周星辰
上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司第一工程公司 上海 200082
為解決當(dāng)代社會城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)存在的各種交通問題,橋梁工程在近些年的市政基建中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。鋼梁由于其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、適用性廣等優(yōu)點,在當(dāng)今橋梁設(shè)計,尤其是大跨度橋梁中越來越常見。在鋼梁橋位安裝施工中,在具備施工條件的情況下,將鋼梁節(jié)段一次性直接吊裝至設(shè)計橋位是首選方法[1-4],但在很多情況下,受到地形、施工設(shè)備等因素的限制無法做到這一點。在這類情況下,一般采用的方法是先將鋼梁吊裝至設(shè)計橋位附近的臨時臺架上,再用其他設(shè)備將鋼梁二次移動至設(shè)計橋位。
當(dāng)前施工行業(yè)中,頂推法是常見的二次移動施工方 法[5-9],利用三向千斤頂,將拼好的節(jié)段逐漸向前推進(jìn)直至設(shè)計橋位,這種方法通常有以下幾個特點:需輔助鋼導(dǎo)梁;需配備多組三向千斤頂或步履式千斤頂,各組千斤頂之間需保證高度同步;需設(shè)置多個頂推墩,必要時需架設(shè)臨時墩;單輪頂推的行程量受制于整段梁的整體穩(wěn)定平衡;需頻繁倒行程,中途需不斷糾偏;當(dāng)施工設(shè)備性能及場地有限時,會增加橋位焊接的工作量,可能對工程質(zhì)量及工期產(chǎn)生負(fù)面影響。
本文針對溫州市七都大橋北汊橋工程主線變寬段鋼梁的橋位安裝施工,采用一種牽引滑移的施工工藝,以克服施工中存在的場地條件限制、施工設(shè)備性能限制及工期緊張等方面的困難,確保鋼梁能夠安全、優(yōu)質(zhì)、迅速地完成橋位安裝。
溫州市七都大橋北汊橋項目起點K0+000接已經(jīng)通車運營的七都大橋(南汊橋)終點,起點側(cè)設(shè)七都互通(南汊橋和本項目各實施兩匝道),并與緯一路相連。跨越甌江后,終點位于永嘉縣新建村南側(cè)空地,設(shè)置新建樞紐并接局部改線后的104國道,主線預(yù)留跳水平臺,遠(yuǎn)期與烏牛段延伸工程相連,樁號K1+866,項目全長1 866 m??缭疆T江北航道的特大橋主橋為160 m+360 m+160 m單索面雙獨柱橋塔疊合梁斜拉橋,引橋長度1 186 m,互通樞紐2處,局部改建104國道1.74 km。
工程主線K1+431.000—K1+716.000里程范圍為4×56.25 m+60 m跨徑的鋼混疊合梁形式引橋,連接主線30#~35#墩共計6座橋墩,較小里程的4跨56.25 m段均位于甌江北汊上,大里程1跨60 m段橫跨永嘉甌江防洪堤,防洪堤位于60 m跨的跨中,堤頂寬約7.5 m,堤背為約30°的土質(zhì)斜坡,其外側(cè)為甌江拋石護(hù)坡,內(nèi)側(cè)為農(nóng)村耕地。
單幅結(jié)構(gòu)形式為等高單箱室鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁,槽型鋼梁整體上由頂板、腹板、底板、桁架式空腹橫梁、支點橫梁、腹板加勁肋、底板加勁肋組成,頂面設(shè)置平聯(lián)系統(tǒng),以增強(qiáng)鋼梁在其頂推、橋面板鋪設(shè)過程中的穩(wěn)定性。槽型鋼梁除第5跨即60 m跨為變寬段外,其余均為等寬段(圖1、圖2)。
圖1 引橋鋼梁(部分)三維
圖2 單幅引橋鋼梁結(jié)構(gòu)斷面(藍(lán)色為橋面板、紅色為鋼梁)
鋼梁底板成直線形,板厚24~56 mm,不等厚對接時保持底部平齊,接縫處變化斜率不陡于1∶8;底板寬度等寬段為7.15 m,變寬段為7.150~12.347 m。梁中心線高3.5 m,主梁橫向坡度通過內(nèi)外側(cè)腹板高度不一致進(jìn)行設(shè)置。等寬段桁架式空腹橫梁標(biāo)準(zhǔn)間距4.5 m。腹板加勁肋間距1.5 m。變寬段根據(jù)受力需要,在箱梁中心處設(shè)置小縱梁,小縱梁每隔2 m支承在空腹式橫隔板桁架上,桁架式空腹橫梁間距布置為2 m。
