七都大橋北汊橋主橋中跨合龍施工關(guān)鍵技術(shù)研究

趙 建 鋼

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200002)

1 概述

鋼混疊合梁斜拉橋是目前較為常見(jiàn)的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)形式，其上部結(jié)構(gòu)主梁施工一般分節(jié)段循環(huán)進(jìn)行，每個(gè)節(jié)段的施工工藝順序通常以橋面吊機(jī)對(duì)稱(chēng)吊裝、焊接鋼梁、澆筑橋面板濕接縫、張拉橋面懸拼預(yù)應(yīng)力、張拉斜拉索的順序進(jìn)行，最后實(shí)施中跨合龍。

橋梁中跨合龍之前，需根據(jù)事先確定的合龍方式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，進(jìn)行工況分析、施工測(cè)量、余量切配等，以保證安裝精度。合龍節(jié)段起吊進(jìn)入合龍口后，需進(jìn)行精確調(diào)整、臨時(shí)鎖定節(jié)段、解除塔梁固結(jié)等，所有的工序必須在預(yù)先設(shè)定的施工時(shí)間范圍內(nèi)完成，以最終確保橋梁順利合龍。

對(duì)于七都北汊橋工程，中跨合龍采用降溫自然合龍的方式，由于合龍節(jié)段長(zhǎng)度較短，無(wú)法直接采用兩側(cè)橋梁吊機(jī)直接抬吊，因此設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的合龍段吊裝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了合龍節(jié)段的順利起吊就位，并在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，完成了合龍段的精調(diào)、鎖定，順利實(shí)現(xiàn)了中跨合龍。

2 工程概況

溫州市七都大橋北汊橋工程主橋?yàn)?跨雙塔中央索面鋼混疊合梁斜拉橋，跨徑組合為58 m+102 m+360 m+102 m+58 m。

中跨合龍段采用鋼梁與混凝土橋面板組合梁，二者通過(guò)剪力釘相結(jié)合。橋面板寬度37.62 m，梁高(鋼箱梁)3.5 m，順橋向長(zhǎng)度4 m，理論重量173.4 t。

鋼梁采用橫向單箱三室布置，兩側(cè)邊腹板傾斜布置，中間兩道腹板豎直布置，普通梁端中心線處鋼箱梁高3.05 m。鋼梁由底板、中腹板、邊腹板、橫隔板和頂板組成。中間設(shè)兩道橫隔板，間距2.0 m，橋面板同鋼梁在工廠內(nèi)完成疊合。合龍段結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 中跨合龍施工關(guān)鍵工藝

3.1 概述

中跨合龍施工采用降溫自然合龍的方式。合龍施工主要工作包括合龍前測(cè)量、余量切割、合龍段吊裝、體系轉(zhuǎn)換、節(jié)段調(diào)整焊接、接縫施工等。

本工程合龍時(shí)間為6月下旬，根據(jù)溫州當(dāng)?shù)貧鉁丶爱?dāng)?shù)厮臈l件，主要的工作安排為：

合龍施工前一周左右完成起吊系統(tǒng)的加工及安裝，完成合龍口的測(cè)量，確定理論合龍長(zhǎng)度；

根據(jù)潮汐情況，合龍段定于下午起吊，接近合龍口后，至夜間待日照影響消除后，將節(jié)段吊裝進(jìn)入合龍口，隨后臨時(shí)鎖定，精調(diào)鋼梁；

鋼梁臨時(shí)鎖定后，同步解除塔梁臨時(shí)固結(jié)，隨后進(jìn)行鋼梁焊接，完成結(jié)構(gòu)合龍。

3.2 合龍前測(cè)量

待最后一段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的斜拉索張拉完成后，將主梁吊機(jī)前移至合龍段吊裝位置，對(duì)合龍段安裝空間進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，每1 h～2 h采集數(shù)據(jù)，分析溫度對(duì)合龍口長(zhǎng)度的影響，特別是在預(yù)計(jì)的合龍段就位時(shí)間段，加密采集數(shù)據(jù)，確定合龍段的安裝長(zhǎng)度。

