大型拱腳連接鉸斜面安裝施工定位控制技術(shù)

詹 富 帝

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

在現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中，一般以鋼結(jié)構(gòu)拱橋?yàn)橹鳎摻Y(jié)構(gòu)的運(yùn)用大大提升了拱橋的單跨跨徑以及結(jié)構(gòu)的耐久性，并且使其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及造型美觀上有了更多可能。拱腳作為拱橋的主要受力及傳力結(jié)構(gòu)是相當(dāng)重要的部位，傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)拱橋拱腳的設(shè)計(jì)一般采用與混凝土直接結(jié)合。隨著科技水平的發(fā)展以及設(shè)計(jì)水平的不斷提升，拱腳設(shè)計(jì)也變得多種多樣[1]。

天保灣大橋的拱腳采用拱腳連接鉸將主拱下弦與拱座混凝土連接，因此，拱腳連接鉸在加工過(guò)程中的精度以及施工過(guò)程中的安裝定位成為施工控制中的關(guān)鍵。

2 結(jié)構(gòu)形式

2.1 拱腳結(jié)構(gòu)

天保灣大橋拱腳設(shè)計(jì)為鉸結(jié)形式，通過(guò)拱腳連接鉸將主拱下弦桿和拱座混凝土連接在一起。拱腳連接鉸通過(guò)預(yù)埋件與拱座混凝土結(jié)合在一起，拱腳連接鉸與拱座混凝土安裝接觸面為43°斜面，連接鉸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為0.01°。單個(gè)拱座連接鉸的整體重量達(dá)47.4 t，屬于大型鑄鋼鉸支座。

2.2 拱腳連接鉸結(jié)構(gòu)

拱腳連接鉸主要由連接套、上搖、下?lián)u、制動(dòng)板、預(yù)埋板、套筒及預(yù)埋錨桿等部件組成。連接套嵌入主拱下弦箱型桿內(nèi)，通過(guò)螺栓固定連接。連接套端部直接插入上搖凹槽內(nèi)，上搖與下?lián)u之間設(shè)置滑動(dòng)套并通過(guò)制動(dòng)板連接固定。預(yù)埋板、套筒和預(yù)埋錨桿埋入拱座混凝土內(nèi)，預(yù)埋板頂面與拱座混凝土頂面形成一個(gè)共同的平面，下?lián)u與預(yù)埋板通過(guò)螺栓固定連接(圖1)。

圖1 拱腳連接鉸結(jié)構(gòu)組成

3 拱腳連接的鉸加工與制造

拱腳連接鉸的主體部件為鑄造件，需要在加工廠內(nèi)加工制造成型。各部件之間采用拼接和栓接，因此其加工精度對(duì)整個(gè)連接鉸組拼及安裝精度起到了關(guān)鍵作用。在連接鉸加工廠家的選擇上，其需具備相應(yīng)的大型鑄鋼件生產(chǎn)加工制造經(jīng)驗(yàn)。加工設(shè)備需全部采用數(shù)控機(jī)床以保證加工精度，加工精度需控制在毫米級(jí)以下[2]。

3.1 連接套的加工

連接套的整體尺寸為1 910 mm×1 410 mm×1 800 mm，下部突出部分嵌入上搖上部凹槽，上部整體插入主拱下弦箱型桿內(nèi)，頂部與拱肋反力座連接，側(cè)面通過(guò)螺栓與主拱連接。由于連接套整體尺寸較大、重量更達(dá)18.9 t，如果考慮連接套與主拱分別加工完成后再插入進(jìn)去施工難度較大，而且連接套與主拱配孔可能會(huì)存在誤差而導(dǎo)致螺栓無(wú)法安裝。因此，對(duì)于這部分的加工制造方案為現(xiàn)將連接套加工成型并與上搖匹配，以保證二者能夠正常契合，然后根據(jù)成型的連接套加工相應(yīng)的主拱，主拱配孔根據(jù)連接套成孔加工，直接將二者加工成為一個(gè)整體，在安裝中亦采用整體吊裝。

3.2 上、下?lián)u的加工

上、下?lián)u的接觸面為半圓形凹槽，中間設(shè)置滑動(dòng)套，二者必須結(jié)合緊密才能保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及耐久性。上、下?lián)u毛坯件采用數(shù)控機(jī)床刨銑以保證加工精度，確保二者接觸面緊密。

3.3 預(yù)埋組件的加工

預(yù)埋組件由預(yù)埋板、套筒和預(yù)埋錨桿組成。下?lián)u與預(yù)埋板通過(guò)20根螺栓連接，螺栓與對(duì)應(yīng)套筒、錨桿連接。預(yù)埋板與套筒分別加工成型并通過(guò)下?lián)u成孔進(jìn)行預(yù)埋板配孔，將預(yù)埋板與套筒焊接成整體，以保證預(yù)埋板與下?lián)u成型的安裝精度。

