曹淑學， 皮軍云

(1.廣東省深圳市光明區(qū)建筑工務局， 廣東 深圳 518107； 2.中鐵大橋局集團第四工程有限公司)

1 工程背景

某海峽公鐵兩用大橋全長16.34 km，部分區(qū)域為公鐵合建，上層為雙幅公路梁，下層為單幅鐵路梁或鐵路路基，陸上和淺水區(qū)段公路梁為連續(xù)混凝土箱梁，公路混凝土箱梁3～5跨一聯(lián)，跨徑為49.2、40.7 m，分左右幅布置，截面為等高度斜腹板單箱單室箱梁，梁高對應為3.0 m和2.5 m，頂面寬17.5 m，底板寬8.5 m，采用TM49.2 m/40.7 m下行式移動模架施工(圖1)。

2 移動模架簡介

移動模架施工是一種自帶模板，利用承臺或墩柱作為支承，在空中形成施工平臺，代替落地支架對箱梁進行整孔現澆的自行式施工機械。其主要特點為：施工質量好，施工操作簡便，成本低廉等，是較為先進的施工方法。移動模架按主承載結構的位置不同分為上行式和下行式。主梁在待澆混凝土梁體上方的為上行式移動模架，下方的為下行式移動模架。

上行式移動模架承重主梁位于待澆梁上方，外模及混凝土荷載通過吊桿懸掛在主承重梁上，移動模架主梁則通過支腿支撐在已澆梁面或橋墩頂。上行式移動模架優(yōu)點是占用橋下空間小，適應對矮墩和梁下有障礙的情況；缺點是鋼筋和內模只能人工安裝，施工周期長。下行式移動模架承重主梁位于橋面下方，外模及混凝土荷載支承在兩側主承重梁上，主梁則通過支撐托架支撐在承臺上或墩身預留孔上。該類型模架受力明確，結構簡單。由于占用橋下空間，對墩身高度有要求。

圖1 淺水及陸地高墩區(qū)引橋(49.2 m)斷面(單位：cm)

3 TM49.2 m/40.7 m下行式移動模架工作原理

3.1 移動模架主要技術參數

公路混凝土箱梁選用TM49.2 m/40.7 m下行式移動模架施工，主要技術參數見表1。

表1 TM49.2 m/40.7 m公路橋梁移動模架主要技術參數

3.2 TM49.2 m/40.7 m移動模架簡介

TM49.2 m/40.7 m公路橋梁移動模架為下行式結構，兩跨式布置，后門架梁面走行，滿足首末跨施工、正反向施工和變跨施工等多種功能；且同一斷面范圍內的鐵路、公路移動模架前進和后退相互不影響。移動模架在調頭后退時，可采用雙后門架在已澆梁面倒運，節(jié)約后退工期。

模架的主要部件包括：墩旁托架、橫移臺車、前門架、中門架、后門架、鋼箱梁、導梁、底模桁架、外模板及其撐桿系統(tǒng)、內模系統(tǒng)、配重系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等(圖2)。

移動模架走行系統(tǒng)為后門架縱移油缸和托架上的臺車縱移油缸，過孔分兩步進行：① 墩旁托架過孔：移動模架主箱梁在合模狀態(tài)下由前門架、中門架和后門架吊掛在前方公路墩頂和已澆筑的公路混凝土梁上，墩旁托架由臺車反掛輪掛在移動模架鋼箱梁下翼緣，由臺車縱移油缸驅動走行到前墩；② 移動模架整機過孔：移動模架整機由已前移的托架和后門架支撐，后門架上縱向驅動油缸和臺車縱移油缸驅動移動模架整機走行到下一孔，轉為兩墩旁托架支撐。

(1) 墩旁托架。由箱形梁組拼成的三角形空間結構，托架中空部分包圍公路墩身，并與公路墩楔緊。墩旁托架把模架承受的壓力通過立柱傳遞給橋墩。模架過孔時，墩旁托架橫向打開后縱向移動到下一個橋墩。墩旁托架上部設有橫移滑道，臺車可在其上橫向移動。

圖2 移動模架一般構造圖(單位：mm)

(2) 臺車。是整機動作的執(zhí)行部件。移動模架升模、落模由臺車的頂升油缸完成；移動模架主梁縱移和倒運支腿動作由臺車的縱移油缸完成；另外臺車還有提升機構、橫移機構和吊掛輪機構均作為倒運支腿的輔助機構，共同完成倒運支腿的動作?；炷翝仓r臺車不受力，頂升油缸所受的力直接傳到墩旁托架上。移動模架主梁縱移時臺車受到主框架的壓力。臺車主要由滑動支承梁、臺車架、縱移機構、頂升機構、提升機構、橫移機構和上掛輪機構等組成。

