連續(xù)鋼混梁架設(shè)幾種特殊工況的解決措施研究

孫洪亮

(中鐵四局集團第五工程有限公司機械化分公司 江西九江 332000)

1 工程概況

貴州省都勻至安順公路第31標(biāo)段內(nèi)共有五座大橋，多為橋隧相連施工工況。其中龍灘大橋和紅巖箐大橋設(shè)計為鋼—混工字組合梁構(gòu)造，橋梁結(jié)構(gòu)均由縱梁、橫梁和小縱梁采用高強度螺栓連接為整體結(jié)構(gòu)，鋼梁上鋪設(shè)混凝土預(yù)制蓋板與鋼梁上的焊接鉚栓通過膨脹混凝土連接。龍灘大橋設(shè)計跨度為50 m，最大縱坡為3.8%，橫坡為2%，平面曲線R＝2 400 m。全橋右線共3聯(lián):3×50 m＋4×50 m＋3×50 m；全橋左線共3聯(lián):3×50 m＋3×50 m＋3×50 m。紅巖箐大橋右線共6聯(lián):4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋4×40 m ＋3×40 m ＋3×30 m；左線共6聯(lián):4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋3×40 m＋3×40 m，最大縱坡3.9%，橫坡為2%，平面最小曲線R＝4 600 m。蓋梁長11.65 m，寬度最小1.7 m(紅巖箐大橋連續(xù)墩)，組合梁墊梁石中心距5.1 m，工字梁中心距蓋梁邊緣為0.725 m。

2 橋梁施工中的特殊施工狀況

都安T31標(biāo)段鋼混連續(xù)橋梁與簡支結(jié)構(gòu)橋梁相比，存在梁體伸出橋墩蓋梁的情況，且懸臂端位置處的橫梁和小縱梁構(gòu)造使橋梁施工難度增加，主要體現(xiàn)在架橋機在蓋梁上的站位處理、架梁施工工序和橋梁懸臂位置的拼接安全方面。除此之外還存在以下非常規(guī)施工狀況:

(1)龍灘大橋與鋼混梁拼裝梁場之間有黃泥坡隧道與鋼混橋梁，隧道內(nèi)凈空小同時線路呈“S”形，且左線隧道曲線與鋼混梁曲線反向設(shè)置；橋梁上走行在預(yù)制橋面板上，對鋼混梁運梁車的設(shè)計和使用要求高。隧道內(nèi)和橋梁上運輸斷面見圖1～圖2。

圖1 運輸斷面(單位：mm)

圖2 鋼混工字梁運輸狀態(tài)(單位：mm)

架梁施工順序為:橋機通過右線隧道施工右線橋→架完右線退出右線隧道→架橋機通過左線隧道→施工左線橋。

(2)龍灘大橋與紅巖箐大橋末孔橋梁為進隧道架梁工況，且橋臺距隧道入口距離小，對架梁施工造成影響。

(3)紅巖箐大橋中間連續(xù)支點位置蓋梁寬度僅有1.7 m，受橫聯(lián)影響，架橋機前支腿支撐無法滿足落梁空間要求。

(4)橋梁預(yù)制混凝土板無法實現(xiàn)跨度內(nèi)全部安裝，導(dǎo)致架橋機前中支點距離加大，施工難度增加。

3 架橋機結(jié)構(gòu)確定與特殊施工工況解決措施

3.1 架橋機結(jié)構(gòu)

在確定架橋機結(jié)構(gòu)時主要考慮以下幾點:(1)鋼混工字組合梁整體寬度10.8 m，最大長度約56.07 m(伸出蓋梁約6.1 m)；(2)架橋機需要通過隧道并在隧道出口和進口架梁；(3)連續(xù)橋梁蓋梁位置以及懸臂伸出前端橫聯(lián)對施工工藝有影響；(4)能夠適應(yīng)30 m、40 m和50 m三種跨度以及不能整跨鋪板施工[1－3]。

經(jīng)過施工方案探討論證后的DJ型單臂架橋機結(jié)構(gòu)從功能上能夠滿足以上施工要求。利用該機施工具有以下特點:(1)柱體相對機臂可以進行水平旋轉(zhuǎn)，便于通過隧道；(2)柱體與機臂相對位置方便調(diào)整便于變跨施工；(3)柱體升降功能方便坡橋架設(shè)；(4)具備鋪板作業(yè)能力；(5)通過調(diào)整鋼混梁懸臂橫聯(lián)由架前安裝變?yōu)榧芎蟀惭b，優(yōu)化了施工作業(yè)程序。該機首跨架梁作業(yè)現(xiàn)場見圖3。