3.4 組 拼

連接鉸各部件加工完成后進(jìn)行整體組拼，本次組拼主要為預(yù)埋板、下?lián)u與上搖。上搖與連接套之前已經(jīng)組拼檢查完成，本次即不再組拼連接套。本次組拼的目的是為了檢查連接鉸的成型結(jié)構(gòu)尺寸，主要檢查數(shù)據(jù)為組合高度。連接鉸的組合高度直接影響到主拱的成型線形，是整個(gè)安裝定位的關(guān)鍵之一，只有在組合尺寸滿足設(shè)計(jì)要求后才能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。

4 拱腳連接鉸安裝方案

由于整個(gè)拱腳連接鉸體形及重量較大，且屬于斜面安裝，安裝難度較大，因此，考慮分部位進(jìn)行安裝。整個(gè)拱腳連接鉸分三步安裝[3]：

第一步：預(yù)埋組件安裝。該部分與拱座混凝土結(jié)合，需提前安裝完成；

第二步：上、下?lián)u組合安裝。該部分為整體吊裝；

第三步：連接套主拱段安裝。該部分為整體吊裝。

整個(gè)拱腳連接鉸采用螺栓連接，安裝精度高且在廠內(nèi)已經(jīng)提前組拼過(guò)，因此，整個(gè)拱腳連接鉸安裝定位的關(guān)鍵在于預(yù)埋組件的安裝。只要預(yù)埋板的安裝定位滿足要求，則其后續(xù)的上、下?lián)u以及連接套的安裝定位也能滿足要求。

5 預(yù)埋組件的安裝

5.1 預(yù)埋組件的安裝方案

預(yù)埋板為一塊2 700 mm×2 200 mm×80 mm的鑄鋼板，板背面布置加勁肋板，板上設(shè)置20個(gè)螺栓孔，在廠內(nèi)加工制造階段已經(jīng)提前將套筒與其焊接成為整體，預(yù)埋錨桿與套筒采用套絲連接。整個(gè)預(yù)埋板位于拱座混凝土斜面上，安裝接觸面角度為43°。如果將預(yù)埋板與預(yù)埋錨桿提前安裝就位，再施工拱座混凝土則可能會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

(1)混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)預(yù)埋板偏位，影響定位精度；

(2)混凝土收縮徐變，影響預(yù)埋板的最終成型定位精度；

(3)預(yù)埋板下混凝土澆筑不密實(shí)；

(4)預(yù)埋組件在虛擬斜面上安裝定位施工難度大。

在綜合分析了上述情況后將預(yù)埋組件采用二期施工以保證預(yù)埋組件最終的成型定位精度。

5.2 預(yù)埋組件的施工流程

(1)預(yù)埋灌漿管的安裝。在拱座混凝土內(nèi)預(yù)埋錨桿灌漿管，灌漿管選用鋼管，目的是為了避免在混凝土澆筑過(guò)程中造成灌漿管破損。所有灌漿管之間的連接固定成整體，與預(yù)埋錨桿的布置間距匹配。在拱座下層混凝土上安裝一個(gè)型鋼支架用于灌漿管的固定以及高度和角度的調(diào)整，灌漿管的安裝高度和角度需與連接鉸的安裝高度和角度匹配。

灌漿管測(cè)量定位完成后即可進(jìn)行拱座混凝土澆筑，澆筑過(guò)程中注意對(duì)灌漿管進(jìn)行保護(hù)，以避免灌漿管跑位造成錨桿無(wú)法安裝。

(2)預(yù)埋組件的安裝。在成型的拱座混凝土上定位控制點(diǎn)，用于預(yù)埋組件的安裝定位。在拱座混凝土上安裝定位鋼筋，用于預(yù)埋板的定位及固定。

錨桿與預(yù)埋板連接成為整體后一起吊裝，利用吊車(chē)的大小勾調(diào)整安裝姿態(tài)。將預(yù)埋組件整體吊裝至定位鋼筋上、復(fù)測(cè)定位精度滿足要求后將預(yù)埋板與定位鋼筋焊接固定。

預(yù)埋組件安裝完成后進(jìn)行灌漿管的灌漿，灌漿料選用高強(qiáng)支座灌漿料，強(qiáng)度比拱座混凝土強(qiáng)度高一等級(jí)，灌漿需密實(shí)可靠[4]。

(3)上、下?lián)u的安裝。上、下?lián)u采用整體吊裝，利用吊帶固定。整體在預(yù)埋板上就位，與預(yù)埋板上的螺栓孔對(duì)齊后安裝螺栓固定。

(4)連接套段主拱的安裝。提前施工好連接套段的主拱支架，支架高程與主拱段定位高程匹配，支架之間有效連接，防止受力后偏位。

連接套段主拱的整體吊裝：將其端部插入上搖凹槽后固定在支架上，安裝連接套與上搖螺栓。

(5)定位復(fù)測(cè)。整個(gè)拱腳部分安裝完成后進(jìn)行定位復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)拱腳安裝定位精度，待其滿足要求后進(jìn)入下一道工序[5]。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)拱腳連接鉸加工精度以及安裝定位的控制，天保灣大橋拱腳部分順利施工完成，安裝定位精度滿足設(shè)計(jì)要求，為下一步主拱施工打下了基礎(chǔ)，并為今后同類型大型拱腳連接鉸的安裝定位提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。