(3) 前門架。設置在導梁前端，其作用有：① 將左右兩組前導梁聯(lián)結成一體，加強其橫向穩(wěn)定性；② 為移動模架自動倒腿為前導梁提供支承。

(4) 中門架。有兩個作用：① 模架過孔自動倒腿時承載主箱梁及支腿；② 連續(xù)梁施工時，用中門架提升主箱梁減緩現澆梁與已澆梁的錯臺。

(5) 后門架。是移動模架中一個非常重要的部件。其作用有：① 模架倒腿時承載主框架;② 作為模架開模部件，后門架上設有橫移油缸，輔助開模；③ 模架縱移過孔時，后門架承載鋼箱梁并在梁面走行。

(6) 鋼箱梁。主箱梁為對稱的兩組鋼箱梁。主箱梁分為5節(jié)，兩榀主箱梁共有10個節(jié)段。單節(jié)最大重量小于25 t，節(jié)間通過節(jié)點板用高強度承剪型螺栓連接。

(7) 導梁。導梁的作用是為模架前移過孔導向和支承腿自行倒運提供支承點。導梁設計為等腰三角形截面，分為3節(jié)。導梁與導梁之間，導梁與主梁之間均采用法蘭加銷軸聯(lián)結。導梁底部設置有與主箱梁軌距相同的縱移軌道。

3.3 模架整體吊裝

移動模架施工范圍位于淺水區(qū)，墩身高度大，其下為正在施工的鐵路混凝土梁，為減小相互干擾，移動模架在碼頭拼裝并預壓完成后，用浮吊將模架主結構(不含導梁、托架立柱、前門架、內模等)整體吊裝到首跨公路墩上。施工步驟如下：① 模架在碼頭拼裝、預壓、卸載;② 利用浮吊(四主鉤聯(lián)吊)在碼頭起吊模架主結構，并吊運至墩位處；③ 浮吊在墩位處拋錨定位，下放模架，使中門架、后門架落于公路墩臨時墊石上，由中、后門架支承模架主結構;④ 模架主梁吊掛的托架走行至公路墩位置并與立柱連接，托架主油缸頂升模架主梁，模架主結構由中、后門架支承的轉變?yōu)橛赏屑苤С?⑤ 拆除中、后門架，鋼箱梁在托架上縱移至設計位置，安裝導梁、前門架等其余結構。

3.3.1 起吊設備選用及吊點布置

根據公路移動模架各構件重量計算，需整體起吊的模架主結構總重878.7 t。模架整體采用雙臂架4主鉤浮吊起吊(雙臂架間距24 m，前后鉤間距11.38 m)，從浮吊的吊重曲線(圖3)可知，當吊幅為65 m時，最大起重量為1 600 t，滿足吊裝需求。

圖3 吊鉤幅度與起重量關系圖(雙臂架)

模架兩組鋼箱梁上各設置了兩組吊點，吊點縱向間距為24 m，與浮吊雙扒桿間距一致，吊點橫向間距為11.6 m，與模架左右鋼箱梁中心距一致(圖4)。

圖4 吊點設置示意圖(長度單位：m)

模架上吊具設計為上、下分配梁夾持鋼箱梁結構，上、下分配梁用精軋螺紋鋼對拉，抱住鋼箱梁，上分配梁上設吊點，分配梁與鋼箱梁間設置有縱、橫向限位，保證吊具在吊裝過程中不發(fā)生移位；托架臺車本身通過反掛裝置吊掛在模架主箱梁上，為保證安全，增加扁擔梁和精軋螺紋鋼輔助吊掛固定，移動模架掛設在公路墩上時，托架懸掛點縱向偏離公路墩3.5 m，以避開墩位位置。

3.3.2 吊具驗算

(1) 鋼梁吊點扁擔梁計算

扁擔梁采用三拼HM588×300型鋼，翼緣板厚度20 mm，腹板厚度12 mm，材質為Q235B。扁擔梁截面特性為：Wx=11 668 379 mm3，Ix=3 430 503 520 mm4，Sx=6 522 360 mm3。

