池州長江公路大橋鋼主梁合龍段施工關(guān)鍵技術(shù)*

余 竹，王海偉，陳 楊，杜憲亭

(1.安徽省交控建設(shè)管理有限公司，安徽 合肥 230088； 2.中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528405； 3.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

0 引言

鋼箱梁以其優(yōu)越的性能被廣泛用作大跨度斜拉橋主梁，隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，多采用工廠化節(jié)段制作、現(xiàn)場節(jié)段整體吊裝等快速施工工藝。但受材料特性、氣候、施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等多種因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)超大跨橋梁的鋼箱梁合龍段間隙過大(超出焊縫寬度要求)或過小(需二次返工切割)等問題，引起結(jié)構(gòu)不利次應(yīng)力和變位。因此，大跨度橋梁鋼箱梁精確匹配、合龍的施工技術(shù)需進(jìn)一步深入研究。本文以池州長江公路大橋鋼主梁合龍段施工為例，從施工方案制訂、技術(shù)措施實(shí)施等方面系統(tǒng)介紹鋼箱梁主跨合龍施工關(guān)鍵技術(shù)[1-2]，有效解決了上述問題。

1 工程概況

池州長江公路大橋跨江主橋?yàn)椴粚?duì)稱混合梁雙塔斜拉橋，橋跨布置為(3×48+96+828+280+100)m，如圖1所示，其中北岸邊跨及輔助跨采用混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，其余梁段為鋼箱梁。全橋鋼箱梁長 1 301m， 劃分為DJH，D1～D18和D2′共20種類型，如圖1所示。其中，D3位于主塔位置，D7(HLD)為跨中合龍段，D18為邊跨合龍段。合龍段HLD梁段設(shè)計(jì)外形尺寸為4.4m(長)×39m(寬)×3.5m(高)，由頂板、底板及加勁肋、縱腹板及加勁肋、橫隔板、錨拉板等構(gòu)成，凈重87.7t，外加連接板等總質(zhì)量約90t。除腹板、腹板縱肋及頂板U肋連接采用高強(qiáng)螺栓，其余構(gòu)件均采用焊接。

圖1 池州長江公路大橋布置及合龍段截面構(gòu)造(單位：m)

2 總體施工難點(diǎn)及方案

2.1 施工難點(diǎn)

1)主跨跨徑達(dá)828m，一方面，合龍口對(duì)溫度變化敏感，另一方面，鋼箱梁吊裝懸臂長，安裝精度要求高，增大了施工質(zhì)量控制難度。

2)合龍段安裝涉及高空、涉水施工、橋面吊機(jī)等作業(yè)，在大懸臂吊裝施工過程中，受施工荷載、風(fēng)荷載等外部作用影響大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

3)合龍段安裝工序多且復(fù)雜，需對(duì)施工組織和技術(shù)方案進(jìn)行嚴(yán)密論證。

2.2 合龍方案

溫度配切法即在與合龍段吊裝匹配施工期間相同溫度環(huán)境下，以合龍口長度測量數(shù)據(jù)為依據(jù)，現(xiàn)場對(duì)合龍段梁進(jìn)行配切施工的方法，其可在不解除塔梁臨時(shí)約束條件下實(shí)現(xiàn)中跨鋼箱梁合龍[3-7]，依據(jù)該方法制訂合龍方案。具體步驟為：通過現(xiàn)場觀測合龍口間距隨溫度變化規(guī)律確定合理的合龍段梁長度；在拖船上完成拼裝的梁體配切；利用南岸側(cè)2臺(tái)橋面吊機(jī)進(jìn)行提吊作業(yè)；合龍段南、北兩側(cè)依次與SM27，NM27號(hào)梁段進(jìn)行對(duì)接安裝。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 合龍時(shí)間及溫度確定

根據(jù)大橋施工進(jìn)度及前期主梁安裝工效分析，中跨合龍段安裝時(shí)間確定為2019年3月29日。溫度變化對(duì)鋼主梁合龍段提吊就位起控制作用，需在溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行連接作業(yè)。根據(jù)安徽省樅陽縣2014—2018年連續(xù)5年3月氣象條件調(diào)查分析，每年3月25—31日溫度基本在0～15℃，夜間溫度在0～7℃。進(jìn)一步對(duì)29日氣溫觀測為0～14℃，夜間溫度在0～6℃。考慮到22：00至次日5：00 氣溫變化幅度小(估計(jì)在0～5℃)，故選擇在此時(shí)間段內(nèi)提吊合龍段與南岸側(cè)梁段匹配連接。

3.2 合龍口長度觀測

為確保合龍線形，便于合龍梁段精確配切，從中跨22號(hào)梁段開始，對(duì)剩余梁段線形及合龍口距離進(jìn)行聯(lián)測，確保軸線偏位及高程偏差滿足要求。

在夜間氣溫為5℃的情況下，對(duì)北岸NM27號(hào)梁及南岸SM27號(hào)梁斜拉索二次張拉完成后軸線、里程及標(biāo)高進(jìn)行測量。測量結(jié)果表明，北岸NM27號(hào)梁里程方向較設(shè)計(jì)值向北側(cè)偏移148mm，軸線較設(shè)計(jì)值向下游偏移4mm；南岸SM27號(hào)梁里程方向較設(shè)計(jì)值向北側(cè)偏移65mm，軸線較設(shè)計(jì)值向下游偏移5mm。因此，合龍段(HLD)所需梁長最大值為設(shè)計(jì)值4.4m，疊加伸長量0.083m，而加工長度為4.6m，滿足配切施工要求。

