进行振动，以保证基板的混凝土致密。为了确保基板厚度的精确，在纵向上设置圆形钢轨，以实现对基板标高的精确控制。

在腹板部位，预应力管线分布密集，在混凝土浇筑时，必须由插入式搅拌机进行有效振捣，以避免人工损伤。在振捣过程中，要防止振动器与模板、钢筋、波纹管和其它的预制件发生碰撞。混凝土的振捣必须是致密的，不能有漏振、欠振和过振现象。在底板混凝土振捣时，由人工从预留的人孔进入箱室进行振捣和收起；如果有多余的混凝土，应立即清理。

5 结束语

移动模架在西安市临潼区行北渭河特大桥扩建工程施工中的应用，实现了桥梁移动模架快速移动和简易模板的安装施工。在进行移动模架安装过程中，严格检查各设备零部件，确保移动模架安装准确可靠，同时，安装完成后严格按照模架预载设计进行加载，并且做好加载过程中模架的变形监测。通过实际应用证明，移动模架具有施工机械化程度高，施工受环境因素影响小等特点。