受力計算如下：

① 因上下扁擔梁通過8根精軋螺紋鋼對拉，單根精軋螺紋鋼預拉力為40 t，其總的預拉力超過吊點豎向力，故扁擔梁計算荷載選取精軋螺紋鋼的預拉力。則扁擔梁單端所受荷載為4×40=160 t，水平力為6.23 t，扁擔梁與鋼箱梁設置有限位，鋼絲繩縱擺角產生的水平力由扁擔梁與鋼箱梁間摩擦力及限位承擔。扁擔梁最大懸臂長度為0.45 m，所受彎矩M1=160×0.45×10=720 kN·m，M2=6.23×0.594×10=37 kN·m，所受豎向剪力為：V1=160×10=1 600 kN。

② 扁擔梁抗彎計算

扁擔梁面內彎曲應力：

最大彎曲應力為:σ1+σ2=61.71+3.17=64.88 MPa

③ 扁擔梁抗剪計算

扁擔梁腹板剪應力：

(2) 中門架替換梁計算

移動模架整體吊放至公路墩頂后，受力體系轉換為由中、后門架臨時承擔模架，以便托架走行就位。中門架在托架走行過程中受力一直減小，其最大承重荷載為585.78 t，中門架墩頂承載示意見圖5。

圖5 中門架墩頂承載示意圖

(3) 替換梁計算

中門架替換梁采用主墩鉆孔平臺拆除分配梁，翼緣板厚度為32 mm，腹板厚度為24 mm，材質為Q345B。替換梁截面特性為：A=129 408 mm2，Wx=55 049 622 mm3，Ix=34 574 810 624 mm4，Sx= 30 818 244 mm3。

受力計算如下：

① 替換梁最大承重荷載為585.78 t，最大懸臂長度2 225 mm，所受彎矩M=585.78/2×2.225×10=6 516.76 kN·m，所受豎向剪力為：V1=585.78/2×10=2 928.88 kN。

② 扁擔梁抗彎計算

扁擔梁面內彎曲應力為：

③ 扁擔梁抗剪計算

扁擔梁腹板剪應力為：

(4) 鋼絲繩復核

前后吊點鋼絲繩均采用φ128 mm鋼絲繩，抗拉強度1 870 MPa，最小破斷力不小于9 320 kN，單根長度62 m，雙根布置。

單根鋼絲繩最大軸力為274.67 t，安全系數n=10 300×2/2 746.7=7.5，滿足要求。

3.3.3 浮吊碼頭吊裝及轉運

浮吊提前在碼頭外海域拋錨就位，待拼裝場地模架吊裝準備工作全部完成后，進行掛鉤起吊，吊裝時選取扒桿角度55°，浮吊吊幅65 m，距海岸邊緣約50 m，所處位置海床底標高最小為-5.75 m，吊裝潮水位選取為0 m，滿足吊裝要求。

海鷗號將模架主結構起吊后，及時退出吊裝區(qū)域，在護航警戒下，將模架主結構由碼頭吊運至施工海域的橋位處。

3.3.4 墩位處安裝

模架吊裝前，將托架立柱提前安裝至墩位處，施工公路墩頂臨時墊石，以便于模架中門架、后門架準確落位。浮吊緩慢下放模架主結構使中門架、后門架落于公路墩頂的臨時墊石上(圖6)。

圖6 中門架、后門架承載示意圖(單位：mm)

托架走行至設計位置，下放后與托架立柱連接。托架上主油缸頂升，支承模架主結構，拆除中、后門架。最后利用浮吊進行導梁及前門架安裝。

3.4 移動模架過孔

混凝土箱梁預應力施工完成后進行移動模架的過孔，步驟如下：

第1步：過孔前的各項檢查。

第2步：安裝前、中、后門架及精軋螺紋鋼，落模，主梁系統(tǒng)由托架支撐轉換成前、中及后門架吊掛，完成第一次體系轉換。

第3步：利用臺車系統(tǒng)將兩個墩旁托架向前倒運并安裝固定。

第4步：解除中門架吊掛精軋螺紋鋼，主梁系統(tǒng)由前墩臺車、中墩臺車、及后門架承載，完成受力體系二次轉換。

第5步：拆除底模及底模桁架連接螺栓，折疊中間段底模，主梁橫移，水平開模，解除后門架吊掛精軋螺紋鋼。

第6步：使用托架上臺車和后門架的縱移油缸，推動主框架向前移動，完成移動模架的縱移過孔。

3.5 混凝土箱梁施工

混凝土箱梁分為起始跨、中間跨和末尾跨，采用移動模架法從起始跨向末尾孔逐孔現澆。起始跨長度為60.2 m(其中懸臂段長11.0 m)，中間跨為49.2 m，末尾跨長度為38.2 m(49.2 m-11.0 m)。

