移动模架造桥机现浇预应力砼箱梁施工技术

中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第1页共33页技术交流材料之三移动模架造桥机现浇预应力砼箱梁施工技术一、概述京福高速公路桃木岭大桥上部结构为7×40m+13×40m刚构—连续梁组合体系，其中第一联0#台～7#墩七孔一联为曲线箱梁，圆曲线半径R=463.15m，采用微预应力连杆式拆装桁梁膺架现浇；第二联7#墩～20#台为直线梁，除第一施工阶段（7#～8#墩）48m箱梁因需作为移动模架拼装场地先期采用万能杆件支架现浇外，其余十二孔根据地形、墩高和连续梁的结构特点采用MZ850型上行式移动模架造桥机逐孔现浇施工（简称MSS工法）。由移动模架造桥机施工的箱梁共944m（双幅），桥面全宽24.5m，纵坡2.5%～4.0%，横坡2.0%，为等跨等截面单箱单室直腹板双向预应力连续梁，箱梁跨度40m，梁高2.2m，顶板宽12.0m，底板宽6.0m，箱梁顶板两侧各悬臂3m，采用C50砼，共计7722m3，单孔箱梁砼量321.8m3，质量约850t/孔。MSS工法从上世纪50年代末以来得到了广泛应用和发展，在欧美及日本等国都已大量采用。这种施工技术主要体现了省和快，它可使施工标准化、工作周期化，最大限度地减少工费的比例，降低造价，桥愈长，施工设备的周转次数愈多，其经济效益愈高。我国首先由中国路桥公司在伊拉克建造的摩索尔四号桥和五号桥上首次使用移动模架逐孔现浇施工，此桥的建造，得到了许多宝贵的经验，随后，逐孔施工在国内开始推广，厦门海沧大桥为首次使用（42m跨径），其他如厦门高集海峡大桥、青岛女姑山大桥等。采用上行式移动模架造桥机逐孔现浇40m大跨度预应力砼箱梁，在江西省和我公司尚属首次，目前国内应用实例也不够，所取得的成果和MSS工法将推动江西省和我公司多跨连续梁过孔现浇施工技术的发展。目前，我国正扩大基础建设投入，各种高架桥、连续梁应运而生，所以MSS工法具有广泛的推广前景。二、MSS工法的适用范围MSS工法适用范围较广，最适合于以下情况：1、因造桥机作业面通常安装在桥墩顶部，不影响桥下净空，特别适合桥下净空受到限制的城市立交桥、高架桥施工。2、桥墩较高，无法设置脚手架或支架施工的桥梁，对山区复杂地形高墩大跨度桥梁尤为适用。中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第2页共33页3、地面为软弱土层，脚手架或支架基础处理困难且投资费用高，如海滩、河滩等地区修建的现浇砼连续梁桥。4、一般高架桥，施工孔跨数超过10孔者，用MSS工法施工尤显“快速、高效、安全”三大功能。三、移动模架造桥机的特点1、结构刚度大，适应能力强，本机具有自行携带走行支腿过孔能力，无需其它吊机配合。2、造桥机操作系统为标准化作业，施工周期快，质量好，通常单孔箱梁整体现浇作业的工期在15天左右。3、可利用造桥机挑梁设置防雨、防寒、防晒顶棚等维护措施，用于砼养生，且不受天气季节的影响。4、能适应于多跨连续梁逐孔施工，能保证梁体整体性、几何尺寸，保证桥梁施工质量。5、造桥机承载能力高，抗弯刚度大，主梁弹性挠跨比为1/700，可于模架制造时事先设置预拱度控制成形。6、经过适当改进和完善，可成为一机多用的桥梁施工设备，既可用于现浇箱梁，又可用于预制逐孔架设，还能兼做架梁承重设备，其重复利用率高，可节省施工费用。7、造桥机与桥梁结构相适应，除墩顶刚性支撑外，无需增加其它特殊预埋件，对桥梁墩台及上部结构无任何特殊要求。8、造桥机主梁及走行支腿分别由液压驱动和卷扬机牵引向前移位，操作简单，安全可靠。四、MZ850型移动模架造桥机结构体系组成及其功能（一）、简介MZ850型移动模架造桥机是江西京福高速公路桃木岭大桥8#墩～20#台40m箱梁施工专用设备，整机全长69m，重280t（不含墩顶预埋件和内模端模），其结构体系由主梁、鼻架、挑梁、模板、模架、支腿、纵移机构、液压系统、电器系统及墩顶预埋件等部分组成，其主要技术参数见下表1。