圖3 DJ型鋼混梁單臂架橋機首跨架設(shè)作業(yè)

3.2 幾種特殊工況的施工措施

3.2.1 鋼混工字梁運輸通過隧道與橋梁

鋼混梁主受力結(jié)構(gòu)為三組2.2 m高的拼焊工字縱梁，工字鋼梁之間設(shè)置102 mm高差形成2%的橋梁橫坡。每間隔5 m左右設(shè)置一組橫聯(lián)，工字鋼梁與橫聯(lián)形成井字形框架受力結(jié)構(gòu)，同時鋼混梁頂部橫向鋪裝兩組厚度250 mm預(yù)制混凝土橋面板做為運梁車走行通道，整體鋼混組合梁運輸時的支撐成為控制點。采取以下措施滿足使用要求[4－6]。

(1)采用4臺(兩主兩從)4軸線分體式輪胎運梁車進行模塊化組合，同時滿足整體工字鋼混梁通過隧道時車體高度限制(工字梁底面距地面1 120 mm)和運梁車分載梁剛度與強度要求。

(2)運梁車分載梁設(shè)置三個接觸面與工字鋼混梁中心重合，中心接觸面設(shè)置轉(zhuǎn)動芯盤，兩側(cè)接觸面設(shè)置聚四氟乙烯摩擦板。該結(jié)構(gòu)滿足通過隧道曲線走行梁體與運梁車靈活轉(zhuǎn)動要求。

(3)為了保證兩套獨立驅(qū)動輪胎運梁車速度與動力匹配需要，運梁車采用液力變矩器裝置，通過遙控器的一發(fā)雙收實現(xiàn)走行與轉(zhuǎn)向同步功能。

3.2.2 連續(xù)鋼混梁施工工藝

(1)連續(xù)鋼混梁施工工藝流程:①架橋機過孔；②運梁車運輸工字整體鋼梁到架橋機尾部；③工字整體鋼梁架設(shè)；④鋪設(shè)預(yù)制橋面板(一號柱后面幾塊無法鋪設(shè))；⑤架橋機過孔一號柱到前橋臺；⑥鋪設(shè)一號柱后面的橋面板，接口位置橋面板待與下孔工字整體鋼梁對接后鋪設(shè)；⑦架橋機過孔，架梁前完成橋面板與鋼梁混凝土砂漿連結(jié)；⑧安裝拼裝掛籃平臺；⑨架設(shè)下孔工字整體鋼梁并完成對接；⑩拆除拼裝掛籃平臺，鋪設(shè)橋面板，架橋機過孔架梁[7]。

(2)調(diào)整鋼混梁懸臂位置橫梁和小縱梁安裝順序，由架設(shè)前安裝變?yōu)殇摶炝喊惭b就位后安裝。一號柱柱體結(jié)構(gòu)采用單肢雙柱分離支撐，位于鋼混梁三榀工字梁空檔處，且采用大行程伸縮結(jié)構(gòu)適應(yīng)大坡道橋梁施工。在施工工藝上通過以上安裝順序調(diào)整，在架橋機過孔作業(yè)時一號柱體可以直接縱移過孔，避免了在橋臺位置柱體換位高空作業(yè)施工步驟，簡化了架橋機施工工藝，提高了施工效率和安全性。

(3)橋梁懸出蓋梁進行鋼梁對接屬于高空危險狀況，采用施工掛籃平臺保證安全作業(yè)。該掛籃平臺設(shè)置了雙層作業(yè)面以方便使用電動扭矩扳手?jǐn)Q緊摩擦型高強螺栓，采用尾部與工字梁上蓋板快速緊固定位機構(gòu)，考慮了懸臂端橫聯(lián)安裝以及工字鋼混梁對接前后的安拆方便等問題。可利用行車扁擔(dān)梁整體吊裝安拆三組平臺掛籃。掛籃施工平臺見圖4。