3.3 合龍口臨時(shí)壓重施工

南岸中跨SM27號(hào)鋼箱梁一次張拉完成后，橋面吊機(jī)自SM26號(hào)梁向SM27號(hào)梁行走12m并錨固，同時(shí)南、北岸27號(hào)鋼箱梁二次張拉完成后進(jìn)行配重作業(yè)。首先，按南岸橋面吊機(jī)(100t)加吊裝整個(gè)HLD梁段(90t)時(shí)的等效荷載在北岸施加配重，然后，根據(jù)北岸NM27號(hào)鋼箱梁端部施加配重后的標(biāo)高，在南岸進(jìn)一步施加臨時(shí)配重80t保證合龍口兩側(cè)協(xié)調(diào)。采用預(yù)制塊壓重，布置時(shí)按橋軸線對(duì)稱布置，避免左右不均勻荷載造成梁段扭轉(zhuǎn)。

3.4 合龍口兩側(cè)軸線調(diào)整

合龍口配重完成后，對(duì)兩側(cè)軸線等數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測并調(diào)整。具體方法為：采用φ28鋼絲繩和2臺(tái)10t手拉葫蘆對(duì)兩岸27號(hào)梁端交叉對(duì)拉。其中，鋼絲繩和手拉葫蘆通過10t卸扣連接在27號(hào)梁段頂面設(shè)置的臨時(shí)耳板上，如圖2所示。

圖2 合龍口軸線對(duì)拉調(diào)整

3.5 合龍口長度測量

觀測前將橋面無關(guān)施工荷載全部清理，合龍口兩側(cè)鋼箱梁現(xiàn)場調(diào)整到設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)，對(duì)合龍口兩側(cè)(SM27，NM27號(hào))進(jìn)行連續(xù)48h觀測(白天1次/h，夜晚2次/h)，合龍口兩側(cè)梁段頂板與底板各布置5個(gè)觀測點(diǎn)，采用全站儀與鋼尺2種方法進(jìn)行復(fù)核測量，分析合龍口隨溫度、日照等的變化規(guī)律[8-10]。最終選取22：00左右環(huán)境溫度6℃時(shí)測量結(jié)果作為溫度配切依據(jù)：底板上游側(cè)為4.485m，中間處為4.487m，下游側(cè)為4.479m；頂板上游側(cè)為4.499m，中間處為4.497m，下游側(cè)為4.503m，如圖3所示，可看出頂口間距大、底口間距小，為倒T形。為保證梁體能順利進(jìn)入合龍口，以下口間距為基準(zhǔn)，兼顧提升空間要求，最終選定配切長度為4.422m。在同環(huán)境下現(xiàn)場拖船上用劃線自行走切割小車完成梁體配切，保證合龍段配切長度滿足要求。

圖3 合龍段底口與頂口空余長度

3.6 合龍段施工

合龍梁段吊裝采用南岸2臺(tái)橋面吊機(jī)進(jìn)行起吊，橋面吊機(jī)主體鋼結(jié)構(gòu)為 Q345B鋼，主桁采用2片菱形框架平行布置，呈 H 形(見圖4)。橋面吊機(jī)總重為95t，2臺(tái)橋面吊機(jī)單邊最大提升荷載為5 600kN。

圖4 合龍段橋面吊機(jī)吊裝

合龍段HLD梁段設(shè)置有8個(gè)吊耳。提吊時(shí)使用4根φ40鋼芯鋼絲繩(抗拉強(qiáng)度1 770MPa，破斷力1 010kN)，分別纏繞吊具錨頭φ158銷軸，通過8個(gè)55t卸扣與吊耳連接，如圖5所示。

圖5 合龍段提吊示意

配切后的中跨合龍段運(yùn)輸至吊裝現(xiàn)場后起吊，同步觀測合龍口兩側(cè)27號(hào)梁段端部標(biāo)高、軸線及間距，確保間距滿足要求。合龍段提吊過程中易受到施工荷載、風(fēng)荷載等外部作用影響。為此，正式提吊前清除合龍段以外的施工荷載，并選擇提吊開始時(shí)間為17：55。當(dāng)天夜間為東南風(fēng)1～2級(jí)，風(fēng)荷載對(duì)吊裝提升影響很小。合龍段提升至合龍口時(shí)間為21：45，合龍口間距與測量時(shí)基本吻合，一次性提升到位。

調(diào)節(jié)合龍梁段標(biāo)高和軸線滿足要求后，將合龍段邊腹板與南岸SM27號(hào)梁段邊腹板及水平肋板連接板使用臨時(shí)沖釘連接。前期對(duì)南、北兩岸27號(hào)梁段觀測表明，當(dāng)溫度每升高5℃時(shí)合龍口兩側(cè)梁段伸長2cm。合龍段在22：00入合龍口提升完成，到第2天白天最高氣溫可達(dá)16℃，鋼箱梁總體將伸長4cm。現(xiàn)場對(duì)北岸NM27號(hào)梁段和合龍段進(jìn)行配孔連接板連接，邊配孔邊打入臨時(shí)沖釘，完成HLD梁段臨時(shí)鎖定；并進(jìn)行梁段環(huán)口碼縫及焊接。此時(shí)頂口兩側(cè)各2cm左右間隙，底口兩側(cè)各1cm左右間隙，滿足現(xiàn)場焊接要求。同時(shí)，進(jìn)行腹板及頂板U形肋高強(qiáng)螺栓安裝。待中跨合龍段環(huán)口焊接及螺栓安裝全部完成后，對(duì)南、北兩側(cè)主塔同步解除塔梁臨時(shí)錨固完成體系轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)語

依托池州長江公路大橋，針對(duì)大跨橋梁合龍鋼箱梁空間定位問題，本文從施工方案、技術(shù)措施及施工技術(shù)實(shí)施方面進(jìn)行分析研究，使得主橋中跨合龍后梁頂高程偏差1～2mm，軸線偏位最大值為4mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。