測(cè)點(diǎn)布置在合龍口兩側(cè)，布置如圖2所示。合龍口空間尺寸同時(shí)間溫度變化關(guān)系曲線如圖3所示。

3.3 合龍段余量切割

合龍段鋼梁在加工時(shí)兩端各預(yù)留了15 cm左右的加工余量，合龍段提前運(yùn)輸至橋位，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)合龍段安裝空間完成測(cè)量后，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)鋼梁端口的余量進(jìn)行切割，切割控制標(biāo)準(zhǔn)為切割完的梁段長(zhǎng)度比實(shí)測(cè)的安裝空間(梁段就位時(shí)段的數(shù)據(jù))短1 cm左右。

3.4 起吊系統(tǒng)改造

主橋中跨標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度為8 m，橋面吊機(jī)前后支錨點(diǎn)位置以及主縱梁長(zhǎng)度根據(jù)節(jié)段長(zhǎng)度設(shè)置。本工程橋面吊機(jī)主體結(jié)構(gòu)尺寸為14 m×3.8 m×12.5 m，其中橋面吊機(jī)前支點(diǎn)至吊點(diǎn)軸線縱向水平距離最少為3.85 m，由于合龍段長(zhǎng)度較短(4 m)，無(wú)法采用兩側(cè)橋面吊機(jī)直接聯(lián)合吊裝，因此在吊裝合龍段之前，設(shè)計(jì)專(zhuān)用的合龍段吊裝系統(tǒng)。

吊裝系統(tǒng)主要由兩側(cè)橋面吊機(jī)、荷載分配系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)組成。起吊系統(tǒng)總體布置如圖4所示。

3.5 臨時(shí)鎖定系統(tǒng)安裝

合龍節(jié)段進(jìn)入合龍口后，為保證合龍口在焊接過(guò)程中焊縫處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，采用臨時(shí)鎖定裝置將焊縫兩端臨時(shí)鎖定，鎖定裝置由錨板、內(nèi)支撐、對(duì)拉桿組成，在底板布置6處，主要布置如圖5所示。

3.6 運(yùn)梁船定位

根據(jù)合龍期間甌江潮汐情況，合龍節(jié)段起吊安排在下午高平潮時(shí)間起吊，運(yùn)梁船在平潮時(shí)段進(jìn)入吊裝水域，拋錨完成定位，吊裝期間需對(duì)通行航道進(jìn)行臨時(shí)封鎖。

3.7 合龍段吊裝

運(yùn)梁船定位前，提前下放吊具，待運(yùn)梁船完成定位后，施工人員安裝吊具，隨后先提升合龍段，穩(wěn)定一段時(shí)間，檢查起吊系統(tǒng)以及合龍節(jié)段的受力情況，確認(rèn)無(wú)誤后，正常提升節(jié)段(見(jiàn)圖6)。

3.8 合龍節(jié)段就位

合龍節(jié)段吊裝接近合龍口后，暫停提升，對(duì)合龍口進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，至夜間，待接近理論合龍溫度，且日照對(duì)鋼梁影響消失后，將合龍段提升進(jìn)入合龍口。

3.9 合龍段臨時(shí)鎖定

合龍節(jié)段進(jìn)入合龍口后，利用提升系統(tǒng)調(diào)整標(biāo)高，利用小型螺旋千斤頂及手拉葫蘆調(diào)整橫向位置及坡度，待初步調(diào)整完成后，安裝底板位置的臨時(shí)鎖定裝置，同時(shí)在頂板位置，利用焊接碼板進(jìn)行合龍口上部的固定。

3.10 臨時(shí)固結(jié)解除

合龍段臨時(shí)鎖定裝置安裝完成后，開(kāi)始對(duì)安裝在主塔位置的塔梁臨時(shí)固結(jié)裝置進(jìn)行解除。臨時(shí)固結(jié)分為縱向、橫向及豎向，其中豎向臨時(shí)固結(jié)在主塔豎向支座安裝完成后，先行解除，而縱向及橫向固結(jié)裝置必須在第二天凌晨日照對(duì)鋼梁產(chǎn)生影響前拆除完畢。

3.11 鋼梁焊接

臨時(shí)鎖定安裝完成后，進(jìn)行鋼梁的精確匹配調(diào)整，調(diào)整完成后，進(jìn)行碼板固定。碼板完成后，進(jìn)行端口處理，開(kāi)始鋼梁焊接。鋼梁焊接兩端同步開(kāi)展，在第二天日出前，完成頂板全部焊縫以及底板、腹板焊縫的打底工作。

