大跨度鋼箱梁橫移安裝施工技術

蒙立和,陳云輝,林 彬

(廣西路橋工程集團有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著我國交通建設迅速發展,鋼橋得到更廣泛的應用和推廣。鋼箱梁相比混凝土箱梁具有自重輕、承載和跨越能力大、便于工廠制作及現場安裝,加工精度高、質量得到保證、對周邊環境影響較小、施工便捷等優勢,通常應用于大跨度橋梁和跨越既有通行道路的橋梁。

鋼箱梁橫移施工技術是鋼箱梁通過節段吊裝、焊接成整體橫移就位的一種施工工法,主要工序分為臨時支架搭設、橫移軌道安裝、箱梁吊裝及拼接、涂裝、頂推橫移、卸落架等[1]。

1 依托工程

1.1 工程簡介

大羅高架特大橋為賀州至巴馬高速公路(來賓至都安段)控制性工程,橋長5 988.5 m。橋位沿紅水河岸和二級路之間的狹長路線布設,上構形式采用(139×40+60+9×40) m預應力混凝土小箱梁+鋼混組合梁,為賀巴高速公路第一長特大橋。其中60 m跨跨越地下暗河,為鋼混疊合梁,分左右幅,每幅采用兩箱組合梁而成。組合梁截面中心處組合梁高3.18 m,其中鋼箱梁高2.83 m,混凝土板厚0.35 m。主梁結構如圖1所示。

圖1 主梁標準斷面圖(mm)

1.2 鋼梁節段劃分

單幅鋼箱梁由兩片槽型梁組成,每片槽型寬3.70 m,梁高2.83 m。根據設計劃分原則,并充分考慮公路運輸限制條件及現場吊裝安裝方案,每片槽梁分成5個制造(運輸)段,節段長度為10.34～13.3 m,最大吊裝重量為40.9 t。如圖2所示。

圖2 鋼箱梁加工安裝示意圖

2 拼裝支架及橫移體系設計

2.1 拼裝支架設計

支架結構構件主要由鋼管、連接系、分配梁組成[2-4]。分配梁頂部在對應每片槽型梁腹板位置處設置千斤頂和墊塊,用于調節槽型梁的位置。支架鋼管樁采用φ610 mm×14 mm的鋼管,聯結系為[20a槽鋼,縱、橫梁均采用2HN400×200H型鋼。支架安裝應先安裝好鋼管和連接系,接著將縱梁安放在樁頂鋼板上,H型鋼與鋼板焊接固定,然后安裝橫梁,最后設置操作平臺和防護欄桿。

支架方案詳見圖3、圖4。

圖3 橫斷面布置圖(mm)

圖4 平面布置圖(mm)

2.2 橫移體系設計

(1)橫移滑道。橫移滑道布置在橋墩蓋梁上,橫移滑道采用4根HN400×200的H型鋼,寬度為800 mm,可適應滑塊在滑道上的位置調節,滑道梁上設兩根角鋼限位,并與H型鋼采用焊接連接。蓋梁澆筑前,頂面按照滑道梁支撐間距,預埋厚14 mm的80 cm×80 cm鋼板作為支撐柱的底板,安裝支撐柱時支撐柱與底板之間進行滿焊處理。如圖5所示。

圖5 橫移滑道布置圖(mm)

(2)橫移滑塊。橫移滑塊為組焊件結構,采用多塊鋼板焊接而成,每個節段長度為2.3 m,采用螺栓連接。如下頁圖6所示。

圖6 橫移滑塊結構圖(mm)

(3)橫移方式。采用千斤頂頂推的方式進行鋼箱梁的橫移。鋼箱梁兩端同側設置千斤頂,兩端同時啟用千斤頂頂推,頂推的速度保持一致,確保鋼箱梁勻速平行橫移,千斤頂到達工作里程后,通過移動反力支座,再次調整千斤頂的位置,交替進行頂推施工,直至鋼箱梁到達指定位置。由于兩側布置在蓋梁上的滑道不平行,所以橫移分多次分步滑移,滑移沿橫向滑移一定距離后,測量滑塊與限位角鋼的位置關系,當滑塊與限位角鋼距離為5 mm時,停止滑移,將鋼槽梁整體起頂,移動千斤頂位置后,進行第二輪的頂推滑移,經多次頂推滑移至設計位置[5]。如下頁圖7所示。

圖7 橫移路線示意圖(mm)

(4)鋼梁落梁精調定位。在每片槽型梁兩端正下方各布設兩臺200 t自鎖式千斤頂,梁段調整到位后,開始起頂,拆除支承墊石上的滑道梁和滑塊,安裝正式支座,落梁至臨時墊塊上,通過墊塊和千斤頂反復起頂和回落逐步將鋼梁落至正式支座上。