4×56.25 m+60 m段引橋鋼梁劃分為32個節(jié)段,最重節(jié)段為91.194 t,節(jié)段長度7.10~11.75 m不等。
主線30#—34#墩之間的4跨56.25 m鋼梁位于甌江中,可采用大節(jié)段加工廠提前組裝+浮吊一次性直接吊裝至設(shè)計橋位的方法進(jìn)行安裝。主線34#—35#墩之間為防洪堤,外側(cè)為拋石護(hù)坡及淤泥河床(低潮位河床部分裸露),該地形無法??繃嵨贿^大的浮吊,導(dǎo)致該跨無法整跨一次性直接吊裝,必須經(jīng)二次移動才可安裝至設(shè)計橋位。若采用傳統(tǒng)的頂推法,場地條件決定了除必需的用于梁段精調(diào)的三向千斤頂外,需額外投入頂推用步履式千斤頂,以及平板車、大噸位履帶吊用于梁段轉(zhuǎn)運,大大增加橋位焊接工作量及測量作業(yè)量,影響工期乃至質(zhì)量;此外,頂推施工需單獨設(shè)計加工一套鋼導(dǎo)梁,對工期、成本、安全等方面均會產(chǎn)生負(fù)面作用。
考慮到防洪堤內(nèi)側(cè)為農(nóng)村耕地,已具備或采用地基處理后具備一定水平的承載能力,因此該跨的鋼梁安裝采用搭設(shè)鋼管支架的方法施工。34#—35#墩之間共包括8塊設(shè)計節(jié)段,具體參數(shù)如表1所示。
表1 節(jié)段基本參數(shù)匯總
結(jié)合鋼梁參數(shù)及設(shè)備性能,在采用搭設(shè)鋼管支架的基礎(chǔ)上,采用如下方案:NDE—NE3及NE4—NE7分別在加工廠提前拼接好作為整體大節(jié)段,運至現(xiàn)場后,先利用浮吊將NE4—NE7大節(jié)段從主線34#墩位置吊裝至鋼管支架上,后利用千斤頂將該節(jié)段牽引至35#墩。NDE—NE3采用浮吊直接吊裝至設(shè)計橋位的工藝進(jìn)行安裝。采用該種施工工藝,鋼管支架不僅作為拼裝胎架使用,還將作為鋼梁牽引施工時的滑移軌道。
本工程滑移用支架兼用作鋼梁的橋位拼裝胎架,因此支架的性能應(yīng)滿足以下2種工況:NE4—NE7鋼梁滑移;NDE—NE3與NE4—NE7的對接拼裝。
支架設(shè)計為鋼桁架形式。根據(jù)鋼梁的截面寬度,設(shè)置3條滑移軌道,并控制支架單跨跨徑不超過12 m。支架鋼管立在永久結(jié)構(gòu)承臺或臨時承臺上,并利用工字鋼作為連接系將鋼管連成整體以增加穩(wěn)定性。
上部結(jié)構(gòu)中,縱梁為承重結(jié)構(gòu),兼用作滑移軌道,橫梁及橫向連桿用于增加支架整體的橫向穩(wěn)定性。承重縱梁為鋼桁架結(jié)構(gòu),桁架高2.25 m,桁架弦桿及腹桿采用國標(biāo)H型鋼,弦桿沿縱向每1.5 m設(shè)置一道橫向加勁板,相鄰腹桿-弦桿連接節(jié)點間的弦桿長度不大于2 m。支架結(jié)構(gòu)具體如圖3所示。
采用Midas Civil2019專業(yè)計算軟件對支架的安全性能進(jìn)行分析,支架所有桿件按照梁單元處理,所有節(jié)點均為剛性節(jié)點,鋼管根部約束所有方向的位移。荷載工況分為以下2種情況:
圖3 支架結(jié)構(gòu)三維示意
1)NE4—NE7節(jié)段滑移。按照四點受力計算,受力點按照滑移期間的最不利工況布置,每個受力點作用1個豎向集中荷載和1個順橋向的水平集中荷載,豎向荷載取節(jié)段質(zhì)量的1/4,并視為支架的可變荷載,水平荷載取豎向荷載的0.1倍(滑動摩擦因數(shù)按0.1計)。
2)NDE—NE3與NE4—NE7節(jié)段對接。對接時,2個節(jié)段的近墩端已支承在永久墩上,僅跨中端支承于支架縱梁上,因此按四點受力計算,每個點作用1個豎向集中荷載,2排受力點上均取各自節(jié)段質(zhì)量的1/4,并視為恒荷載。計算分析結(jié)果如表2所示。
表2 滑移及對接工況計算結(jié)果