MZ850型移动模架造桥机主要技术参数表1序号项目参数备注1施工梁长40m直线段箱梁2砼箱梁重850t单跨单幅箱梁自重3整机重量28`0t不含墩顶预埋件及箱梁内、端模4支腿转移速度4m/min采用1.5t卷扬机走无极绳方式5主梁走行速度0.3m/min液压系统驱动，每次行程600㎜中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第3页共33页6整机总功率≤30kw整机功率24.5kw，加上照明等不超过30kw7主梁弹性挠跨比1/700砼灌注状态最大计算挠度55㎜8适应纵坡/横坡2.5%/2%9平均工作效率15d/跨施工熟练可达12～13d/跨（二）、主要结构及功能1、主梁主梁共分6节，总长66m，梁高3200mm，宽2000mm，腹板厚12mm，翼缘主板厚20mm，局部附10mm厚加强板。箱梁内部设置纵向及横向加劲，以保证主梁腹板、盖板的局部稳定性。主梁钢箱分段制造，由1～6号箱组成，除尾节长6m外，其余各节均长12m，节间采用内外节点板和上海高强度螺栓厂生产的M24B级（8.8级）精制螺栓连接，按双剪承力16t设计，每节间共有M24高强螺栓560个，节点板上下盖板为δ16钣（16Mn材质），两侧腹板为δ8钣（Q235B材质），每节间共有节点板24块。主梁结构见图1所示，各节钢箱主要参数见表2。图1主梁各节钢箱主要参数表2序号名称长度（m）重量（t）备注1主梁6号箱12.011.236变截面，前端高1.5m，后端高3.2m2主梁5号箱12.013.5513主梁4号箱12.024.483设有转换支点和前支腿着力牛腿装置4主梁3号箱12.023.323设有转换支点着力牛腿装置5主梁2号箱12.023.323设有中支腿着力牛腿装置6主梁1号箱6.07.189变截面，前端高3.2m后端高2.0m钢箱梁为主要承重结构，具有较大刚度。在钢箱梁两侧腹板下方布置有吊挂走道，供支腿吊挂走行；钢箱梁底面两侧焊有二根走道方钢，共整机移动使用。2、鼻架鼻架长3m，为桁架结构，连接于主梁前端，为减少砼灌注状态中支腿锁定荷载而设。为辅助前、中支腿横梁过孔的需要，其前端安装有纵移系统的转向滑轮及张紧机构。鼻架中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第4页共33页自重2.024t。鼻架与主梁6号钢箱通过内法兰连接，螺栓为M22×70mm普通螺栓，全断面共48个。在安装好鼻架及转向滑车和张紧机构后，在鼻架吊挂走道前端应焊置挡板，以防止吊挂轮脱轨。3、挑梁及其附属结构挑梁系统位于主梁的两侧，将主梁和模架连接成为整体，并将模架的荷载传递给主梁。当模架开启过孔时，挑梁为模架及模板的悬挂结构。挑梁每两根为一组，中间用联结系连接。整个造桥机含挑梁系统22组。挑梁在主梁上的布置见图2。图2①、挑梁挑梁分A、B两种类型，每种类型的挑梁均左右对称加工。挑梁B和挑梁A在结构上稍有差别，主要是为了适应主梁结构的变化，见图3所示。挑梁通过模架承受砼重量，每片挑梁重约0.65t。图3a、挑梁A挑梁A共38片，左右各19片，一端与钢箱梁的一般断面连接，另一端与侧模架连接。在挑梁靠近钢箱梁的一侧，设有与吊杆连接的法兰。中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第5页共33页b、挑梁B挑梁B共6片，左右各3片，与钢箱梁的异型断面（焊结牛腿的断面）连接。与挑梁A一样，挑梁B同样与侧模架和吊杆连接。②、吊杆为便于安装、拆卸，吊杆分为上、中、下三节，节间通过连接器连接。吊杆拆除时，旋动螺母即可。位于1号模架尾部与混凝土箱梁底板处的吊杆仅安装吊杆下节，并就地加垫块将底模架与混凝土底板锁紧，其余各挑梁均安装全套吊杆。吊杆上节顶端与挑梁相连，吊杆下节底端与底模架旋紧。吊杆的作用主要是吊挂底模架。它能有效减小底模架的跨度，并能减小挑梁端部的设计荷载。③、断面联结系断面联接系包括1、2两种类型（各22组）。其作用是将相邻的两片挑梁连成一组，弥补单片挑梁面外刚度的不足。为方便运输，联结系在使用现场组装。断面联结系1自重58.8kg，联结系2自重57.2kg，如图4和图5所示。图4图5中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第6页共33页④、上平联杆上平联杆为单根杆件，在每组挑梁系统内有3根，共66根，该平联用于增加单片挑梁的横向刚度。