3 關鍵施工工藝流程

橫移法施工主要流程為:工廠搬運裝車→運輸梁段至現場→梁段現場吊裝至拼裝支架上拼裝成整孔節段→卸落拼裝支架上的支撐點→鋼梁落至滑道梁上→牽引槽型梁滑移至設計位置→精調定位→落梁至永久支座(受力體系轉換)。

吊裝過程如圖8～13所示,鋼箱梁安裝施工要點如下:

圖8 鋼梁吊裝立面布置圖(mm)

圖9 鋼梁吊裝平面布置圖(mm)

圖10 節段一次吊裝示意圖

圖11 節段焊接成整體示意圖

圖12 落梁就位示意圖

圖13 第二片鋼箱梁就位示意圖

(1)吊裝第一段槽型梁落于墩頂蓋梁上的滑道梁和臨時支架搭設平臺上,精調位置。

(2)吊裝第二段鋼梁于臨時支架拼裝平臺1和臨時支架拼裝平臺2上,精調位置后與第一段鋼梁焊接固定。

(3)依次吊裝節段梁,完成單根鋼槽梁的整孔拼裝。

(4)兩端橋墩蓋梁上千斤頂起頂,卸載臨時支架上的支撐點。

(5)開始滑移整段鋼梁。

(6)當鋼梁單向滑移定位不準時,可雙向安裝滑移千斤頂進行平面位置定位調整。

(7)將槽型鋼梁滑移到位后,拆除支承墊石左右兩側部分滑道梁,在鋼槽梁腹板位置處安裝千斤頂和墊塊,自鎖式千斤頂起頂,待千斤頂受力后卸除支承墊石頂部的一小段滑道梁和滑塊。

(8)安裝永久支座,落梁前加強對支座頂標高、四角高差的復核與質量控制。

(9)放上調平鋼板依靠千斤頂回縮行程將梁落至永久支座上:①當千斤頂行程不足以將梁完全下放至永久支座上時,在千斤頂內側再用另一組墊塊撐起鋼梁,千斤頂回縮,將鋼梁下落至內側支撐墊塊上,減少千斤頂墊塊高度;②然后再用千斤頂頂起鋼梁,降低千斤頂旁另一組墊塊高度;③重復①②步直至槽梁最終落至支座上調平鋼板處,實現落梁操作。

(10)至此,完成一組鋼箱梁的安裝,剩余3組鋼箱梁安裝重復以上步驟。

4 施工設計計算

支架結構主要組成鋼梁分節段運輸至現場后,采用一臺350 t汽車吊吊裝至拼裝支架上,整孔焊接成整體,在橋墩蓋梁頂部布置滑道梁和滑塊,通過采用千斤頂進行橫移施工。

4.1 拼裝支架和橫移支架設計結構計算

采用Midas Civil軟件建立計算模型進行驗算。計算結果如圖14、圖15所示。

圖14 拼裝支架組合應力云圖(MPa)

圖15 橫移滑道梁組合應力云圖(MPa)

經驗算,拼裝工況最大組合應力為117 MPa,小于允許值215 MPa,滿足要求。

經驗算,拼裝工況最大組合應力為80.4 MPa,小于允許值215 MPa,滿足要求。

其他計算結果匯總如表1所示,均滿足要求。

表1 支架結構設計計算結果匯總表

4.2 吊裝計算

(1)起重概況。鋼梁節段參數如表2所示。

表2 鋼梁節段吊裝參數表

由表2可知,最大節段重量為GL-1#40.9 t。

(2)吊車選型。鋼梁主要吊裝設備為350 t汽車吊(107 t配重,支腿全伸9 m)。吊裝工況分析表如表3所示。

表3 吊裝工況分析表

(3)鋼絲繩選型。根據最大吊重40.9 t,選用φ48 mm鋼絲繩。把每個分段簡化為一剛體,因剛體吊點是對稱布置,鋼絲繩與水平夾角按60°考慮,對3種區間按照最重梁段重量計算受力分析如下:

根據平衡原理:在直角坐標系建立方程ΣFy=0,G=Ly=40.9 t。

單根鋼絲繩拉力L=Ly/sin60°×9.8/4=40.9/0.866×9.8/4=115.7 kN(鋼絲繩拉力)。

根據鋼絲繩破斷拉力,φ48 mm鋼絲繩,纖維芯,公稱抗拉強度為1 870 MPa,查《鋼絲繩通用技術條件》(GB/T 20118-2017),其破斷拉力Fg=1 300 kN。

鋼絲繩安全系數K=Fg/F=1 300/115.7=11.2,大于安全系數8。

5 結語

本文針對鋼箱梁節段吊裝施工,采用全幅設立臨時支撐拼裝平臺的方式,設計出一套單片鋼箱梁拼裝平臺及千斤頂橫移下放系統,臨時支撐架投入少,操作簡單,安全可靠,縮短了工期,提升了安全性,降低了成本,為高速公路跨線、跨越不良地質和現場施工作業場地狹小無法滿足常規施工要求的鋼箱梁安裝施工提供了借鑒。