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移动模架造桥机原位现浇箱梁施工技术浅析

日期:2014-12-29 9:05:10 来源:转载 浏览数:

中铁十八局集团承建的京广高铁石武段八标段,北起驻马店市驿城区刘阁街道办事处辖区,南至信阳市明港镇辖区,总长56.1km。该管段处在城乡结合部,永久征地仅有18m 宽,临时用地征用难、费用高,一部分桥墩又位于水中,给箱梁原位现浇施工带来了很大困难。在综合对比满堂支架、钢管支墩贝雷梁支架体系及移动模架的基础上,最终选择采用移动模架作为箱梁原位现浇施工方案。另外,为充分利用施工单位闲置的移动模架设备,项目部将250孔预制梁变更为移动模架现浇梁,使现有设备资源得到充分利用,与其他两种方案对比,大大减轻了材料倒运及转运安装设备的资金投入,总体比较经济。
    1 移动模架简介
    1.1 主要工作原理
    移动模架利用墩身及承台安装主支腿、主支腿支撑主框架,外模及模架安装在主框上,形成一个可以纵向移动的箱梁制造平台,逐孔完成简支箱梁的施工。移动模架横向分离,使其能够通过桥墩,纵向前移过孔到达下一施工孔位,横向合龙再次形成施工平台,完成下一孔施工[1]。
    1.2 结构
    MZ32型下承自行式移动模架系针对高铁双线整孔箱梁施工而设计,为下行式结构,能够自行倒装支撑托架。主要由主框架总成、外模系统、内模系统、主支腿、辅助支腿、电气液压系统及辅助设施等部分组成。
    1.2.1 主框架总成
    主框架部分由并列的2组纵梁组成,钢箱梁长38m,高2.8m。钢箱梁接头采用高强螺栓节点板联结,主要承受底模支撑梁、模板系统等设备的重量及钢筋、混凝土等的重量。纵梁前端设有前导梁,长23.6m,为桁架式结构,分两节用螺栓节点板连接,起到支架向下一孔移动时的引导和承重作用。   1.2.2 底模支撑梁及外模系统
    底模支撑梁及外模系统由底模支撑梁、底模、腹模、翼模、可调支撑系组成,底模通过可调支撑系支撑在底模支撑梁上,底模支撑梁从中部剖分,每侧均与主梁相联。腹模、翼模通过可调支撑系支撑在承重钢箱梁上。外模板应起拱,起拱度应按造桥机主梁承受的混凝土荷载(包括钢筋)与内模自重产生的曲线特征值进行设置,以使成桥后箱梁曲线与设计值吻合。模架就位后,调整底模标高(侧模、翼模也应随底模一起起拱,且必须是同一线型、同一拱量),使其与所提供的预拱曲线特征值吻合。
    1.2.3 内模系统
    内模系统为全自动整体液压内模,主要组成有底部支腿、走行轨道、内模支架、竖/斜向油缸、模板及液压操作台。支架与内模走行架连接,保证内模不上浮[2]。
    1.2.4 主支腿
    主支腿设置两套,由支撑托架和移位台车两大部分组成。支撑托架由两个牛腿组成并锚固在桥墩上部。移位台车由托盘、纵移滑道、吊挂装置、支撑油缸、纵移油缸、横移油缸及吊挂油缸等部分组成。移位台车在横移油缸的推拉作用下在支撑托架的横梁上横向移动;支撑托架横梁上等距设置若干插孔,以倒换插销位置的方式实现主梁在托架上移动3 200mm。
    1.2.5 辅助支腿
    前辅助支腿设置在导梁前端,并与导梁连接为一个整体,作为主支腿吊挂过孔时的临时支撑。中辅助支腿可以将主框架临时支撑,作为主支腿吊挂过孔时的临时支撑。后辅助支腿有两个作用:一是吊挂主框架,实现后主支腿自行过孔,吊挂并实现主框架横向开启;二是吊挂主框架后端并在桥面上行走,实现移动模架的过孔作业。
    1.2.6 电气系统
    电气系统采用380V三相四线制交流供电,零线与机体连接,电源进线电缆由主梁配电柜接入后分成三路:一路给主梁顶面的电气柜供电;另一路给主梁后端液压电气柜供电;第三路给主梁前端液压电气柜供电。
    1.2.7 液压系统
    液压系统采用分散布置,主要分布于各支腿处。由液压泵站、垂直支承油缸、横移水平油缸、控制元件及管路组成。400t垂直支承油缸共4台,安装在造桥机承重主梁前、后主支腿上,配有机械锁定机构。纵移水平油缸共4台,与滑车一起悬挂在造桥机主梁下的滑道上。横移水平油缸配有液压锁定机构,每套支腿上2台,共10台,最大行程为650mm。
