大跨度鋼管混凝土拱橋格子梁安裝關(guān)鍵施工技術(shù)

張柳霜

(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)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,鋼管混凝土拱橋憑借施工便捷、經(jīng)濟(jì)性好、承載力大的優(yōu)點(diǎn)在交通基礎(chǔ)設(shè)施中得到了大量應(yīng)用[1-2]。格子梁作為橋面荷載的直接受載結(jié)構(gòu),其施工過(guò)程中的質(zhì)量控制顯得尤為重要。目前鮮有文獻(xiàn)對(duì)格子梁安裝工藝進(jìn)行系統(tǒng)探討,據(jù)此,本文依托某一鋼管混凝土拱橋,詳細(xì)介紹了大橋格子梁安裝的關(guān)鍵施工技術(shù)。

1 工程背景

某橋?yàn)橹谐惺戒摴芑炷撂峄@拱橋,主跨為360 m,矢跨比為1/4.533,拱軸系數(shù)為1.55,其兩片拱肋在豎直平面內(nèi)沿橋軸中線傾斜10°,形成提籃式。單片拱肋采用變高度四管桁式截面,拱頂截面徑向高為7 m,拱腳截面徑向高為12 m,肋寬為3.2 m。每肋上弦、下弦均為兩根φ1 200 mm鋼管混凝土弦管,壁厚由拱腳32 mm逐漸過(guò)渡到24 mm,管內(nèi)混凝土采用C60自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。主拱肋通過(guò)兩根φ720 mm綴管和兩根φ610 mm豎腹桿連接主管而構(gòu)成矩形截面,弦管鋼材采用Q345qC。大橋整體布置如圖1所示。

圖1 大橋橋型布置圖

橋面主梁為格構(gòu)式鋼-混凝土組合梁,采用纜索吊裝法施工。大橋纜索吊裝系統(tǒng)跨徑組合為342.0 m+520.5 m+350.2 m,塔架為重力式裝配化塔架,塔底固結(jié)。纜索系統(tǒng)設(shè)置兩組主索道,設(shè)計(jì)吊重160 t,起吊過(guò)程采用兩組主索抬吊。大橋纜索系統(tǒng)整體布置如圖2所示。

圖2 大橋纜索系統(tǒng)整體布置示意圖(m)

2 格子梁吊裝方案設(shè)計(jì)

2.1 格子梁節(jié)段劃分

結(jié)合項(xiàng)目纜索系統(tǒng)起吊能力、全橋吊桿布置間距以及大橋結(jié)構(gòu)形式,最大減少節(jié)段的接頭焊接數(shù)量,以1根吊桿及吊桿間的部分作為1個(gè)節(jié)段,將全橋格子梁劃分為29個(gè)節(jié)段,包括拱上段、肋間相交段、拱下段(包含合龍段),最大節(jié)段重量為端頭段152.6 t。

2.2 格子梁安裝順序

橋面格子梁的安裝順序?yàn)?拱上段→肋間相交段→拱下段。具體順序?yàn)榘础?#段→14#段→合龍段”遞增順序安裝,采取兩岸對(duì)稱交替的形式,兩岸進(jìn)度差距≤2個(gè)節(jié)段。格子梁安裝順序如圖3所示。

圖3 格子梁節(jié)段安裝順序示意圖

2.3 格子梁節(jié)段運(yùn)輸

由于施工場(chǎng)地的局限性,全橋格子梁節(jié)段通過(guò)設(shè)置雙層平車,進(jìn)行節(jié)段運(yùn)輸?shù)目v橫向轉(zhuǎn)換。即上層平車設(shè)置為橫向運(yùn)輸、下層平車設(shè)置為縱向運(yùn)輸時(shí),由上層平車將格子梁節(jié)段橫向運(yùn)輸至下層平車上部,然后斷開(kāi)橫向軌道,再由下層平車將“格子梁節(jié)段與上層平車”整體進(jìn)行縱向運(yùn)輸,最后再連接橫向軌道運(yùn)輸至拱座前方或后方的起吊位置。格子梁節(jié)段運(yùn)輸路線平面圖如圖4所示。

圖4 格子梁節(jié)段運(yùn)輸路線平面圖

3 格子梁安裝關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 整體控制方法

為克服傳統(tǒng)格子梁安裝就位方法施工效率低、索力均勻性差等問(wèn)題,大橋格子梁安裝采用無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法[3]控制,即吊桿下料按照無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度下料,安裝過(guò)程中根據(jù)拱肋混凝土灌注后的實(shí)測(cè)標(biāo)高與理論標(biāo)高的誤差來(lái)控制吊桿上錨頭的拔出量,格子梁就位后通過(guò)吊桿受載伸長(zhǎng)即可使得格子梁達(dá)到目標(biāo)控制線形。整個(gè)格子梁安裝過(guò)程中無(wú)須對(duì)吊桿進(jìn)行張拉,吊桿下料長(zhǎng)度可根據(jù)式(1)計(jì)算:

