大跨度鋼箱梁橫移安裝施工技術(shù)

蒙立和,陳云輝,林 彬

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著我國(guó)交通建設(shè)迅速發(fā)展,鋼橋得到更廣泛的應(yīng)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(xiàn)場(chǎng)安裝,加工精度高、質(zhì)量得到保證、對(duì)周邊環(huán)境影響較小、施工便捷等優(yōu)勢(shì),通常應(yīng)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(shù)是鋼箱梁通過(guò)節(jié)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(shí)支架搭設(shè)、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(jiǎn)介

大羅高架特大橋?yàn)橘R州至巴馬高速公路(來(lái)賓至都安段)控制性工程,橋長(zhǎng)5 988.5 m。橋位沿紅水河岸和二級(jí)路之間的狹長(zhǎng)路線布設(shè),上構(gòu)形式采用(139×40+60+9×40) m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁+鋼混組合梁,為賀巴高速公路第一長(zhǎng)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(mm)

1.2 鋼梁節(jié)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(jù)設(shè)計(jì)劃分原則,并充分考慮公路運(yùn)輸限制條件及現(xiàn)場(chǎng)吊裝安裝方案,每片槽梁分成5個(gè)制造(運(yùn)輸)段,節(jié)段長(zhǎng)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(shè)計(jì)

2.1 拼裝支架設(shè)計(jì)

支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要由鋼管、連接系、分配梁組成[2-4]。分配梁頂部在對(duì)應(yīng)每片槽型梁腹板位置處設(shè)置千斤頂和墊塊,用于調(diào)節(jié)槽型梁的位置。支架鋼管樁采用φ610 mm×14 mm的鋼管,聯(lián)結(jié)系為[20a槽鋼,縱、橫梁均采用2HN400×200H型鋼。支架安裝應(yīng)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(shè)置操作平臺(tái)和防護(hù)欄桿。

支架方案詳見(jiàn)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(shè)計(jì)

(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(yīng)滑塊在滑道上的位置調(diào)節(jié),滑道梁上設(shè)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(yù)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(shí)支撐柱與底板之間進(jìn)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(jié)構(gòu),采用多塊鋼板焊接而成,每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)度為2.3 m,采用螺栓連接。如下頁(yè)圖6所示。

圖6 橫移滑塊結(jié)構(gòu)圖(mm)

(3)橫移方式。采用千斤頂頂推的方式進(jìn)行鋼箱梁的橫移。鋼箱梁兩端同側(cè)設(shè)置千斤頂,兩端同時(shí)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?shù)竭_(dá)工作里程后,通過(guò)移動(dòng)反力支座,再次調(diào)整千斤頂?shù)奈恢?交替進(jìn)行頂推施工,直至鋼箱梁到達(dá)指定位置。由于兩側(cè)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(cè)量滑塊與限位角鋼的位置關(guān)系,當(dāng)滑塊與限位角鋼距離為5 mm時(shí),停止滑移,將鋼槽梁整體起頂,移動(dòng)千斤頂位置后,進(jìn)行第二輪的頂推滑移,經(jīng)多次頂推滑移至設(shè)計(jì)位置[5]。如下頁(yè)圖7所示。

圖7 橫移路線示意圖(mm)

(4)鋼梁落梁精調(diào)定位。在每片槽型梁兩端正下方各布設(shè)兩臺(tái)200 t自鎖式千斤頂,梁段調(diào)整到位后,開(kāi)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(shí)墊塊上,通過(guò)墊塊和千斤頂反復(fù)起頂和回落逐步將鋼梁落至正式支座上。

3 關(guān)鍵施工工藝流程

橫移法施工主要流程為:工廠搬運(yùn)裝車→運(yùn)輸梁段至現(xiàn)場(chǎng)→梁段現(xiàn)場(chǎng)吊裝至拼裝支架上拼裝成整孔節(jié)段→卸落拼裝支架上的支撐點(diǎn)→鋼梁落至滑道梁上→牽引槽型梁滑移至設(shè)計(jì)位置→精調(diào)定位→落梁至永久支座(受力體系轉(zhuǎn)換)。

吊裝過(guò)程如圖8～13所示,鋼箱梁安裝施工要點(diǎn)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(jié)段一次吊裝示意圖

圖11 節(jié)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(shí)支架搭設(shè)平臺(tái)上,精調(diào)位置。

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

(3)依次吊裝節(jié)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(shí)支架上的支撐點(diǎn)。

(5)開(kāi)始滑移整段鋼梁。

(6)當(dāng)鋼梁?jiǎn)蜗蚧贫ㄎ徊粶?zhǔn)時(shí),可雙向安裝滑移千斤頂進(jìn)行平面位置定位調(diào)整。

(7)將槽型鋼梁滑移到位后,拆除支承墊石左右兩側(cè)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(qiáng)對(duì)支座頂標(biāo)高、四角高差的復(fù)核與質(zhì)量控制。

(9)放上調(diào)平鋼板依靠千斤頂回縮行程將梁落至永久支座上:①當(dāng)千斤頂行程不足以將梁完全下放至永久支座上時(shí),在千斤頂內(nèi)側(cè)再用另一組墊塊撐起鋼梁,千斤頂回縮,將鋼梁下落至內(nèi)側(cè)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(fù)①②步直至槽梁最終落至支座上調(diào)平鋼板處,實(shí)現(xiàn)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(fù)以上步驟。

4 施工設(shè)計(jì)計(jì)算

支架結(jié)構(gòu)主要組成鋼梁分節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后,采用一臺(tái)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(guò)采用千斤頂進(jìn)行橫移施工。

4.1 拼裝支架和橫移支架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用Midas Civil軟件建立計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果如圖14、圖15所示。

圖14 拼裝支架組合應(yīng)力云圖(MPa)

圖15 橫移滑道梁組合應(yīng)力云圖(MPa)

經(jīng)驗(yàn)算,拼裝工況最大組合應(yīng)力為117 MPa,小于允許值215 MPa,滿足要求。

經(jīng)驗(yàn)算,拼裝工況最大組合應(yīng)力為80.4 MPa,小于允許值215 MPa,滿足要求。

其他計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示,均滿足要求。

表1 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表

4.2 吊裝計(jì)算

(1)起重概況。鋼梁節(jié)段參數(shù)如表2所示。

表2 鋼梁節(jié)段吊裝參數(shù)表

由表2可知,最大節(jié)段重量為GL-1#40.9 t。

(2)吊車選型。鋼梁主要吊裝設(shè)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(jù)最大吊重40.9 t,選用φ48 mm鋼絲繩。把每個(gè)分段簡(jiǎn)化為一剛體,因剛體吊點(diǎn)是對(duì)稱布置,鋼絲繩與水平夾角按60°考慮,對(duì)3種區(qū)間按照最重梁段重量計(jì)算受力分析如下:

根據(jù)平衡原理:在直角坐標(biāo)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(jù)鋼絲繩破斷拉力,φ48 mm鋼絲繩,纖維芯,公稱抗拉強(qiáng)度為1 870 MPa,查《鋼絲繩通用技術(shù)條件》(GB/T 20118-2017),其破斷拉力Fg=1 300 kN。

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

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)鋼箱梁節(jié)段吊裝施工,采用全幅設(shè)立臨時(shí)支撐拼裝平臺(tái)的方式,設(shè)計(jì)出一套單片鋼箱梁拼裝平臺(tái)及千斤頂橫移下放系統(tǒng),臨時(shí)支撐架投入少,操作簡(jiǎn)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(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)場(chǎng)地狹小無(wú)法滿足常規(guī)施工要求的鋼箱梁安裝施工提供了借鑒。