    1.3 移动模架作业流程
    (1)移动模架拼装就位。移动模架拼装完成后,主框架及模板系统支承在前、后主支腿上。绑扎箱梁底、腹板钢筋,立内模,绑扎箱梁顶板钢筋,浇筑混凝土,待混凝土强度达到要求后,解除内模撑杆,进行预应力张拉。
    (2)脱模。桥面铺设后辅助支腿的走行钢轨;前、中辅助支腿和后辅助支腿在墩顶和桥面支撑,点动前主支腿、后主支腿的承重油缸,解除机械锁紧螺丝,前主支腿、后主支腿的承重油缸少量回收,依靠设备自重脱模。
    (3)倒腿。拆除主支腿对拉钢筋,主千斤顶回缩,主支腿吊挂在走道上。利用纵移油缸顶推前主支腿、后主支腿前进至下一桥墩就位;安装吊挂油缸,吊挂油缸回收,吊挂机构平移开;吊挂油缸伸出,主支腿支撑在承台上,张拉主支腿的对拉高强精轧螺纹钢筋。
    (4)滑道准备。解除中辅助支腿、前辅助支腿支撑;后辅助支腿、后主支腿、前主支腿的油缸回收,使移动模架主梁底部的轨道落放在支撑滑道上。
    (5)开模。解除底模桁架、底模、前辅助支腿中部的连接螺栓;模板向两侧横向打开。
    (6)纵移过孔。同时启动后主支腿上的纵移油缸,循环伸缩使模架前移一跨。
    (7)合模。模架横移合龙就位,底模桁架、底模、前辅助支腿连接;主支腿承重油缸顶升就位并机械锁定;进行下一孔箱梁的模板调整、钢筋绑扎、混凝土浇筑等工序。
    2 移动模架施工工艺
    移动模架施工是箱梁的先进施工工法,施工时无需在桥下设置模板支架,而采用两个支撑在牛腿上的钢结构主梁支承外模板,两主梁通过牛腿支架支撑在承台上,从而避免了对桥下空间的依赖,方便高墩及水上施工,跨线时对桥下既有交通不干扰。
    2.1 施工工艺流程
    移动模架的施工工艺流程如图1所示。
                 
    2.2 设备安装
    在起始桥墩跨内清理安装现场,对各个构件进行清点。拼装场地要求长60m、宽30m,场地内应无杂物,在跨内搭设必要的临时支墩。模架拼装顺序为:场地平整;托架牛腿安装;主梁吊装就位;横梁安装;铺设底板、安装模板支架;安装底、腹板及翼板模板;内模安装。其安装顺序及施工注意事项如下。
    (1)牛腿在吊装时应在顶面抄平,以确保平车在牛腿顶面上滑移顺畅。
    (2)主梁在桥下组装,根据现场起吊能力可搭设临时支架将主梁分段吊装在牛腿和支架上,也可将全部主梁组装完成后使用大吨位吊机整体吊装就位。
    (3)主梁拼装完毕后,先拼装横梁,待横梁全部安装完成后,主梁在液压系统作用下,横桥向、顺桥向依次准确就位。在墩中心放出桥轴线,按桥轴线方向调整横梁,并用销子连接好,然后铺设底板、外腹板、肋板及翼缘板。
    3 施工控制要点
    3.1 堆载预压及预拱度调整
    移动支撑系统堆载预压及预拱度的调整是施工中的重点,对移动支撑系统挠度值要考虑充分,以确保箱梁线性控制符合设计要求。
    在全面检查移动模架各部位安装及连接安全后,按照梁体质量103%的预压荷载逐级加载,每道横梁处均布设一排沉降观测点,分别布设于横梁跨中连接处(1点)、与主梁连接处(左、右各1点)、主梁中心处(左、右各1点),每排共布设5个点,并逐个进行编号,每个牛腿支腿处布设2个观测点。为避免装卸载施工干扰,沉降观测点布置在主梁及横梁下部,采用水准仪倒读塔尺的方法进行观测。
    移动模架挠度值主要组成为:移动模架系统接触缝隙压缩、螺栓节点变位等非弹性变形值(尤其首孔);混凝土及移动模架自重产生的弹性变形值;预应力钢束张拉产生的反拱值,混凝土收缩徐变产生的挠度。
    移动模架预拱度的设置,以保证线路在运营状态下的平顺性,即箱梁上下坡度与设计坡度一致为前提,并保证在铺设轨道后对混凝土的徐变上拱满足规范要求。第一次调整模架预拱度数值,是在实测模板在模拟混凝土状态下模板净挠度的基础上,叠加张拉及混凝土收缩徐变引起的上拱值、预应力施加60d后的残余徐变拱度值得出的。施工中应对预拱度的变化进行观察,根据实际变形情况及时进行调整。
