曹長(zhǎng)興,張艷麗,祁 磊

(鄭州新大方重工科技有限公司,鄭州 450064)

1 研究背景

在橋梁施工中，橋梁逐孔原位現(xiàn)澆技術(shù)應(yīng)用已比較廣泛，該技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代的西歐[1]，稱為MSS工法，其設(shè)備則稱為MSS(Movable Scaffolding System)，我國(guó)最早于1990年在廈門高集海峽大橋施工中引進(jìn)并應(yīng)用，稱之為移動(dòng)模架[2]。

移動(dòng)模架工法通過標(biāo)準(zhǔn)化模架體系可多次重復(fù)利用，具有人工需求少、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、施工操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)[3]，可以有效地完成模板的調(diào)整、鋼筋的安裝和綁扎、混凝土的澆筑以及預(yù)應(yīng)力張拉等一系列施工。但依據(jù)目前普遍采用的傳統(tǒng)工法[4]，移動(dòng)模架原位現(xiàn)澆施工一孔橋梁的周期較長(zhǎng)，為16～18 /孔[5]，基本施工周期見表1。

表1 傳統(tǒng)工法施工周期

以上7個(gè)工序必須按序展開，工效低，施工成本大；且鋼筋在模架模板腔體內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)綁扎，質(zhì)量控制較難；內(nèi)模板需等到底、腹板鋼筋成形后人工安裝，難度大、速度慢；不同工種待工時(shí)間較長(zhǎng)，勞動(dòng)力利用不充分，施工成本高，經(jīng)濟(jì)性較差。因此需要一種能夠較好改善施工效率的原位現(xiàn)澆工法。

2 研究目的

在傳統(tǒng)移動(dòng)模架工法的基礎(chǔ)上，參考橋梁預(yù)制架設(shè)工法及裝備[6]的思路，提出一種新型原位現(xiàn)澆工法及裝備，使整體綁扎鋼筋籠與混凝土橋梁澆筑、養(yǎng)生、張拉工序同時(shí)進(jìn)行，使橋梁原位現(xiàn)澆施工工序合理、工藝得當(dāng)、操作方便，質(zhì)量可控性強(qiáng)、工期短、成本低；另外，該工法鋼筋籠采用移動(dòng)胎架半工廠化綁扎，整體入模，效率高，且能很好地保證綁扎質(zhì)量。

3 新工法工序

為實(shí)現(xiàn)前述研究目的，采用的新工法工序如圖1所示。

圖1 新工法工序簡(jiǎn)圖

4 新工法詳述

以某跨河公鐵合建大橋引橋40 m跨鐵路箱梁逐孔原位現(xiàn)澆工程為例，詳細(xì)論述該快速制梁新工法。

該橋施工段線路為公鐵合建，下層為鐵路，上層為公路。鐵路墩身為雙線“M”形寬墩；上層為框架墩身。鐵路梁施工時(shí)，公路墩后澆，僅預(yù)留鋼筋接頭。鐵路橋面為雙幅正線四線設(shè)計(jì)，單幅為單箱單室截面結(jié)構(gòu)，箱梁長(zhǎng)40.6 m，縱、橫雙向預(yù)應(yīng)力筋，整孔箱梁質(zhì)量約1 100 t。引橋公鐵合建段典型橫斷面布置如圖2所示。

圖2 公鐵合建段典型橫斷面布置

本工程鐵路墩身很寬，超出了兩幅箱梁寬度之和，現(xiàn)澆施工宜采用梁模合一型移動(dòng)模架。其技術(shù)特點(diǎn)鮮明，主要體現(xiàn)在以下方面：(1)適應(yīng)寬墩橋梁施工；(2)梁模合一，且無(wú)支腿，投入減少，工序簡(jiǎn)單；(3)剛度大、自重輕；(4)外模板作業(yè)少；(5)作業(yè)面開闊[7]。

4.1 新工法施工裝備

快速逐孔原位現(xiàn)澆制梁工法用于本工程的裝備主體由梁模合一型移動(dòng)模架，配套鋼筋籠提升系統(tǒng)、鋼筋籠吊具、移動(dòng)胎架等部分組成。詳見圖3。

圖3 新工法施工裝備

(1)梁模合一型移動(dòng)模架

梁模合一型移動(dòng)模架采用與混凝土箱梁外輪廓相吻合的異形鋼箱梁作為承重梁，同時(shí)作為外側(cè)模使用，結(jié)合低高度平開式底模，利用混凝土鐵路箱梁底面和板式墩身頂面間的空間過孔。該模架由主梁、前后導(dǎo)梁、墩頂移位機(jī)構(gòu)、底模、底模平移機(jī)構(gòu)、翼模、底模移動(dòng)平臺(tái)、液壓內(nèi)模、液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等組成。移動(dòng)模架升降、橫向開合、縱移過孔均采用液壓控制，動(dòng)作平穩(wěn)、安全可靠，同時(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率。前中后三個(gè)墩頂支撐可橫向調(diào)節(jié)，便于調(diào)整主框架平面位置。模架各結(jié)構(gòu)具備足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性[7-8]。