3.12 濕接縫施工

合龍段焊接完成后，進(jìn)行焊縫檢測(cè)，檢測(cè)合格后，進(jìn)行濕接縫的施工，包括鋼筋、預(yù)應(yīng)力、模板安裝以及混凝土澆筑(見(jiàn)圖7)。

4 實(shí)施控制要點(diǎn)

1)合龍前測(cè)量是合龍準(zhǔn)備工作的重點(diǎn)，在合龍段安裝前進(jìn)行鋼梁的連日溫度變形觀測(cè)，分析合龍期間的氣象資料，找出溫度變化對(duì)梁體影響的規(guī)律，以作為合龍節(jié)段加工長(zhǎng)度的參照。

2)鋼梁在加工時(shí)，一般依據(jù)設(shè)計(jì)給定的理論溫度進(jìn)行加工及預(yù)拼裝，在合龍段加工時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)計(jì)合龍時(shí)的環(huán)境溫度對(duì)鋼梁的影響，同時(shí)要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)完成安裝鋼梁實(shí)際安裝尺寸(通過(guò)合龍前測(cè)量)，加工時(shí)兩側(cè)預(yù)留出足夠的余量，待運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后再精確切割。

3)一般鋼梁制作時(shí)端口分段線為垂直于底板，由于橋梁存在縱曲線，因此最后的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段拼裝完成后，橋梁合龍口會(huì)形成上寬下窄，對(duì)合龍段就位會(huì)產(chǎn)生影響，為解決這一問(wèn)題，本工程將最后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的端口(對(duì)應(yīng)合龍節(jié)段位置)處理成斜面，即上口不變，下口向主塔方向縮短5 cm左右，兩側(cè)節(jié)段安裝完成后合龍口形成一個(gè)上窄下寬的倒梯形結(jié)構(gòu)，同時(shí)將合龍段加工成上窄下寬的正梯形結(jié)構(gòu)，以便于合龍段就位。

4)合龍段鋼梁余量切割一般在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，切割時(shí)根據(jù)合龍前測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)估的合龍口尺寸進(jìn)行切割。余量切割時(shí)應(yīng)保留一定的余量，待進(jìn)入合龍口時(shí)再進(jìn)行修正，以防止就位時(shí)由于實(shí)際溫度未達(dá)到的預(yù)估溫度，導(dǎo)致合龍段焊縫寬度過(guò)大影響焊接質(zhì)量。本工程在余量切割時(shí)，在兩側(cè)多預(yù)留了5 mm的余量，確保鋼梁順利就位。

5)合龍段吊裝一般可采用兩側(cè)橋面吊機(jī)聯(lián)合抬吊的方式，對(duì)于合龍段長(zhǎng)度較短的，一般采用單側(cè)橋面吊機(jī)直接吊裝，另一側(cè)采用壓配重以及調(diào)整索力的方式，確保合龍口兩側(cè)標(biāo)高一致。但采用此種方式對(duì)施工控制要求較高，對(duì)后期索力調(diào)整也會(huì)有一定的影響，本工程是采用設(shè)置專(zhuān)用合龍段吊裝系統(tǒng)的方式，解決了合龍節(jié)段長(zhǎng)度較短難以抬吊的問(wèn)題。

6)合龍段就位后，應(yīng)立即將節(jié)段進(jìn)行鎖定，隨后解除臨時(shí)固結(jié)體系。應(yīng)在第二天日照對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響前，完成臨時(shí)固結(jié)的拆除及鋼梁端口焊縫的初步焊接，完成體系的轉(zhuǎn)換。

7)合龍段鋼梁焊接完成后，進(jìn)行合龍段濕接縫施工，施工前先完成鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量的檢測(cè)，在施工濕接縫過(guò)程中，應(yīng)注意橋面預(yù)應(yīng)力管道的安裝以及鋼絞線穿束，濕接縫混凝土澆筑完畢后，應(yīng)注意養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

七都北汊橋主橋合龍采用自然合龍，通過(guò)施工前充分的技術(shù)準(zhǔn)備，包括測(cè)量、節(jié)段切割、起吊方式的確定、合龍時(shí)間的確定等，在合龍施工過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置專(zhuān)用吊裝系統(tǒng)，使得合龍口兩側(cè)節(jié)段平衡受力，解決了合龍段的起吊問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)了精確合龍。