多幅節段拼裝梁雙機同步逐孔架設施工技術

祝平華

(中鐵四局集團第五工程有限公司,江西 九江 332000)

0 引言

為了應對日益嚴峻的城市交通問題,城市路橋建設的需求持續增長,這便要求城市橋梁建設尋求一種技術先進、高效便捷和經濟實用的施工方法[1-4]。在城市橋梁建設中,廣泛采用在工廠預制箱梁節段后再運至施工現場進行拼裝的施工方法。這種施工工藝顯著降低了橋梁施工對城市日常交通的干擾,提升了城市高架橋工程的技術水準[5-10]。同時,這種施工方法在操作過程中不會產生噪聲和粉塵,從而減少了施工對工地周邊居民的影響,進一步加強對周邊環境的保護[11]。

目前針對節段預制拼裝箱梁的逐跨施工,多數研究集中在單臺架橋機的行走方面[12-13]。然而,對于兩臺架橋機同步行走逐孔架設的施工技術,目前尚無實例研究。本研究報告以洪都大道快速化改造工程為背景,旨在探討預制節段箱梁多機同步拼裝施工技術的實際應用。通過實地橋梁試驗,結合數值仿真技術,對施工過程中節段箱梁及架橋機的受力性能進行分析和總結[14-16],以期從中得出一般性的規律,為類似工程的施工提供借鑒和參考,具有重要的實際工程意義。

1 工程概況

南昌洪都大道快速化改造項目主線橋為原洪都大道改建新建高架橋,位于南昌市老城區主干道,交通壓力大,周圍居住人口較多,若采用T型梁、箱梁無法在市區內運輸,采用預制現澆梁,現場施工周期長,過往行人、車輛較多,安全風險大;為降低對周邊環境的影響,實現橋梁裝配化,主線橋標準段采用25 m寬雙幅預制節段箱梁結構,單邊節段梁長12.4 m、寬3 m、高2.2 m,可滿足市區內運輸,橫梁采用大挑臂結構,分段區域化施工,減少施工期間對現場交通區域的影響;變寬段采用25-46.5寬三幅或四幅變寬預制節段箱梁結構,單邊節段梁形式與標準段節段梁一致。在施工過程中,防止大挑臂橫梁不平衡施工和標準等寬雙幅、多幅變寬節段箱梁拼裝施工是一重大技術難題。

2 雙機梁體同步架設施工技術

2.1 節段梁運輸

依據設計制定節段劃分原則,梁廠計算節段梁的平面、標高數據,在梁廠采用短線法匹配預制,并利用龍門吊依次吊放至存梁臺座,存梁期為3個月,節段梁滿足出場要求后,即可將節段梁按照現場架設順序提前將節段梁運至現場,為滿足施工要求加快施工進度,現在設置一處臨時存梁場地,可將節段梁提前運至現場存放,與墩頂橫梁施工可同步進行。

2.2 雙幅造橋機同步就位

墩頂橫梁為現澆大懸臂結構,左右幅箱梁相對橋墩中心的橫橋向不平衡彎矩不大于2 750 kN·m。為此,在架橋機支腿設置應力傳感裝置,保證左、右雙幅架橋機同步過孔施工,同步過孔后,雙幅架橋機同步進行節段梁掛梁施工,左、右幅不對稱掛梁數量不超過1片。

2.3 整孔雙幅同步吊裝節段

梁片運至梁底后,人工現場安裝臨時張拉鋼齒坎,并利用吊梁行車左、右幅逐片同步吊裝整孔梁片。架橋機雙幅同步掛梁詳見圖1。

2.4 逐片定位

雙幅梁掛梁完成后,采用“六向調節吊具”和φ30精軋螺紋吊桿對首片梁進行精確定位。首段預制梁定位精度影響整孔節段梁的拼裝線性精度,因此首段預制塊定位需對其軸向線性、標高進行精確定位,定位點采用節段預制施工時預埋的點位進行。在首梁定位之后,為了保證兩梁段拼接面標高、傾斜度的一致性,減少涂膠后梁段位置的調節時間,故在膠拼前進行匹配試拼。試拼時,根據換算后的六點控制坐標,利用“六向調節吊具”精調待拼節段梁空間位置,并以首梁為基準依次逐片匹配定位,定位過程中,需檢查梁片的標高、中線與匹配數據是否相吻合,精度是否滿足要求;同時還需檢查體內預應力孔道的接頭對位情況。

2.5 定位檢測

為確保節段梁的準確定位,在首片節段梁定位后,按照計算的單片梁六點坐標進行施工控制坐標的轉換,采用水準儀和全站儀按照轉換后的六點坐標,利用“六向調節吊具”和φ32精軋螺紋吊桿控制節段梁的空間位置,確保每節段梁拼裝滿足精度要求。完成整孔節段拼裝后,可根據拼裝情況進行橋機整機微調,進一步提高整孔節段箱梁與橫梁的拼裝精度。節段箱梁精度控制點布置見圖2。

2.6 逐片膠拼

在節段梁膠拼過程中,采用環氧樹脂系膠結劑,配合比為A∶B=2∶1。利用攪拌器在約400 rad/min的狀態下攪拌2 min～3 min,直到顏色均勻。涂膠厚度控制在2 mm～3 mm,涂抹時,使用刮刀從下向上均勻涂刷,這樣可以分幾個工作面同時進行,壓縮涂抹時間。在施工過程中,注意防止雨水侵入和陽光照射,涂抹溫度不宜低于5 ℃,環氧樹脂膠的適用期為40 min,晾置時間為120 min,確保施工質量和效率。