(1)

式中:L0——吊桿無(wú)應(yīng)力下料長(zhǎng)度;

L——吊桿受載后幾何長(zhǎng)度;

T——成橋吊桿力;

E——材料彈性模量;

A——吊桿截面積。

3.2 總體工藝流程

橋面格子梁總體工藝流程為:節(jié)段廠內(nèi)預(yù)制→陸上運(yùn)輸至起吊位置→纜索系統(tǒng)四點(diǎn)起吊→節(jié)段起吊并縱向移動(dòng)→節(jié)段初步就位→安裝吊桿下錨頭→連接節(jié)段接頭腹板高強(qiáng)螺栓→調(diào)整橋面線形→焊接接頭翼緣板→重復(fù)上述步驟→全橋合龍。

3.3 拱上段安裝方法

分別在格子梁主縱梁與橫梁相交位置焊接四個(gè)吊耳,將纜索系統(tǒng)主索鞍分離并橫移至吊點(diǎn)位置,安裝卸扣與吊耳連接,直接從拱座后方四點(diǎn)起吊就位。以端頭段(1#)為基準(zhǔn)段,就位后做好縱橫向限位,再安裝2#拱上節(jié)段,連接接頭高強(qiáng)螺栓。

3.4 肋間相交段安裝方法

肋間相交段即3#段,由于肋間橫梁與X撐之間凈距過(guò)小、拱下凈高不足,3#段無(wú)法從拱肋上方穿插到拱肋下方。針對(duì)肋間相交段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定安裝工藝:接長(zhǎng)邊跨側(cè)次橫梁→從拱座前方拱下位置起吊→縱移至設(shè)計(jì)安裝位置下方→將吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換至拱肋下弦→松除格子梁外側(cè)吊點(diǎn)→切割接長(zhǎng)橫梁→將吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換至拱肋內(nèi)側(cè)→解除綁在拱肋上吊點(diǎn)→格子梁就位。肋間段起吊方法如圖5所示。

圖5 肋間段起吊方法示意圖

3.5 拱下段安裝方法

拱下節(jié)段為4#～14#段,包括合龍段。為避免節(jié)段起點(diǎn)縱移過(guò)程中吊點(diǎn)與拱肋結(jié)構(gòu)相沖突,現(xiàn)場(chǎng)采用接長(zhǎng)吊具的安裝方法。在格子梁節(jié)段兩端外側(cè)主橫梁Hz1及次橫梁Hc1端部分別安裝接長(zhǎng)吊具。主索鞍分離橫移至吊點(diǎn)位置,纜索系統(tǒng)起重索與吊點(diǎn)連接,在拱座前方平移場(chǎng)起吊,從拱下縱移至格子梁就位區(qū)域,安裝吊桿及接頭處高強(qiáng)螺栓。

4 控制結(jié)果分析

4.1 格子梁安裝線形

格子梁安裝線形是質(zhì)量精度控制最直觀的體現(xiàn),在全橋格子梁安裝完成后,對(duì)吊桿位置處的橫梁高程進(jìn)行通測(cè),并與理論值進(jìn)行對(duì)比分析。鑒于篇幅有限,以下僅取上游岸進(jìn)行分析,結(jié)果如圖6所示。

圖6 格子梁安裝線形實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比曲線圖

由圖6可得,全橋格子梁合龍后安裝高程絕大多數(shù)控制10 mm以內(nèi),控制精度良好,同時(shí)也證明了用吊桿上錨頭拔出量施工是可行的。

4.2 吊桿力監(jiān)測(cè)

大橋橋面瀝青混凝土鋪裝完成后,實(shí)測(cè)所有吊桿力,同樣取上游側(cè)吊桿力進(jìn)行分析,結(jié)果如表1所示。

表1 大橋上游側(cè)吊桿力實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比分析表

由表1可知,從實(shí)測(cè)吊桿索力來(lái)看,大橋吊桿力均勻性較好,與理論索力吻合度較高,最大誤差<9%,且安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某一中承式鋼管混凝土拱橋?yàn)楣こ瘫尘?詳細(xì)介紹了大橋格子梁安裝的關(guān)鍵施工技術(shù),包括格子梁節(jié)段劃分、吊裝順序設(shè)計(jì)、吊桿無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度計(jì)算及格子梁各部位詳細(xì)就位方法。實(shí)踐結(jié)果表明,采用本文的施工工藝技術(shù),大橋僅用45 d便完成了格子梁安裝工作,格子梁實(shí)測(cè)最大線形偏差19 mm,吊桿力最大偏差8.8%,整體施工質(zhì)量控制良好,可供同類型橋梁施工借鑒和參考。