支架鋼管分節(jié)搭設(shè),首節(jié)搭設(shè)完畢后及時安裝橫向、縱向及斜向的連接系,確保鋼管的穩(wěn)定性。上部桁架式縱梁在加工場內(nèi)進(jìn)行組裝以及預(yù)拼,再分節(jié)吊裝至支架鋼管上,縱梁從35#墩向34#墩逐片安裝,安裝接縫與支架鋼管錯開1 m,保證鋼管頂部縱梁的連續(xù),接縫預(yù)留1 cm間隙,采用環(huán)口對接焊縫連接2片桁架的弦桿,并增加鋼板進(jìn)行搭接補(bǔ)強(qiáng),確保接縫位置的強(qiáng)度。安裝時嚴(yán)格控制線型,確保標(biāo)高與水平的偏差均控制在2 cm以內(nèi)。
節(jié)段滑移采用一對20 t級連續(xù)式千斤頂,千斤頂通過鋼絞線將鋼梁向前牽引,完成鋼梁的滑移。
3.2.1 牽引系統(tǒng)
用于牽引鋼梁的鋼絞線,一端穿入千斤頂,千斤頂通過反力架固定于滑移支架縱梁上。反力架布置位置盡量靠近滑移支架前端,以減少錨固轉(zhuǎn)換的操作(圖4)。
圖4 前端牽引系統(tǒng)示意
鋼絞線另外一端,通過錨具錨固于焊接在鋼梁上的反力牛腿上。當(dāng)牽引開始時,千斤頂不斷“回收”鋼絞線,使得鋼梁錨固點與千斤頂反力架之間的鋼絞線不斷縮短。由于千斤頂及其反力架已被固定不能移動,因此鋼梁在鋼絞線的“拖拽”下不斷向前端的千斤頂靠近,從而達(dá)到牽引鋼梁的目的。
錨固牛腿采用厚20 mm鋼板加工。牛腿在鋼梁底板前端對齊滑軌的位置設(shè)置,牛腿與鋼梁采用雙面直角焊縫滿焊連接,焊縫尺寸不小于10 mm(圖5)。
圖5 后端鋼梁錨固系統(tǒng)示意
3.2.2 滑靴
鋼梁借助鋼滑靴在滑軌上移動,滑靴起到將鋼梁質(zhì)量傳遞給支架以及同鋼梁一起向前滑移的作用,共設(shè)置前后2排,每排設(shè)置2個。滑靴采用工字鋼+鋼板加工而成,為增加滑靴的整體橫向穩(wěn)定性,將每排的2個滑靴做成整體,組成“滑移橫梁”的形式(圖6)。
圖6 滑移橫梁結(jié)構(gòu)示意
滑靴頂部的鋼梁墊板采用厚30 mm、平面尺寸為600 mm×400 mm的矩形橡膠板,利用橡膠板良好的壓縮能力調(diào)節(jié)鋼梁與滑靴的接觸,使得四點支承力盡量均勻,橡膠墊板下方鋪設(shè)長12 m的三拼22a#工字鋼并連通同一排的2個滑靴支點,滑移板采用3塊厚20 mm、尺寸為400 mm×1 000 mm的矩形鋼板疊合而成,并在底面墊一塊300 mm×1 000 mm的聚四氟乙烯板,確保不會因為滑靴與滑軌間的摩擦阻力過大而影響滑移的流暢度?;瓢鍍蓚?cè)焊接限位板,防止因滑道線形偏差、牽引力方向偏差而導(dǎo)致滑靴墜落。
3.2.3 滑移施工
設(shè)備安裝完畢后,檢查設(shè)備是否正常,并進(jìn)行空載試運行,確認(rèn)油壓、位移等指標(biāo)正常后,利用卷揚機(jī)預(yù)緊鋼絞線,準(zhǔn)備鋼梁的牽引滑移。待鋼絞線繃緊后,反力牛腿位置將鋼絞線前端錨固牢固,之后千斤頂進(jìn)行分級加載,開始進(jìn)行鋼梁牽引。
牽引過程中,密切注意千斤頂、反力架及滑移支架的情況,一旦出現(xiàn)異常立即停止施工,查明原因并排除異常后,方可繼續(xù)牽引滑移。此外全程注意鋼梁的偏位情況,確保鋼梁沿滑移軌道方向前進(jìn),出現(xiàn)較大偏位時應(yīng)停止滑移作業(yè)并及時糾偏。通過千斤頂行程的不斷倒換,完成鋼梁的連續(xù)前移。
鋼梁滑移至設(shè)計橋位附近后,解除牽引滑移系統(tǒng),采用4臺三向千斤頂進(jìn)行梁段的平面位置精調(diào),精調(diào)測量復(fù)核完畢后,做好臨時限位,準(zhǔn)備與后續(xù)梁段的對接作業(yè)。
當(dāng)NE4—NE7滑移到位后,進(jìn)行NDE—NE3節(jié)段的橋位吊裝及與NE4—NE7的對接。吊裝前,先將NE4與NE7的前端支承轉(zhuǎn)換至永久墩35#墩墩頂,并在34#墩墩頂以及節(jié)段環(huán)口接縫附近的支架縱梁頂面放置好用于梁段平面位置精調(diào)的三向千斤頂和臨時鋼支墩。用于精調(diào)NDE—NE3節(jié)段以及臨時支承NDE—NE3節(jié)段的鋼支墩各配備4副,一半放置在34#墩墩頂,一半放在節(jié)段環(huán)口接縫附近的支架縱梁頂面上。設(shè)備材料安置完畢后,千斤頂完成調(diào)試工作并確??梢哉_\行,做好拼裝胎架,即滑移支架接收NDE—NE3節(jié)段的準(zhǔn)備。