    3.2 其他工序施工
    3.2.1 原材料质量控制
    采用水化热和收缩性较小的水泥,掺入适量的粉煤灰与矿粉。粗骨料选用粒径均匀、级配良好、碱活性小、质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩及辉绿岩等碎石。严格控制砂、石子的含泥量,必要时用洗石机进行清洗,确保将含泥量控制在检验标准要求内。在混凝土搅拌机上安装同位素检测仪,及时检测砂、石子的含水量,自动调整供水量,保证水灰比稳定准确。
    3.2.2 波纹管安装
    为防止在浇筑混凝土过程中波纹管变形或局部挤裂漏浆而堵塞管道,应用定位钢筋进行准确定位,在曲线部位时定位钢筋要加密。波纹管连接处的缝隙应用胶带纸包裹缠牢,防止水泥浆渗入[3]。浇筑前应用灌水法检查波纹管的密封性及各接头的牢固性,做完密封性试验后用高压风把管道内残留的积水吹出。同时,为防止在浇筑过程中水泥浆堵塞波纹管,向波纹管内部临时插入2根外径较预应力波纹管内径稍小的硬塑料管,在浇筑混凝土过程中,每间隔一段时间要对硬塑料管进行抽动,直到腹板浇筑完成。实践结果表明,采用上述措施能确保预应力波纹管不变形、不堵塞。
    3.2.3 混凝土浇筑顺序
    混凝土应分层、连续浇筑,并在初凝时间内浇筑完成,浇筑顺序为:先两端后中间,先底板后腹板再顶板。混凝土振捣以插入式振动棒为主,附着式振动器辅助振捣,要特别注意腹板底脚及锚垫板附近混凝土的密实度。
    由于箱梁内模采用无底式结构,箱梁浇筑腹板至下圆弧角处时,混凝土坍落度宜控制在160mm左右,采用水平分层浇筑,控制混凝土浇筑速度,并派专人负责观察振捣时混凝土的流向,控制标准以混凝土停止流动时腹板混凝土面在圆弧角上30cm为宜。
    3.2.4 混凝土浇筑时间控制
    高铁(客运专线)检验标准要求箱梁混凝土浇筑时间不宜超过6h,为确保箱梁混凝土质量,必须提前制定科学可行的施工方案,采用全新有效的施工工艺和保证措施进行控制,对施工人员进行认真仔细的交底和分工,使每一个施工人员都明确自己的工作和职责,并定出奖罚措施。所有的机械设备要进行全面的检修和保养,施工时要有备用设备,防止发生意外。
    3.2.5 预应力筋安装及张拉控制
    考虑张拉端的工作长度后进行钢绞线下料,完成后要进行编束,在编束前应用专用工具对钢绞线束进行梳理,将钢束端头做成圆锥状,以防钢束在波纹管接头处引起波纹管翻卷,堵塞孔道。
    预应力筋张拉前,首先用高压水冲洗孔道,并用高压风枪将孔道残余的积水清理干净,在混凝土强度达到设计要求后尽早进行预张拉,以防止梁体局部出现裂纹。预应力钢绞线张拉采用张拉应力及伸长量双控措施,张拉应力值以油压表读数为主,以钢绞线伸长值做校核,两者的偏差不超过±6%,每束钢束张拉程序为:0→20%→100%(持荷5min)→回油锚固。
    3.2.6 脱模
    在混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差以及箱梁腹板内外侧混凝土之间的温差均不大于15℃并达到初张拉强度时,松脱内模进行初张拉;初张拉完成后拆除箱梁底侧模及支架。
    3.2.7 混凝土养护
    混凝土初凝后,箱梁表面布置水管,覆盖土工布,并进行洒水养护,洒水次数以混凝土表面潮湿为度;同时在箱体内用塑料薄膜覆盖严密,向箱体内注水进行降温,注水时应注意塑料薄膜不能有破损。当环境温度低于5℃时,混凝土表面禁止洒水,采用土工布进行覆盖,并在土工布外面包裹一层塑料布进行封闭保温。
    3.2.8 模架过孔
    待箱梁预应力筋初张拉完成后,即可进行模架过孔作业,过孔过程中应设置专人对全过程进行监控,确保过孔质量及安全。模架过孔完成后,在底模安装内模走行轨道,采用卷扬机将内模拖移至下一施工作业面。

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