4、模板模板包括底模及侧模。底侧模板共铺设42.5m长，15.308m宽。其中墩顶位置留有4m长的空档，由现场用散模填铺，其余均为钢模板。底模面板为δ6mm钣，侧模面板为δ5mm钣。模板的平面展开布置见图6所示。图6各模板之间预留有40mm的配合缝以方便模板的安装和拆卸，在浇筑混凝土之前批灰腻填平并贴宽胶带以防止漏浆。相邻模板、模板与模架间用螺栓连接或通过铰板用销轴连接。5、模架模架包括底模架和侧模架，是箱梁混凝土的直接支承体系。在模架内布置人行通道及安全防护网，以方便施工操作和检查。模架布置见图7所示。工作时，左右两片底模架以承压型8.8级螺栓对拉，形成整体。底模架的上弦杆与吊杆相连，其外侧分别布置有吊挂轮和托辊轮，与侧模架的下弦杆连接。侧模架吊挂在挑梁外端。过孔时，底模架对拉螺栓解除，吊杆亦会拆除，底模架以侧模架的下弦杆为依托向外侧滑动，达到理想位置后与侧模架临时固定，见图8。中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第7页共33页图-8无论是工作还是过孔状态，底模架与底模始终保持一体；侧模架与侧模始终保持一体。侧模架设有可调撑杆用以固定模板和辅助拆模。图7①、底模架底模架共20个，正反各10个。其结构见图9所示。该模架正反各1，由对接法兰连接成整体，构成一个工作单元。该工作单元共有4个吊挂点：外侧通过吊挂轮吊挂在侧模架的下弦杆上，内侧通过吊杆吊挂在挑梁或已浇筑的混凝土箱梁上。当模架过孔时，拆除底中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第8页共33页模架工作单元中的对接法兰螺栓和吊杆，此时底模架由吊挂轮和托辊轮支承，并可在侧模架的下弦杆上滑移。底模架在工厂加工成矩形桁架。图9②、侧模架侧模架根据其工作位置的不同分为外侧模架和内侧模架，外侧模架远离桥梁中心线，内侧模架靠近桥梁中心线。内、外侧模架各11个。侧模架的平面布置见图-10，图中w1～w11为外侧模架的编号，n1～n11为内侧模架的编号，1、2为底模架的编号。图10图中w9和n9为侧模架的墩顶节，因为墩顶没有空间布置底模架，所以w9和n9之间要设置对拉钢筋以平衡新浇混凝土的侧压力。其余侧模架为标准节。侧模架的标准节结构见图11所示。标准节各模架结构大致相同，仅因设置预拱度的需要而调整了吊挂杆的长度。中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第9页共33页图11侧模架上设置了可调撑杆，以调节侧模的位置并辅助拆模。侧模架通过吊挂杆与挑梁连接；通过下弦杆与底模架连接。6、支腿MZ850型移动模架造桥机共有三个支腿，分别是：前支腿、中支腿和后支腿，其主要作用：一是支撑造桥机工作荷载，并将荷载传递到桥墩和混凝土箱梁；二是通过支腿的转换来完成整机过孔移位；三是调节造桥机主梁高度。在使用时，注意将支腿与墩顶预埋件或混凝土箱梁作必要的锁定，以保证造桥机的整体稳定。①、前支腿前支腿由小车、轮箱、横梁、液压系统等部件组成，见图12，其自重10.7t。a、小车前支腿小车由四组吊挂轮、支柱和“井”字梁组成，吊挂轮挂在主梁两侧的吊挂走道上，通过卷扬机无极绳临时锁定牵引以实现支腿纵移。b、轮箱轮箱共有两组，包含大轮箱、小轮箱、支座、托辊轮等结构。每组轮箱有1个支座、1个大轮箱、2个小轮箱和4个托辊轮，形成对称结构，使托辊轮均匀受力。支座布置在大轮箱的中部，两个小轮箱对称于支座布置在大轮箱内部，每个小轮箱包含2个托辊轮。两组轮箱对称地布置在横梁上。轮箱支座有一个竖向轴管，可使轮箱水平转动一定角度，使其适应性更好。轮箱是主梁纵移的滚动支承。主梁走行前，梁体下降，梁底的走道方钢落在轮箱的托辊轮上。中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部第10页共33页图12c、横梁前支腿有1根横梁，横梁顶面与轮箱及液压油缸连接，侧面设有10只牛腿，其中中间的6只牛腿与墩顶预埋件的顶面连接，两端的4只牛腿各携带一只螺旋顶。前