下行式移动模架是一种自带模板, 利用墩柱、承台作为支承, 对桥梁进行逐跨整孔原位现浇的施工机械。下行式移动模架末跨箱梁施工与标准节段施工相比, 除混凝土浇筑工艺相同外, 其余施工工艺均有较大差别, 涉及模架过孔、导梁拆除节点、模架合模锁定、支点改制加固、模架整体拆除等。造成差别的原因是等截面箱形桥梁常作为引桥与其他形式的主桥衔接, 其最后一个墩柱为引桥与主桥共用的过渡墩, 该过渡墩墩身截面尺寸比标准墩大, 导致移动模架末跨过孔后在过渡墩一侧模板无法合模, 需采取辅助措施进行施工。

常规的辅助措施为搭设临时墩柱作为移动模架过孔过渡及承重受力结构, 其施工投入产出比低, 国内目前尚未提出新技术以提升投入产出比。

海南铺前跨海大桥海口侧引桥位于塔市侧海湾, 桥跨布设为36×50m, 为等宽现浇连续箱形桥梁, 桥面宽15.75m、高2.8m, 底宽7.25m, 左、右幅翼缘板间净宽仅0.5m, 采用MSS50下行式移动模架施工 (见图1) 。引桥末跨连接单塔双索面钢箱梁斜拉桥主桥, 其末跨箱梁墩柱编号分别为35, 36号, 墩高18m, 其中, 36号墩为引桥与主桥共用的过渡墩, 两墩均采用花瓶形实心墩。引桥末跨箱梁实际浇筑长度为41m, 混凝土469.3m³。

该施工区域属热带海洋性气候, 年平均气温23.7℃, 4—10月均可能出现10级以上大风, 且每年有2～4个台风对桥梁施工造成影响。

1) 末跨箱梁35号桥墩墩顶宽9.24m, 36号桥墩墩顶宽11.80m, 两者宽度相差2.56m。末跨过孔时, 如按标准节段过孔流程, 移动模架前导梁与36号墩墩身顶部存在冲突 (见图2) 。采取措施满足过孔要求后, 由于36号墩墩柱比标准墩柱宽, 移动模架主梁仍无法合模就位, 这是末跨施工的重点和难点。

2) 引桥末跨箱梁位于海口塔市侧海湾, 属于水上作业, 末跨施工完成后移动模架需原路过孔至岸边进行下放拆除作业, 这就要求模架主梁前后两端的导梁不得随意拆除, 但实际施工时必须要拆除前导梁方可作业。内侧导梁由于左、右幅间距小且受水环境制约 (见图3) , 导梁拆除进行混凝土浇筑后, 吊车大臂无起吊作业空间, 这是末跨施工难点。

3) 移动模架及末跨箱梁混凝土总重约2 000t, 采用临时墩柱进行过渡支撑时, 临时墩柱承载力要求高, 一般按照永久墩柱标准进行设计、施工, 同时需额外搭设支栈桥等相关临时工程作为配套工程完成该施工, 且完工后需拆除, 施工成本高、安全风险大, 是末跨施工难点, 也是施工组织设计的难点。

4) 铺前跨海大桥引桥移动模架末跨施工的时间节点位于夏季, 有遭遇台风直接侵袭的可能, 移动模架末跨抗风稳定性的保障措施是施工的难点。

36号墩墩顶较35号墩墩顶宽2.56m, 施工时将移动模架两侧主梁各向外平移1.28m, 以保证过孔时前导梁能顺利从36号墩顶横截面两侧通过。由于主梁自重较大, 向外侧平移导致横梁弯矩增加, 为确保支撑牛腿结构强度满足要求, 防止因牛腿变形过大导致主梁侧翻的情况, 现场对主横梁进行贴板焊加强, 并经有限元软件验算通过。移动模架与35, 36号墩柱相对位置如图4所示。