2.7 逐片施加臨時預應力

在節段梁全截面環氧樹脂涂刷完畢,采用6 mm橡膠墊圈對體內束孔道進行密貼隔離。然后利用“六向調節吊具”進行精確匹配,再利用頂板、底板臨時張拉鋼齒坎進行預應力張拉預緊。采用φ32精軋螺紋鋼作為臨時預應力筋,通過錨具和張拉千斤頂進行張拉,使環氧樹脂在不小于0.3 MPa(最小值不低于0.15 MPa)的壓力下固化。在臨時張拉過程中,及時擠出多余的環氧樹脂系膠結劑并刮除,并用檢孔器檢查預應力管道,確保孔道暢通。臨時張拉的主要目的是確保接縫緊密接觸,并保證在永久張拉前,節段之間不會發生錯動。張拉擠壓后膠縫寬度宜在1.5 mm～2.0 mm,不應出現缺膠現象,見圖3。

2.8 安裝兩側合龍勁性骨架

整跨預制節段梁膠拼并施加臨時預應力后,開始安裝濕接縫勁性骨架,勁性骨架方鋼采用20 mm的鋼板焊接而成,利用10.9 s級高強螺栓連接,具體見圖4。

2.9 同步澆筑濕接縫

預制節段與兩側墩頂橫梁之間設計為15 cm的濕接縫(見圖5),濕接縫模板采用鋼木組合結構(便于梁底安裝和滿足箱梁外形尺寸),降低了現場安裝難度,提高了現場工效;縱向體內鋼束處采用木盒隔離(便于后期縱向體內鋼束穿束施工);然后采用天泵澆筑C55低收縮混凝土,并采用薄膜覆蓋養生。

2.10 施加體外預應力

當濕接縫混凝土等強期間,采用人工配合穿束器進行體外束安裝,并左右幅同步張拉體外束,左右幅不對稱張拉不超過3束。體外鋼絞線采用單絲環氧層、油脂層和單根鋼絞線PE護套三層保護;當濕接縫混凝土強度達到設計強度90%以上,齡期超過2 d后進行體外束張拉,張拉采用雙幅左、右幅對稱張拉。在永久張拉開始前,向監理工程師提交詳細的說明、圖紙、張拉應力和延伸量的靜力計算。為了確保張拉過程的順利進行,所有操作預應力設備的人員都需經過正式培訓,并在技術人員的指導下進行作業。根據設計張拉要求,按照規定程序分批、分階段對稱進行張拉預應力筋。具體的張拉程序為:0→20%σk→100%σk。首先,將預應力筋張拉到初始噸位,測量其伸長量并作出標記,接著將其張拉到100%σk,保持荷載5 min后,再次測量伸長值并與理論計算伸長值進行比較(誤差在6%以內),確認合格后進行錨固。

2.11 架橋機雙幅同步過孔逐跨拼裝

1)雙幅標準等寬段箱梁采用架橋機同步步履過孔方式,根據橫向偏載不大于2 750 kN/m,當兩臺架橋機0號柱的油缸銷軸處、1號柱和2號柱輪組銷軸處的壓力傳感器出現數值偏差超過設計值時,架橋機將整機斷電,停止作業,從而實現架橋機同步過孔作業。兩臺架橋機同步過孔就位后,進行第二跨、第三跨節段梁拼裝施工。

2)四箱室變寬段采用架橋機同步步履過孔至左幅1號、2號或3號、4號后,通過橫移油缸、橫移軌道橫移至3號、4號或1號、2號進行節段箱梁拼裝施工,整聯采取“Z”型方式繼續架梁。

2.12 施加整聯體內預應力

當完成整聯預制節段箱梁拼裝施工后,開始施加體內預應力,縱向預應力束的張拉順序按照先長束后短束,上下左右平衡對稱張拉的順序進行張拉。待縱向體內預應力張拉完成后,施工整聯左右幅中央濕接縫,達到設計強度的90%以上,張拉橋面橫梁體內鋼束,橫向鋼束采用左右交叉單端張拉;后續進行壓漿、封錨等工序。

3 實施效果

采用兩臺節段梁拼裝架橋機進行多幅梁體同步拼梁施工(見圖6),解決了大挑臂橫梁不平衡受力問題,實現雙幅預制節段大箱梁雙幅同步拼裝施工,將節段梁片里程拼裝誤差控制在5 mm范圍以內,軸線誤差控制在3 mm范圍內,高程偏差控制在3 mm以內,不僅提高節段梁拼裝安全性,而且提高了節段拼裝精度和拼裝工效。

傳統支架法、傳統節段梁拼裝機與雙機梁體同步逐孔拼裝法功效對比如表1所示。

表1 三種施工技術對比

從以上三種節段梁架設方式可以看出單跨節段梁架設所占用機械投入、作業人員、耗時天數,由此可推斷出經濟成本的比較,從數據得出,不管是從人員、機械、施工效率、經濟效益可分析得出,雙機梁體同步逐跨架設施工是最優選擇。

4 結語

多幅預制節段拼裝梁雙機梁體同步逐孔架設施工技術在洪都大道快速化改造工程主線高架橋施工中得到成功運用,解決了城市高架橋多幅箱室、大挑臂橫梁、小曲線半徑等復雜橋梁結構的預制節段梁拼裝施工,為新技術、新工藝、新設備的合理使用提供了參考。在施工過程中有效地克服了墩頂橫梁現澆支架與架梁支架共用問題、大挑臂橫梁雙幅同步拼裝施工問題、多幅箱梁拼裝架設問題、小曲線半徑箱梁拼裝架設問題等技術難題,使我們積累了不少經驗,總結出一套積極可行、技術先進的施工方案、方法及工藝,在城市多幅預制節段箱梁拼裝施工技術方面有所突破,實現創新,為同類高架橋預制拼裝施工積累了經驗。