(2)鋼筋籠提升系統(tǒng)

為整體提升、下放鋼筋籠，模架主梁側(cè)面固定2臺(tái)提升支架。每個(gè)提升架上配1臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)起升系統(tǒng)。起升機(jī)構(gòu)上部天車布置縱、橫向調(diào)整油缸，下部吊具設(shè)置角度調(diào)平油缸，調(diào)整整體鋼筋籠前后、左右及橫向角度，最終保證鋼筋籠精確入位[9]。見圖4。

圖4 鋼筋籠提升系統(tǒng)斷面

提升支架由雙主梁、雙剛腿組成，支腿與模架主梁通過銷軸連接。主梁及支腿均為箱形結(jié)構(gòu)，滿足強(qiáng)度及剛度要求。起升系統(tǒng)設(shè)置有起升高度限位器、載荷限位器、起升超速控制器及卷?yè)P(yáng)機(jī)高速端雙制動(dòng)等措施，確保起升安全。

(3)鋼筋籠吊具[10-11]

鋼筋籠整體吊具由龍骨梁、吊梁、挑梁、縱向固定架、撐桿及環(huán)鏈羊角鉤等組成。截面為等腰梯形狀的桁架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，吊具上部設(shè)有供安裝用的起吊鉸座。吊具下方根據(jù)受力及鋼筋籠剛度控制等因素合理布置吊點(diǎn)。見圖5。

圖5 鋼筋籠吊具工作實(shí)景

通過整體吊裝可以很好地保證鋼筋綁扎質(zhì)量，使得縱向鋼筋接頭全部對(duì)焊，梁體質(zhì)量得到較好的控制，同時(shí)吊裝后鋼筋籠不變形。

(4)鋼筋籠綁扎移動(dòng)胎架

鋼筋籠綁扎移動(dòng)胎架由底部支架、上部支架、人行走道、下部的電機(jī)走行輪及軌道組成。支撐架全部采用型鋼焊(栓)接而成，保證足夠的剛度；走行輪可以在梁面鋪好的軌道上行進(jìn)，進(jìn)行鋼筋籠的運(yùn)輸作業(yè)。見圖6。

圖6 鋼筋籠移動(dòng)胎架

胎架上按設(shè)計(jì)鋼筋間距要求設(shè)置了限位槽口和定位支架，以定位各種型號(hào)的鋼筋，保證鋼筋骨架的線形及鋼筋間距滿足要求，實(shí)現(xiàn)了鋼筋綁扎“無(wú)尺化”，確保了鋼筋骨架綁扎的質(zhì)量和速度，節(jié)省施工成本[12-13]。

為減小人工勞作強(qiáng)度，進(jìn)一步提高在梁面移動(dòng)胎架上綁扎鋼筋的速度，綁扎鋼筋場(chǎng)可設(shè)置1臺(tái)小噸位的曲腿門吊，用于輔助起吊鋼筋、鋼絞線等。小門吊支腿為上寬下窄的曲腿結(jié)構(gòu)，上部開檔寬度大于鋼筋綁扎胎架寬度，下部走行輪開檔寬度小于梁面寬度。見圖7。

圖7 輔助曲腿門吊

4.2 新工法施工步驟

施工步驟1(圖8):

(1)移動(dòng)模架在n，n+1墩跨混凝土澆筑、養(yǎng)生；

(2)期間，在后方已澆梁面移動(dòng)胎架上綁扎整體鋼筋籠。

圖8 施工步驟1

施工步驟2(圖9)：

(1)n，n+1墩跨混凝土養(yǎng)生、張拉完成；

(2)模架主支撐油缸回落(約280 mm)，模架脫模；

(3)移動(dòng)胎架攜整體鋼筋籠進(jìn)入n，n+1墩跨梁面上。

圖9 施工步驟2

施工流程3(圖10)：

(1)模架上兩提升架攜吊具下落，與鋼筋籠多點(diǎn)連接；同時(shí)拆除鋼筋籠內(nèi)腔臨時(shí)支架；

(2)提升整體鋼筋籠，移動(dòng)胎架退出；

(3)將鋼筋籠與提升架支腿“八字”固定。

圖10 施工步驟3

施工步驟4(圖11)：

(1)利用模架下方移動(dòng)平臺(tái)解除底模中縫連接；解除底模橫梁與主梁錨固；

(2)利用底模橫移油缸將底模向左右各平移，避開墊石；底模與主梁間鎖定；

(3)操作底模橫移油缸，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)收起最外側(cè)的底模橫梁，避開公路墩預(yù)留鋼筋頭；