圖4 工字鋼混梁懸拼對接施工平臺

(4)在鋼混梁吊重扁擔(dān)上增加了能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)制板吊裝旋轉(zhuǎn)及橫移功能的機構(gòu)。橫移功能通過扁擔(dān)上設(shè)置的齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)，考慮到機構(gòu)拆裝頻繁因素，預(yù)制板的旋轉(zhuǎn)通過人工完成，見圖5。該機構(gòu)在預(yù)制板鋪設(shè)完成后可方便拆卸來實現(xiàn)吊梁作業(yè)轉(zhuǎn)換。由于工字鋼混梁的吊裝扁擔(dān)無法通過架橋機一號柱體，所以一號柱后面的幾塊板需要在架橋機過孔工序進行鋪設(shè)[8－10]。

圖5 鋪設(shè)預(yù)制橋面板示意(單位：mm)

3.2.3 進出隧道口架梁施工

(1)運梁車馱運架橋機通過隧道并進行3 m距離架梁，二號柱通過旋轉(zhuǎn)功能將柱體變窄使其滿足通過隧道要求；將尾部隧道內(nèi)的機臂高度降低實現(xiàn)吊梁高度空間。這兩點保證了架橋機能夠?qū)崿F(xiàn)紅巖箐大橋出隧道口3 m進行架梁施工。二號柱出隧道后由斜角旋轉(zhuǎn)至垂直，再后退到橋臺后就位支撐。考慮到原施組架設(shè)紅巖箐大橋工字鋼混梁運輸需要通過三座隧道，同時龍灘大橋和紅巖箐大橋之間還有一座7孔40 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的仡佬地大橋需要架設(shè)的實際情況，出于對施工工期和施工難度兩個角度考慮，將架梁施組更改為在紅巖箐大橋后方設(shè)置鋼梁拼裝場反向架梁的施組，提高了鋼混梁施工進度，降低了施工難度。

(2)龍灘大橋和紅巖箐大橋末孔橋梁均為進隧道口架梁作業(yè)，受隧道洞口影響，架橋機的臂架部分不能前伸導(dǎo)致架梁跨度增加，架橋機的引導(dǎo)段需要承受架梁荷載才能完成末孔架設(shè)。如圖6所示，上圖為紅巖箐大橋末孔30 m過孔狀態(tài)，下圖為龍灘大橋50 m末孔架梁狀態(tài)。經(jīng)過計算，引導(dǎo)段結(jié)構(gòu)的抗彎與抗剪強度滿足規(guī)范要求。

圖6 進隧道口末跨過孔與架梁作業(yè)工況(單位：mm)

3.2.4 連續(xù)梁中間跨1.7 m蓋梁一號柱站位

采用與龍灘大橋末孔施工相同的處理措施，支點位置的橫聯(lián)放在鋼梁落梁就位后，橋機完成過孔后安裝。

3.2.5 橋面板無法實現(xiàn)跨度內(nèi)全部安裝解決措施

(1)按照正常施工程序，連續(xù)工字鋼混梁的構(gòu)造導(dǎo)致一號柱柱體后面的部分橋面板需要在過孔階段進行，施工效率受到一定的影響。為了提高施工效率，將過孔過程中的鋪板工序與下孔橋梁的預(yù)制板鋪設(shè)合并到一個工序。作業(yè)狀態(tài)計算簡圖見圖7。

圖7 40 m跨度橋梁調(diào)整后的架梁工況(單位：mm)

(2)由于架梁狀態(tài)發(fā)生改變，需要對鋼混工字組合梁自身的承載能力進行檢算，計算包括(1)中架梁作業(yè)時二號柱集中荷載作用和橋梁自重均布載荷作用的組合。原始載荷數(shù)據(jù)見表1。

2)擴孔鉆頭切削齒磨損嚴(yán)重不均勻，其領(lǐng)眼段切削齒的切削能力幾乎全部喪失，而擴孔段切削齒磨損較小，還具備較強的切削能力；

表1 原始載荷數(shù)據(jù) t

圖7中，Q1＝14.5＋133/2＝81 t；Q2＝25.8＋133/2 ＝92.3 t；m0＝4.6 t；m3＝9.6 ＋0.8 ＝10.4 t。根據(jù)力的平衡條件，可以計算出一號柱與二號柱支點反力分別為125.52 t和246.7 t。

橋梁考慮橋面板自重與鋼梁自重，均布線荷載q＝8.68 t/m，跨度40 m，按連續(xù)梁計算，則自重荷載彎矩Mq:

