廟嘴三江橋變截面箱梁掛籃設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

李海方，李清華

1 工程概況

廟嘴三江橋采用主跨210 m中央索面高低塔斜拉橋，高塔側(cè)GM1～GM19、 低塔側(cè)DM1～DM7節(jié)段采用牽索掛籃施工[1-2]。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段箱梁截面為單箱5室結(jié)構(gòu)，頂寬33.5 m，底寬15 m，梁高3.5 m，翼緣板懸臂長(zhǎng)度4 m，斜拉索間距1.2 m，其中DM1～DM4變截面節(jié)段，截面由單箱6室結(jié)構(gòu)漸變成單箱5室結(jié)構(gòu)，最大頂寬35.723 m。箱梁結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

2 掛籃設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主橋箱梁為典型的大懸臂多箱室結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度7 m，最大節(jié)段8.4 m，最大節(jié)段重量為5 600 kN。低塔側(cè)DM1～DM4變截面節(jié)段是掛籃設(shè)計(jì)與施工的難點(diǎn)與重點(diǎn)，其箱梁本身為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，全橋箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

1） 節(jié)段長(zhǎng)度類型多，分為7 m、7.9 m、8.4 m、2 m 4種。

2）DM1～DM4遠(yuǎn)側(cè)塔橋面單側(cè)寬度漸變。

圖1 變截面段箱梁結(jié)構(gòu)示意圖（mm）Fig.1 Schematic diagram of variable segment section box girder（mm）

3）內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從單箱6室結(jié)構(gòu)漸變?yōu)閱蜗?室結(jié)構(gòu)。

2.2 掛籃設(shè)計(jì)要求

從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮，掛籃設(shè)計(jì)需滿足以下要求：

1）掛籃設(shè)計(jì)應(yīng)滿足通用性要求，即掛籃結(jié)構(gòu)要滿足標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段和變截面節(jié)段澆筑施工需要。

2）澆筑工況下，掛籃應(yīng)能解決變截面節(jié)段斜拉索對(duì)掛籃頭部支撐不對(duì)稱的問題，保證結(jié)構(gòu)安全。

3）掛籃結(jié)構(gòu)重心不對(duì)稱，行走應(yīng)平穩(wěn)、可靠。

4）盡量減輕結(jié)構(gòu)自重，滿足橋梁設(shè)計(jì)單位對(duì)掛籃本身重量的要求。

2.3 掛籃設(shè)計(jì)與施工技術(shù)路線分析

掛籃設(shè)計(jì)總體思路為優(yōu)先考慮滿足標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段施工，在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段掛籃基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)改造來(lái)適應(yīng)變截面節(jié)段施工[3-4]。由于DM1～DM4節(jié)段箱梁自身結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，施工該節(jié)段時(shí)，需將承載平臺(tái)桁架放平，在承載平臺(tái)桁架和主縱梁件增加連接接頭，形成變截面?zhèn)然炷脸兄亟Y(jié)構(gòu)，同時(shí)在橋頂面上增加1個(gè)三角桁架，通過吊桿與承載平臺(tái)桁架連接，解決了斜拉索對(duì)掛籃頭部支撐不對(duì)稱的問題，保證掛籃在橫橋向的穩(wěn)定性和剛度，降低了變截面節(jié)段混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

本掛籃結(jié)構(gòu)形式為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，總體布置如圖2所示。

圖2 掛籃結(jié)構(gòu)圖（mm）Fig.2 Structure of form traveller（mm）

2.4 掛籃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

掛籃由承載平臺(tái)、行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、牽索系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)和模板系統(tǒng)組成[5]。

承載平臺(tái)由主縱梁、橫聯(lián)、挑梁、桁架組成，其中主縱梁、橫聯(lián)為Q345B板材焊接箱梁，挑梁和桁架采用角鋼∠120 mm×80 mm×10 mm焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)。考慮到現(xiàn)場(chǎng)起重能力的限制，結(jié)構(gòu)單件最大重量不超過180 kN。為方便運(yùn)輸車現(xiàn)場(chǎng)安裝，各構(gòu)件間采用銷軸和摩擦型高強(qiáng)度螺栓M24連接，分段法蘭連接面須做噴丸處理，摩擦面抗滑移系數(shù)不小于0.5[6]。

承載平臺(tái)桁架沿縱橋向的7片桁架間采用螺栓和節(jié)點(diǎn)板連接，可有效減小現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量。如圖3所示。

行走系統(tǒng)在橋面三角桁架頭部設(shè)置2臺(tái)YC50-150液壓千斤頂，在主縱梁尾部設(shè)置2臺(tái)行走小車。掛籃行走時(shí)前、后端共4個(gè)吊點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段掛籃行走時(shí)，單個(gè)行走小車承受最大載荷為717 kN；變截面節(jié)段掛籃行走時(shí)，由于掛籃本身結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，兩側(cè)小車受力懸殊。尾部行走小車承受最大載荷分別為975 kN、532 kN，因此行走小車設(shè)計(jì)載荷為975 kN。

圖3 結(jié)構(gòu)連接形式（mm）Fig.3 Connecting format of the structure（mm）

為保證掛籃行走平穩(wěn)可靠，本項(xiàng)目將行走小車設(shè)計(jì)成嵌入式結(jié)構(gòu)，將4個(gè)額定承載為300 kN的滾珠式行走滾放在車架內(nèi)，且在車架與行走滾輪間設(shè)置40 mm高強(qiáng)度橡膠板，能有效過濾掛籃行走時(shí)的振動(dòng)，提高行走安全性。行走小車結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 行走小車結(jié)構(gòu)圖（mm）Fig.4 Structure of launch trolley（mm）

3 施工索力分析

斜拉索索力的調(diào)整是前支點(diǎn)牽索掛籃施工的基礎(chǔ)，也是施工中難度最大的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。斜拉索在掛籃施工中通過牽索機(jī)構(gòu)與掛籃連接，并施加一定的張拉力，在掛籃頭部形成前支點(diǎn)，承受箱梁混凝土載荷。掛籃施工索力大小的確定需要施工監(jiān)控單位、橋梁設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和掛籃設(shè)計(jì)單位共同商討確定。如果張拉索力太大，則對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)本身提出更高的要求，造成掛籃自重偏大，施工風(fēng)險(xiǎn)也大大提高；相反若張拉索力偏小，掛籃澆筑過程中需多次調(diào)整斜拉索，橋梁線形難以保證。

根據(jù)牽索掛籃施工工藝，每個(gè)節(jié)段澆筑施工時(shí)，要進(jìn)行2次斜拉索的張拉。第1次為斜拉索初張拉，在掛籃立模調(diào)整到位后，掛籃空載條件下進(jìn)行，張拉力大小一般取設(shè)計(jì)索力的30%左右。第2次斜拉索張拉（通常稱為二張），在混凝土澆筑完50%時(shí)進(jìn)行，張拉力大小一般取設(shè)計(jì)索力的70%左右。由于DM1～DM4變截面梁節(jié)段本身結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，在變寬側(cè)橋面上增加1個(gè)三角桁架，并對(duì)吊桿進(jìn)行預(yù)張緊，在保證橋梁線形的同時(shí)，斜拉索索力的張拉值比常規(guī)牽索掛籃的張拉值減小10%左右[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

本技術(shù)方案首次成功解決了中央索面變截面箱梁掛籃施工的難題，與傳統(tǒng)支架法施工相比，在施工成本、周期、質(zhì)量、安全上有明顯優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)類似工程提供技術(shù)支持和豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。