小欖水道橋主跨鋼管拱吊裝及豎向轉體施工

湯厚興

1 工程概況

小欖水道特大橋是新建廣州—珠海城際軌道交通工程項目三大重點控制工程之一,跨越國家Ⅳ級航道——小欖水道,該水道與線路夾角為73.5°,主跨為(100+220+100)V構連續剛構鋼管拱橋。鋼管拱拱肋采用N形桁架,在靠近拱腳位置采用變高度啞鈴形截面。上、下弦管直徑為900 mm,壁厚分24 mm,22 mm和20 mm三種,為鋼管混凝土結構,腹桿采用φ 600 mm×16 mm的空鋼管。拱肋計算跨徑為160 m,鋼管拱上弦管矢高40 m,矢跨比1/4,拱肋間設7道橫撐,拱頂3道為米字撐,其余4道為K字撐;橫撐 由φ 500 mm ×12 mm,φ 300 mm×10 mm,φ 350 mm ×12 mm,φ 200 mm×10 mm鋼管組成,全橋拱肋吊桿共設15對,順橋向間距為9 m,全橋整體鋼拱重量達850 t。

2 施工方案

鋼管拱肋拼裝采用臥拼方案,拱肋按南北方向分別拼裝,臥拼順序為從拱腳到拱頂,利用纜索吊將節段拱肋起吊安裝放置于橋面臨時支架上,進行節段焊接,保證了節段拱肋的線性。鋼管拱全部安裝焊接完成后,利用豎轉塔和同步液壓提升系統進行豎向轉體施工,完成合龍。

3 鋼管拱節段吊裝施工

3.1 臥拼支架施工

根據拱肋拱軸線線形,在主梁橋面上設置拱肋拼裝鋼管支架,拱肋拼裝支架設置在拱圈水平面投影位置,拱肋臥拼時按照實際空間位置和豎轉過程互不干涉原則,北岸兩組拱肋拼裝支架高于南岸。以距離拱腳端中心8 m的位置為起點,順橋向每9 m設φ 530 mm×8 mm的鋼管作為支撐立柱,其中上下游拱肋拼裝支架形式一樣,北岸方向編號為1號～8號支墩,南岸方向編號為9號～16號支墩,其中9號支墩分上下兩層,分別支撐北岸和南岸鋼管拱,拼裝支架縱向加固采用相鄰支架加槽鋼縱撐,其中3號～8號支墩采用加縱撐桁架的方法,橫向頂部加固采用上下游支架加工字鋼橫梁連接橫向鋼管,另在橫橋面方向上用槽鋼斜撐連接。臥拼支架立面圖見圖1。

3.2 纜索吊系統安裝

索塔是吊裝拱肋和鋼管拱豎轉時的豎向傳力構件,索塔采用西乙型萬能桿件拼裝,南北岸各設置1個索塔。每個塔架由兩根立柱組成,兩根立柱橫向凈空距離為6 m,立柱豎向設置兩道橫向聯系撐,第1道橫撐在14 m塔高位置,第2道橫撐在26 m塔高位置,立柱頂橫向采用啞鈴形結構橫向通長連接,整個塔高42 m。

纜索吊裝系統由主索、承重索、起重索、牽引索、索鞍、滑移系統、臨時錨碇、走行小車等組成。

主塔施工完成后,進行塔頂橫梁的架設和主索鞍的安裝,隨后進行牽引系統的架設和主纜承重索架設,起重系統安裝。最后進行主纜垂度調整并在臨時錨碇處錨固,并且在索塔兩側拉纜風繩,增加其整體穩定性。

3.3 拱肋節段吊裝施工

1)纜索吊試吊。纜索吊裝系統在正式起吊前,進行試吊試驗,以檢測驗證其吊重能力及各種工況下的纜索系統的受力及變形是否和計算相一致,保證其結構的安全可靠性。2)拱腳預埋段安裝。在正式吊裝拱肋節段之前,必須首先安裝拱腳預埋段,南北兩岸均利用塔吊將拱腳預埋段吊至橋面拱腳處進行安裝。預埋段必須采用鋼支撐作加固,預埋段安裝必須嚴格控制安裝精度,為安裝豎轉鉸施工奠定基礎。3)拱肋節段和橫撐安裝。鋼管拱根據設計圖紙加工成標準件節段,南北兩岸拱肋分開拼裝,利用纜索吊依次將已編號的拱肋節段由橋下起吊,起吊放置于橋面已安裝的臥拼支架之上,然后進行節段焊接,同時進行橫撐安裝,南岸與北岸施工方法一致。4)節段焊接。節段焊接采用CO2氣體保護焊。平位對接焊縫采用CO2氣體保護焊打底,埋弧自動焊填充、蓋面。應嚴格按橋上焊接工藝規程進行施焊,采取對稱施焊順序,以減小焊接變形和焊接殘余應力。5)豎轉鉸施工。用全站儀對豎轉鉸安裝位置精確放樣,用水準儀精確測量標高,全橋鉸軸設計共計4個,在豎轉施工過程中鉸軸的受力比較大,因此在保證測量精度的前提下,還需要進行剛性支撐,鉸軸采用體外支撐方法,利用鉸軸將剛性支撐定位,然后進行鉸軸的安裝,同時在豎轉施工前,進行鉸軸灌注C50微膨脹混凝土,增大其剛性。

