362.5 m预应力混凝土箱梁移动模架施工技术
艾占祥,尤继勤
(1.中铁大桥局集团第三工程有限公司,广东广州510800; 2.中铁大桥局集团有限公司,湖北武汉430050)
摘 要:介绍特殊条件下利用移动模架施工广州珠江黄埔大桥北引桥上部结构的施工方法,采用移动模架施工大跨度预应力混凝土箱梁的关键控制点及安全防护措施。
关键词:移动模架;预应力混凝土桥;箱形梁;施工技术
中图分类号:U445.463文献标志码:A文章编号:1671-7767(2008)S1-0032-03
1 工程概况
广州珠江黄埔大桥是京珠、同三国道主干线绕广州公路东环段上的一座特大桥,全长7 016.5 m,由北引桥、北汊桥、中引桥、南汊桥、南引桥组成。其中北引桥的一段跨径组成为(45+2×62.5) m+2×62.5 m+5×62.5 m +5×62.5 m,前2联为连续梁,后2联为连续刚构。每联均由左右2幅分离式单箱室预应力箱梁组成。此部分引桥跨越广州黄埔区螺壳山公园、广深线(107国道)、广江路、木材厂、天翔储运仓库、集通码头及其货场等,上有22万伏高压线6组。其墩身高度范围为37~55 m,桥梁纵坡由2%变为1%。由于施工场地等条件的限制,其上部结构箱梁采用移动模架法逐孔浇筑施工[1](采用1台移动模架先施工右幅桥,然后换幅施工),其梁体浇筑长度分别有50,56,62.5,64,75 m五种。
箱梁横截面形式(跨中)见图1。纵向预应力采用单端张拉并用连接器逐孔接长。最大一次浇筑混凝土(C50)方量为1 000 m3。
2 移动模架的主要技术参数
由于施工场地的限制及支承要求,采用上行式移动模架,其主要组成部分为:双主梁及其连接系、前后导梁及其连接系、支承系统(支承双主梁并传力至桥墩顶部)、上挂架及悬挂梁、中间47 mm精轧螺纹钢吊杆、底模(平开方式)及其桁架、侧翼模及其支撑排架、内模系统、液压系统(走行或开合模)、电气系统及吊机系统等[2]。其主要技术参数详见表1。
3 大型移动模架的研制
由于在市区施工,地面许多地方无法进行吊机作业,而且桥梁墩身高、柔性大,所以移动模架选用上行式;因桥面上方有高压输电线路,移动模架在桥面以上高度不能超过9.5 m,为了确保总体最大弹性变形不超过10 cm以比较方便地设置模板系统的预拱,采用双主梁的形式。由于地面行人、车辆、建筑物、工厂等比较多,为了确保施工安全,底模采用水平打开的方式而不用旋转开启的方式(在开模时难以实施安全防护措施)。
为了能在现场顺利实现拼拆工作、运输时满足各限界的要求,模架主纵梁分为7节,底模及侧翼模也分为7大块。模架主纵梁在高度方向又分为3层,以便于安装、拆除、运输及再利用。接头间均用螺栓连接。
在混凝土浇筑状态,为了减小底模桁架的变形以及能顺利地开、合模,在箱梁两侧翼缘板靠腹板附近各设置了1根47 mm高强精轧螺纹钢吊杆,顺桥向每侧29根(共计58根),位置分别与吊架挑梁相对应。
整个模架的支承系统为:在主纵梁下有2组支承台车、台车下有支承横梁(在其上布置有液压泵站以起落模、纵移、横移),在支承横梁下设置4根直径为320 mm的实心圆钢立柱,将荷载传至桥梁墩身顶部。整体落模、开模靠支承横梁上的竖向千斤顶实现,纵移和浇筑混凝土状态的支点转换也靠竖向千斤顶来实现。
为了能把钢筋等施工主体材料及小型机具设备吊上桥面及模架纵移时转运支承系统,在主梁两侧吊架挑梁上安装了2台15 t跑车吊,在2主梁中间安装了1台5 t电动葫芦,在2个主纵梁顶部安装了1台走行式3 t吊重的桁车。
一幅桥施工完以后需要整体转至另一幅桥施工,移动模架桥面以上部分(主纵梁及其联结系、前后导梁、吊架挑梁等)整体后退至起始跨并整体横移至另一幅桥,为此专门设计了横移转幅系统。纵、横移及开、合模均由独立的液压系统来完成。专门设计了防风锚固系统以保证移动模架的抗风稳定性。移动模架系统见图2。
4 大跨度移动模架施工关键控制点
4.1 施工工艺流程
大跨度移动模架施工工艺流程:移动模架整机墩位处拼装→第1跨正式施工前堆载预压→调预拱(线形)→绑扎底板、腹板及隔墙钢筋→安装腹板、底板预应力管道及穿预应力束→安装内模及其支承系统→绑扎顶板钢筋及顶板预应力管道及穿束→安装顶板侧翼模拉杆→清理工作→浇筑混凝土→混凝土养生、待强→预应力张拉、压浆→模架支承系统转换并整体落模20 cm左右→转换47精轧螺纹钢吊杆位置→开模(底模及其桁架系统,侧模座在底模上)→第1次纵移→拼装前方墩顶的模架支承系统→第2次纵移到位→合模→47精轧螺纹钢吊杆复位→调预拱(线形)。按上述工艺流程施工1幅桥以后,再转换过幅,在转换过幅以前,要把模板系统(内模除外)分块(7块)用穿心式千斤顶和钢绞线、夹片整体下放,然后把桥面以上部分后退至起始跨横移转幅梁上,横移到位以后再分块提升拼装模板系统。