(4)參照運(yùn)架一體機(jī)攜預(yù)制梁縱移過孔模式[14]，移動(dòng)模架攜鋼筋籠縱移過孔，到達(dá)新的制梁位；

(5)拆除底模與主梁間鎖定；啟動(dòng)底模橫移油缸，兩側(cè)底模向內(nèi)橫移合龍;

(6)安裝底模與主梁之間的錨栓；安裝底模中間連接螺栓。

圖11 施工步驟4

施工步驟5(圖12)：

(1)微調(diào)模架縱向、橫向站位；

(2)頂升模架280 mm，使其到達(dá)制梁高程；

(3)提升機(jī)下落，整體鋼筋籠進(jìn)入模架模板腔體內(nèi)，下落過程中可微調(diào)鋼筋籠縱、橫向位置及偏角；

(4)液壓內(nèi)模移出已澆梁內(nèi)腔，并進(jìn)入鋼筋籠內(nèi)腔；同時(shí)從前到后分段拆除吊具與鋼筋籠連接。

圖12 施工步驟5

施工步驟6(圖13):

(1)澆筑混凝土，混凝土養(yǎng)生，張拉；

(2)同時(shí)在后方梁面綁扎整體鋼筋籠。

圖13 施工步驟6

施工步驟7(圖14)：

(1)n+1、n+2墩跨混凝土養(yǎng)生、張拉完成；

(2)模架主支撐油缸回落(約280 mm)，模架脫模；

(3)移動(dòng)胎架攜整體鋼筋籠進(jìn)入n+1、n+2墩跨梁面上。

圖14 施工步驟7

重復(fù)施工步驟1～步驟7，完成余下箱梁現(xiàn)澆作業(yè)。

4.3 新工法工效

通過以上施工方案的應(yīng)用，原有的施工工序被合理安排、并發(fā)執(zhí)行，極大提高了施工效率，采用本文所述方法施工一孔橋梁的周期可由原來(lái)的16 d縮減為9 d左右，具體如表2所示。

4.4 新工法實(shí)施條件

(1)配套裝備

表2 新工法施工周期

該制梁新工法施工裝備除了移動(dòng)模架外，還需配套鋼筋籠提升系統(tǒng)、鋼筋籠吊具、移動(dòng)胎架部分，設(shè)備成本較傳統(tǒng)工法大。

(2)人員配置[15]

該制梁新工法可在混凝土養(yǎng)生期間，將大量閑置時(shí)間及人員利用起來(lái)，在已澆梁面胎架上進(jìn)行整體鋼筋籠的綁扎作業(yè)；而鋼筋籠的整體運(yùn)輸及吊裝操作，可利用原模架施工操作人員，但必須具備相應(yīng)操作資質(zhì)。

(3)安全措施

該制梁新工法增加了鋼筋籠整體提升工序及相應(yīng)的提升裝備，須加強(qiáng)施工安全管理[16]，按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定[17]增設(shè)設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng)[18]，增加設(shè)備出廠前的型式試驗(yàn)流程及設(shè)備的監(jiān)檢取證。

5 結(jié)語(yǔ)

基于對(duì)制梁數(shù)量少于150孔、梁場(chǎng)建設(shè)困難、經(jīng)濟(jì)性不佳等因素制約，不便采用橋梁集中預(yù)制架設(shè)方案，而采用傳統(tǒng)的橋梁逐孔原位現(xiàn)澆工法及裝備，工效低，成本高的現(xiàn)實(shí)，參考預(yù)制梁架設(shè)思路，提出一種新的快速逐孔原位現(xiàn)澆工法及裝備。該工法和裝備已在某大橋上得到應(yīng)用，效果良好。

(1)該工法將“梁面移動(dòng)胎架綁扎鋼筋籠，并整體吊運(yùn)到模床安裝”的模式應(yīng)用在橋梁原位現(xiàn)澆施工中，可使施工中耗時(shí)最長(zhǎng)的綁扎鋼筋工序與橋梁澆筑、養(yǎng)生及張拉工序同時(shí)展開，有效提高移動(dòng)模架制梁工效，預(yù)計(jì)原位現(xiàn)澆施工一孔橋梁的時(shí)間可由目前的16 d，縮短為9 d(該工法已獲得國(guó)家發(fā)明專利)。

(2)鋼筋籠采用胎架半工廠化預(yù)制，并整體入模，綁扎效率高，且能很好地保證綁扎質(zhì)量。

(3)該工法配套設(shè)備多，設(shè)備成本較大；勞動(dòng)力配置合理，避免大量、長(zhǎng)期閑置；該工法配套設(shè)備增設(shè)必要的安全監(jiān)控措施，也為以后橋梁現(xiàn)澆施工的智能化提供先決條件。

本文所述的橋梁逐孔原位現(xiàn)澆工法及裝備，將梁場(chǎng)建在線路上，實(shí)現(xiàn)“空中制梁場(chǎng)”的概念，必將推動(dòng)橋梁原位現(xiàn)澆施工向綠色化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化施工方向發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益將日益突顯。