Mq＝φqL2/8 ＝1.05 ×8.68 ×402/8 ＝1 822.8 t·m

架梁作業(yè)二號柱集中載荷產(chǎn)生的彎矩MP:

MP＝φ2Pab/L＝1.05×246.7×7×33/40＝1 496 t·m

跨中彎矩值:

MZ＝20 ×1 496/33 ＝906.7 t·m

鋼橋跨中總彎矩:

M＝Mq＋MZ＝1 822.8＋906.7＝2 729.5 t·m

組合鋼梁慣性矩Ia＝32 885 130 903.993 mm4；抗彎模量w＝3×I/920＝107 234 122 mm3，可得鋼梁彎曲應(yīng)力為:

40 m跨度工序調(diào)整后的組合鋼梁強度經(jīng)驗算滿足要求。

(3)紅巖箐大橋最后一聯(lián)為30 m跨度鋼梁，且為進隧道口架梁工況。經(jīng)研究橋梁結(jié)構(gòu)，30 m架梁作業(yè)時將二號柱站位調(diào)整到距離后面蓋梁前2.65 m位置，見圖8。

圖8 30 m跨連續(xù)橋梁末孔進隧道口架梁作業(yè)調(diào)整(單位：mm)

調(diào)整后的架梁工況主要驗算架橋機主梁引導(dǎo)段最大彎曲應(yīng)力。末孔梁重70 t，經(jīng)計算機臂引導(dǎo)段最大彎曲應(yīng)力值193 MPa，小于Q345B鋼材許用應(yīng)力值257 MPa；剛度指標(biāo)為L/410，滿足安全架梁要求。

4 橋梁施工安全及其它

(1)橋梁上部構(gòu)造特點

T31標(biāo)段鋼主梁采用工廠分節(jié)段預(yù)制，節(jié)段間采用高強螺栓工地現(xiàn)場連接；橋面板為預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后澆混凝土濕接縫。鋼梁上翼緣兩側(cè)與橋面板之間設(shè)置聚丙乙烯墊條，抗壓強度要求不低于0.5 MPa。工地墊條采用可靠措施固定在翼緣板和小縱梁邊緣，保證在預(yù)制橋面板吊裝及混凝土澆筑過程中，工地墊條不發(fā)生移動。在鋼主梁上翼緣板、小縱梁上翼緣板及支點橫隔板上翼緣板均布設(shè)剪力釘。每塊橋面板預(yù)留4個方孔與剪力釘配合以提高鋼混梁整體連接穩(wěn)定性能[11－12]。

(2)橋面板構(gòu)造對施工的影響

該橋梁的構(gòu)造特點對施工造成以下幾點影響:①在架好的橋面上運輸鋼梁時橋面板會不會被壓裂；②運梁車在橋面上運梁過程中使得橋面板產(chǎn)生位移可能導(dǎo)致發(fā)生安全事故；③架梁施工過程中橋面板與鋼梁的分離狀態(tài)直接導(dǎo)致橋梁的鋼結(jié)構(gòu)部分應(yīng)力增加。

(3)施工前及施工中的控制

為確保在施工中對鋼混梁自身不構(gòu)成破壞，在施工前結(jié)合施工荷載對不同跨度橋梁受力狀態(tài)進行檢算。經(jīng)設(shè)計院檢算及貴州省高速公路總監(jiān)辦專家評審，橋梁各項指標(biāo)均滿足安全施工要求，施工方案安全可行。

施工過程中為了提高施工效率，保證施工工期，在鋼梁就位后即刻進行橋面板的鋪設(shè)。利用夜間澆筑橋面板方孔與鋼梁上的剪力釘組部分，混凝土強度達(dá)到施工強度后才允許過孔運梁作業(yè)，確保了橋梁施工安全。

5 結(jié)束語

都安T31標(biāo)段龍灘大橋和紅巖箐大橋已架梁結(jié)束，連續(xù)鋼混工字組合梁與簡支構(gòu)造鋼混橋梁比較而言有其特殊性，需針對具體工況結(jié)合設(shè)備自身特點，在確保施工安全的前提下制定出合理的橋梁架設(shè)施工工藝，提高了施工效率。希望本文能夠為山區(qū)橋隧相連環(huán)境下鋼混組合橋梁施工提供有價值的參考。