各跨施工內容和流程為：外模安裝調整→箱梁底、腹板鋼筋安裝→底、腹板預應力制安→內模安裝→頂板鋼筋綁扎和頂板預應力筋安裝→模板檢查→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)生→預應力施工→壓漿封錨等。

需要注意的是在混凝土澆筑前和澆筑過程中應指派專人對移動模架各部件進行檢查，重點檢查托架及主梁支撐點等。

4 關鍵技術和質量控制措施

4.1 移動模架預拱度設置及線形控制

移動模架在拼裝完成后需進行預壓，以消除模架各部件之間的非彈性變形的影響，并為模板系統(tǒng)設置預拱度提供依據；同時檢查移動模架的強度、剛度和受力穩(wěn)定情況，確保箱梁現澆施工的安全性。

預壓依據荷載為梁體自重的1.2倍，根據分布情況，按總荷載的60%、100%、120%分級加載。每級加載完成后，都必須對焊縫和螺栓連接處等逐一進行檢查，對關鍵部位進行應力和變形監(jiān)測。

加載完畢變形穩(wěn)定后，逐級卸載，同時再次進行應力和變形監(jiān)測,確定彈性變形與非彈性變形數據，并繪制變形曲線，根據梁的設計預拱度和預壓數據設置施工預拱度。

施工預拱度按照Δ=設計預拱度/2+跨中彈性變形/1.2計算。

對于49.2 m跨公路連續(xù)箱梁，起始跨施工長度為60.2 m(49.2 m+11.0 m)，中間跨施工長度為49.2 m，末尾跨施工長度為38.2 m(49.2 m-11.0 m)。施工工況和荷載不同，移動模架主梁的撓度也不相同，起始跨和中間跨已施工箱梁懸臂端會影響后續(xù)跨模架相鄰位置的模板標高調整，特別是底模標高調整，可通過在懸臂梁端對模板預拉使銜接處平順過渡。同時繪制整聯(lián)梁施工時模架模拱度線形(加預拱)與梁體線形的包絡圖，調整模架模板理論預拱度，對梁高預設一定偏差。

在箱梁施工過程中，應繼續(xù)對模架觀測，并據實測結果對預拱度進行適當調整，使其更趨于合理。

4.2 梁體混凝土質量控制

4.2.1 混凝土配合比

箱梁采用C50混凝土，配合比要求水灰比不大于0.36，并滿足耐久性要求，氯離子含量嚴格控制在0.06%的范圍內。除此以外還須根據灌注時的氣溫和時間考慮混凝土的坍落度損失，確?；炷寥肽：缶邆渥銐虻牧鲃有?。同時在混凝土中摻入適量的粉煤灰、礦粉等摻和料，降低水泥用量，減少水化熱，提高混凝土的和易性和耐久性。

4.2.2 澆筑順序

混凝土從梁腹板兩側對稱均勻下料，其振搗與下料交替進行，采用插入式振動棒進行振搗?？v向從兩端向中間、水平分層、斜向分段、兩側腹板對稱連續(xù)澆筑，每層混凝土澆筑后厚度不得超過30 cm，混凝土分層澆筑時間控制在初凝時間內，防止分層混凝土澆筑間隔時間超過初凝時間而產生冷縫。澆筑時同一斷面先澆筑腹板根部，然后澆筑底板、腹板、頂板，最后澆筑箱梁橋面上翼緣板。

4.2.3 養(yǎng)護

考慮到一次澆筑方量較大，水化熱高、散熱慢，公路箱梁混凝土澆筑完成后，待混凝土初凝完成，在梁體表面覆蓋無色土工布灑水進行養(yǎng)護。養(yǎng)護水溫與梁體表面溫度差應控制在15 ℃以內。

嚴格控制拆模時間，綜合考慮梁體混凝土強度、混凝土與環(huán)境溫差因素。

拆模后，公路箱梁側、底面采用養(yǎng)護液養(yǎng)護。

4.2.4 預應力張拉

梁體預應力張拉前應進行管道摩阻、錨具、喇叭口摩阻等工藝試驗，根據試驗結果和控制應力綜合確定張拉力和理論伸長量。張拉時混凝土的強度、彈性模量要滿足設計要求，保證橋面線形平順。

5 結語

移動模架施工公路預應力混凝土連續(xù)箱梁，具有施工操作簡便，安全可靠、成本低、速度快等優(yōu)點，取得了較好的效果，保障了施工質量和工期，降低了工程造價。移動模架施工工藝日趨成熟，功能不斷完善，在長線路橋梁施工中具有較大優(yōu)勢。同時在減少農田占用、降低工程成本、加快施工速度和保護生態(tài)環(huán)境方面具有非?，F實的意義。