4 豎向轉體施工

4.1 主要施工方法

在V構橋面兩端設置豎向轉體反力架,提升千斤頂安裝在反力架上,每臺千斤頂由20根直徑為15.24且強度為1 860 MPa級的鋼絞線穿過,通過豎轉塔與拱肋上的吊點連接,作為提升索構成承力系統,豎轉布置圖見圖2。

豎向轉體南北兩岸拱肋提升通過同步液壓提升控制系統控制,系統設置LSDKC-8液壓控制系統兩套,計算機按過程檢測數據調節控制比例閥,先拱肋脫架,然后實現高同步精度豎向轉體。待南、北鋼管拱豎向轉體就位,對接拼裝完成后,拆除設備,完成施工。

4.2 主要施工順序

1)吊點和反力架安裝。采用鋼板組合孔錨板焊接制作而成吊點,將鋼絞線穿過孔錨板,端部用夾片和擠壓套管進行錨固,另外一端通過豎轉塔頂部,然后穿過V構橋面反力架,反力架再通過設置后錨進行錨固。2)后錨系統預緊。反力架通過導向鋼絞線與梁體端部錨固,錨固端設置在梁體端部內箱,錨固端采用型鋼組合箱加錨具夾片錨固。為了防止反力架在提升初期發生大范圍內縱向位移,因此在提升前進行后錨系統預緊,在張拉端千斤頂尾部采用單根張拉,每根鋼絞線初張拉力約為初始提升力的30%。3)拱肋脫架。脫架前,解除鋼管拱與臥拼支架約束,利用同步液壓控制系統,逐步提高千斤頂張拉力,給千斤頂逐次增加至設計初始張拉力,直至鋼管拱脫架。4)拱肋豎向轉體提升。脫架完成后,進行同步豎向轉體施工,施工過程中由同步液壓控制系統控制千斤頂拉力,上下游兩肋保證同步提升,提升過程中進行應力監測和變形觀測,豎向轉體到位后保留一定的預留高度,方便合龍口標高調節。5)拱頂合龍口焊接。在鋼管拱調至設計合龍標高后,夜間進行安裝花籃螺桿和法蘭盤焊接,實現瞬間合龍。6)拱腳接頭施工。豎向轉體施工完畢,拆除提升索,進行拱腳接頭焊接,完成拱腳固結。

4.3 施工要點

1)拱肋脫架時,當提升索張拉至設計啟動張拉力的100%時,觀測主肋脫架情況,如此時主拱肋未脫架,各施工組檢查各系統是否正常,檢查臨時固結點是否完全脫離,若一切正常啟動千斤頂張拉力至110%,直至主拱肋脫離拱架停止,脫架高度從拉索在日溫差變形影響及安全考慮下,主拱不接觸拱架即可。2)豎轉過程中,監控組、測量組要隨時跟蹤采集數據,開始提升時的前1個～3個行程,要連續觀測,掌握鋼管拱縱橫向軸線情況及左右側的標高情況。3)拱面預留高度,最后一級豎轉將到位時即可停止,預留不小于300 mm高度(低于設計標高)以便合龍標高調整。4)拱頂合龍選擇一天最低氣溫時間,具體時間應提前進行連續48 h溫度場監測來確定。

5 結語

小欖水道特大橋主跨(100+200+100)V鋼管拱組合橋,鋼管拱拱肋采用臥拼支架和纜索吊進行節段吊裝施工,利用同步液壓系統和豎轉塔進行豎向轉體到位,進行合龍,成功的解決了大跨度V構—鋼管拱組合連續梁鋼管拱施工的技術問題,保證了拱頂合龍口和拱腳接口偏差在設計規范允許范圍之內,為類似先梁后拱及大跨度鋼管拱實現大角度、大噸位、大跨度豎向轉體施工提供了經驗借鑒,同時也為類似結構的鐵路客運專線提供了經驗參考。

[1]姚林森.橋梁工程[M].北京:人民出版社,2001.

[2]陶建山,任旭初,陳國祥.貴州水柏鐵路北盤江大橋鋼管拱轉體施工技術[J].橋梁建設,2001(2):50-53.

[3]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].第2版.北京:人民交通出版社,2007.

[4]GECS 28∶90,鋼管混凝土結構設計與施工規程[S].

[5]陳寶春.鋼管混凝土拱橋施工問題研究[J].橋梁建設,2002(3):55-59.