對接時,先利用浮吊將NDE—NE3節(jié)段吊裝至設(shè)計橋位附近,讓鋼梁落于臨時鋼支墩上,之后,由三向千斤頂對鋼梁的平面位置及標(biāo)高進(jìn)行精調(diào)。由于NDE—NE3節(jié)段質(zhì)量會使支架產(chǎn)生二次變形,因此需同時復(fù)測NE4—NE7節(jié)段的平面位置及標(biāo)高,檢查拼裝線形是否符合設(shè)計及施工監(jiān)控要求。若NE4—NE7節(jié)段位置偏離較大,則采用三向千斤頂進(jìn)行二次精調(diào),使2片大節(jié)段符合設(shè)計及施工監(jiān)控要求的拼裝線形。待梁段調(diào)節(jié)完成,再進(jìn)行2個節(jié)段的焊接工作。
節(jié)段完成焊接、焊縫冷卻且通過探傷檢測后,將已經(jīng)連成整體的NDE—NE7大節(jié)段的支承全部轉(zhuǎn)換至永久墩上,臨時支架不再受力。完成支承轉(zhuǎn)換后,采用豎向千斤頂進(jìn)行落梁作業(yè)。落梁采用2對300 t級千斤頂,千斤頂布置在集中荷載承受能力最強(qiáng)的支座中心線橫斷面位置,以確保落梁過程中鋼梁底板不會因較大的集中力而產(chǎn)生屈服 變形。
本文通過對七都北汊橋主線變寬段鋼梁橋位安裝施工條件進(jìn)行分析,采取了一種牽引滑移的施工工藝,得出以下結(jié)論:
1)采用牽引滑移施工工藝,可克服因施工場地及起重設(shè)備性能限制帶來的施工困難,并且相比于傳統(tǒng)的頂推施工工藝,能降低施工設(shè)備及臨時材料的投入,減少現(xiàn)場焊接作業(yè)量及測量作業(yè)量,在施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度等方面均存在優(yōu)勢。
2)采用桁架結(jié)構(gòu)作為滑移施工的軌道及鋼梁拼接胎架,施工中嚴(yán)格控制支架的安裝精度,以滿足承載能力要求及使用要求。
3)采用整體式滑靴與穿心式千斤頂組成的滑移系統(tǒng),滑靴的整體性及限位構(gòu)造能確保鋼梁在施工過程中不產(chǎn)生過大的偏位,穿心式千斤頂則能保證鋼梁滑移的連續(xù)進(jìn)行,有利于施工安全及進(jìn)度的保障。
本文所述的牽引滑移安裝施工工藝,為各種存在地形、設(shè)備、工期等制約因素的類似鋼梁安裝工程提供了一種參考方案。
[1] 陳理平,汪雙炎,劉其偉.多種類型斜拉橋主梁施工技術(shù)[J].橋梁建 設(shè),2006,36(4):52-55.
[2] 易云焜,岳青,嚴(yán)和仲.疊合梁斜拉橋主梁施工工序方案比選[J].公 路,2012(12):36-38.
[3] 韓玉,秦大燕,黃紹結(jié),等.山區(qū)斜拉橋中跨主梁纜索吊機(jī)安裝技術(shù) [J].公路,2017(6):154-157.
[4] 胡海波.武漢二七長江大橋主橋結(jié)合梁施工技術(shù)[J].橋梁建設(shè), 2012,42(3):1-6.
[5] 姜金鳳,姜賀.武漢二七長江大橋6×90 m鋼—混結(jié)合連續(xù)箱梁頂推 施工[J].鐵道建筑,2012(10):15-18.
[6] 劉晟,李英俊,張利,等.清水浦大橋組合主梁安裝工藝總結(jié)[J].公路, 2011(4):34-41.
[7] 潘軍,徐瑜.港珠澳大橋九洲航道橋主梁及橋塔施工關(guān)鍵技術(shù)治[J]. 橋梁建設(shè),2016,46(6):1-6.
[8] 王艷峰,潘軍.港珠澳大橋鋼-混組合梁制造及安裝關(guān)鍵技術(shù)[J].交 通科技,2015(2):34-36.
[9] 陶建山.港珠澳大橋集束式剪力釘鋼-混組合連續(xù)梁施工技術(shù)[J].橋 梁建設(shè),2014,44(6):1-6.