4.2 施工关键控制点及控制方法
4.2.1 施工线形控制
大跨度移动模架施工预应力混凝土箱梁时,在施工前要准确掌握移动模架各部位的变形及总体变形值,弹性变形主要依靠比较精确的仿真计算,并用现场预压来验证、检验,同时依靠预压来消除非弹性变形。本工程中由于要浇筑12.5 m或11 m(45 m跨)的悬臂段,下次再浇时容易在此接缝处产生错台,因此在后端模板处增设了吊挂拉紧设施。由于采取了一系列措施,准确地撑握了各种工况下的变形情况,再加上准确地建立了预应力,右幅15跨施工完以后,经过竣工检测,除少数点标高与设计相差最大达到15 mm以外,其余绝大部分误差在10 mm以内。
4.2.2 模架关键受力部位的控制
模架的各关键受力部位除了在正式使用前经整体堆载预压检测其受力以外,以后每次浇筑混凝土、开合模及纵移时均有应力监控测试。并浇筑1跨全面检查1次。
4.2.3 模架关键操作工艺的控制
移动模架的整体落模和升模、开模、纵横移、合模、倒拼支承系统等每个专项均有详细的施工工艺要求和操作要领,尤其对专门操作液压系统的人员要经过多次现场培训并岗位固定才能达到熟练程度。
针对液压系统同步性问题请全国知名企业派专家现场调试并改进、完善;对纵移偏位问题除了解决液压系统同步性问题以外,还对支承系统安装的平整度、高差进行了严格的控制,并设置了有效而且对纵移阻力小的可靠的限位系统。另外,由于墩身高,抵抗水平力能力有限,在纵移时不能对前方墩产生水平推力,或要控制水平力,除滑道用MGA高分子材料以外,顶推采用自平衡系统。
一次浇筑箱梁最大长度达75 m,防开裂技术是确保工程质量的关键。在施工以前进行了不同材料、不同配合比的设计,找出了适合于本工程特点的最优混凝土配合比。严格控制混凝土的浇筑顺序及浇筑总时间(不超过20 h),尽量降低砂、石料、水泥的温度,并将搅拌用水冷却至10℃以下以降低混凝土的浇注温度。加强养生,抹平收浆、表面拉毛以后即整体覆盖塑料薄膜,等混凝土初凝以后再换土工布覆盖并浇水保湿养生至14 d。早期初拉一部分预应力效果也很好(后期补拉到位),但要严格控制好张拉吨位、混凝土的强度及预应束的部位。
5 提高工效的措施
(1)改进施工方法。增加一些小型千斤顶等机具设备以减少开、合模时装、拆转换吊杆和底模桁架连接销的时间;增加一套支承系统和配套桥面小龙门吊机,以减少纵移模架时倒拼支腿的时间。改进横隔板、底腹板钢筋及腹板钢绞线束安装的施工方法,大大提高工效。千方百计缩短对模架自身的操作时间。
(2)适当增加劳动力数量以确保24 h不停施工。优化劳动力组织,能交叉作业的必须交叉作业,能提前做好的必须提前准备好。在安装内模(分块式)及穿钢绞线束及底腹板、顶板钢筋时必须要有充足的劳动力,多工作面地开展。对机械易损件提前备好,及时维护保养模架上的所有机具、设备。通过优化等一系列措施,每跨施工周期由最初的一个多月到25~26 d,再到22 d,最后基本稳定在每跨17~18 d的施工速度。
6 安全防护措施
由于本工程处于闹市区,防坠物伤人是非常重要的。因此模架上除了设置有施工平台、行人通道、梯子及梯子平台以外,在可能有坠物的地方全部用镀锌钢丝网(密网眼)在模架高度方向层层设防,并及时清理桥面及镀锌钢丝拦阻网上的杂物。对易掉落的千斤顶、销子、螺栓螺帽、小钢垫板、吊杆等均采用单个捆绑(即用尼龙绳或小铁链拴住)的方法再次设防。在模架纵移、开合模等大型动作时,除采取上述措施以外,选择在夜间行人、车辆稀少时临时围敝施工。由于工程地处沿海台风影响区、还有雷雨季节,桥面上方还有高压输电线路,还专门设计、安装了防风、防雨结构、防雷设施及防触电设备。
7 施工体会
移动模架逐孔浇筑施工法只有在一些特殊条件下才有适用的价值,对于超过60 m跨径的桥梁架设方法要经过多方面的认真比选以后才能确定。
参 考 文 献:
[1]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.
[2]帅长斌,俞文生.高墩桥梁移动模架法整孔无支架现浇造桥机设计[J].桥梁建设,2002,(4):65-68.
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