在常规施工工艺中, 需在末跨箱梁3/5～4/5跨径处搭设临时墩柱和支撑牛腿。移动模架主梁前端截面超过临时墩柱横截面后, 逐步分段拆除前导梁, 待导梁拆除完成后, 继续前推移动模架直至主梁前端靠近36号墩, 形成以35号墩上牛腿、临时墩柱为支承点的单侧悬臂体系, 移动模架支点位置不发生改变, 但工艺繁琐。

通过对移动模架受力分析发现, 前、后导梁只在过孔时起作用, 过孔完成后便退出工作状态。根据这一特性, 移动模架主梁前推按照“只贴近而不超越36号墩柱”的思路实行, 因此现场不搭设临时墩柱, 只在36号墩墩身小桩号侧设置1榀牛腿。移动模架前推时, 当主梁前端越过36号墩小桩号侧牛腿且前端截面距墩身5cm时停止, 即末跨移动模架前推39.45m时停止 (见图5) 。

左、右幅翼缘板净宽0.5m, 墩柱净宽4.45m, 前导梁宽2.2m, 两幅翼缘外侧的前导梁拆除后可直接利用汽车式起重机拼装, 两幅翼缘之间鼻梁受作业空间限制拆除后不下放, 利用两侧翼缘板做扁担将前导梁悬吊在空中, 后续拼装直接采用手拉葫芦进行作业, 方便快捷。

前导梁拆除过程中, 两侧主梁质量发生变化, 移动模架自平衡工况被打破, 因此在同步拆除两侧主梁时, 为补偿因前导梁拆除产生的不平衡弯矩, 主梁下部增加相应配重块, 防止主梁向内发生扭转侧翻。

移动模架主梁前端在墩前拆除前导梁后, 其模架空间位置不再与36号墩墩顶混凝土重叠, 两侧主梁可相向平移各行走1.28m进行合模, 合模后对底模板上原设计预留的标准段墩柱开窗进行封闭 (见图7) , 封闭按照等强度原则, 即采用相同规格横梁及小纵梁进行焊接加固。

与标准节段每循环前推50m不同, 本方案末跨前推39.45m, 标准节段移动模架支撑中心位置距主梁末端截面分别为2.5, 52.5m, 本方案末跨支撑中心位置距主梁末端截面分别为12.18, 62.18m, 则末跨主梁实际支撑位置发生改变, 需对新支撑点受力部位进行局部改制加固。

末跨箱梁实际浇筑长度为41m, 浇筑方量469.3m³, 质量为标准节段的64.4%, 通过计算, 可将支撑点数量由前4后4减少为前2后4, 在保证安全的前提下, 可进一步减少作业时间。支撑位置及数量如图8所示。

末跨混凝土浇筑并张拉完成后, 两侧主梁向外平移打开, 外侧前导梁直接利用汽车式起重机重新完成拼装, 两幅间前导梁由于采用精轧螺纹钢悬吊在空中, 因此可通过精轧螺纹钢调整空间位置与主梁完成拼接。拼装完成后, 移动模架整体原路回退至岸边下放拆除。

末跨箱梁施工方案各要素优劣对比如表1所示。由表1可知, 相比末跨常规施工方案, 新技术采用支点改制加固、底模天窗封闭等低消耗施工, 以及墩前合模、前导梁悬吊等措施, 直接利用现有承台做支撑便完成末跨箱梁施工, 避免设置临时桩基、承台、墩柱的高投入施工;支点改制加固施工操作简便, 可预先在主梁内完成施工, 不受地质、水文、天气影响, 作业时间短, 而常规方案需在水中作业, 工期不可控。

海南铺前跨海大桥引桥移动模架末跨箱梁施工, 从新技术的研究到实际应用, 始终贯彻“安全适用、经济高效”的原则, 本项目将研究成果用于末跨施工不仅能保证施工安全, 而且缩短了工期。采用不设临时墩柱的移动模架末跨施工技术, 免除水中搭设临时墩柱, 直接利用现有承台, 经济效益巨大。