銀川機(jī)場(chǎng)黃河橋鋼桁梁柔性拱施工關(guān)鍵技術(shù)研究

章耀林

(中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司 天津 300300)

1 工程概況

銀西鐵路銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋主橋跨越黃河，位于9?！?7＃墩間，橋跨布置為1-96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁＋2×3-168 m連續(xù)鋼桁柔性拱＋1-96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁，見(jiàn)圖1。

圖1 銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋橋跨布置

主橋鋼桁梁柔性拱采用下承式鋼桁梁結(jié)構(gòu)，桁高12.8 m，桁寬13.8 m。一聯(lián)鋼桁梁柔性拱共44個(gè)節(jié)間，其中兩邊跨各15個(gè)節(jié)間，節(jié)間長(zhǎng)度分為11 m、12 m兩種規(guī)格；中跨14個(gè)節(jié)間，節(jié)間長(zhǎng)度均為12 m。

拱圈矢高28 m，矢跨比1/4.71。拱圈共34個(gè)節(jié)間，其中兩邊拱各12個(gè)節(jié)間，長(zhǎng)度均為11 m；中拱10個(gè)節(jié)間，長(zhǎng)度均為12 m(見(jiàn)圖2)。

圖2 3×168 m連續(xù)鋼桁梁1/2柔性拱結(jié)構(gòu)(單位:m)

鋼梁的平面聯(lián)接系分拱肋平縱聯(lián)和上平縱聯(lián)。柔性拱每個(gè)節(jié)間(包括加勁弦)均設(shè)置平縱聯(lián)，鋼桁梁每個(gè)節(jié)間上弦之間均設(shè)置平縱聯(lián)。鋼桁梁下弦間設(shè)置正交異性鋼橋面板[1-4]。

鋼梁下弦桿、上弦桿、拱肋均采用箱形斷面，腹桿采用箱形斷面和工字形兩種斷面，吊桿采用八角形斷面，平聯(lián)采用工字形斷面。鋼梁各主要構(gòu)件最大重量見(jiàn)表1。

表1 3×168 m連續(xù)鋼桁梁柔性拱各主要構(gòu)件及最大重量

從端斜桿開(kāi)始，每?jī)蓚€(gè)節(jié)間設(shè)置一道橋門(mén)架或橫聯(lián)。

主桁采用焊接整體節(jié)點(diǎn)，弦桿及拱肋與節(jié)點(diǎn)板在工廠焊接，腹桿及吊桿與節(jié)點(diǎn)板采用對(duì)拼式或插入式連接。桿件采用M30高強(qiáng)摩擦型螺栓連接。正交異性鋼橋面板橫梁與主桁下弦桿之間采用高強(qiáng)螺栓連接，面板與下弦桿上緣之間、橋面板之間在工地焊接[5-8]。

2 總體施工方案及柔性拱施工步驟

2.1 施工方案選擇的限制條件

銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋規(guī)模龐大，原設(shè)計(jì)工期為43個(gè)月，是銀西鐵路控制性工程。由于業(yè)主對(duì)銀西鐵路總工期的要求，期望將銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋工期控制在14個(gè)月內(nèi)，并控制成本、保證質(zhì)量。為此業(yè)主在招標(biāo)前組織了銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋施工方案競(jìng)賽，要求各投標(biāo)單位論證工期控制在14個(gè)月內(nèi)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。因此，工期是選擇技術(shù)方案最主要的制約因素。如何盡可能地縮短工期，同時(shí)能夠保證工程質(zhì)量是選擇施工方案首先要考慮的問(wèn)題，此外還需保證施工方案經(jīng)濟(jì)合理[9-11]。

2.2 方案確定

經(jīng)過(guò)深入分析研究，中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)創(chuàng)造性地提出了“橋梁下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)原位同步施工、連續(xù)鋼桁梁與柔性拱同步施工”的總體施工方案，能將銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋總工期控制在14個(gè)月內(nèi)，并能很好地保證質(zhì)量、控制成本，由此成功中標(biāo)銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋項(xiàng)目。

2.3 鋼桁梁柔性拱施工步驟

鋼桁梁柔性拱具體的施工步驟見(jiàn)圖3。

圖3 鋼梁架設(shè)步驟

步驟一:在下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)，拼裝11?！?2＃、14?！?5＃墩間起始節(jié)間鋼梁拼裝支架及其他各臨時(shí)支架。起始節(jié)間鋼梁拼裝完成后，利用履帶吊機(jī)拼裝完成起始節(jié)間鋼梁(中跨跨中4個(gè)節(jié)間鋼梁)，之后拼裝完成架梁吊機(jī)。

步驟二:架梁吊機(jī)雙懸臂對(duì)稱(chēng)架設(shè)鋼梁至11＃、12＃、14＃、15＃墩后，在鋼梁起始節(jié)間上拼裝架拱吊機(jī)。 同時(shí)，采用履帶吊機(jī)拼裝 9?！?0＃、16?！?7＃墩間96 m跨簡(jiǎn)支鋼桁梁。

步驟三:架梁吊機(jī)繼續(xù)雙懸臂拼裝邊跨鋼桁梁，架拱吊機(jī)完成中拱安裝并合龍后繼續(xù)向邊跨架設(shè)6個(gè)節(jié)間的邊拱。

步驟四:架拱吊機(jī)穿過(guò)已經(jīng)架設(shè)好的部分邊拱和中拱，架設(shè)另一邊拱(此邊跨側(cè)架梁吊機(jī)架設(shè)完成鋼桁梁及吊機(jī)站位平臺(tái)后即拆除)，剩余邊拱由架梁吊機(jī)、架拱吊機(jī)架設(shè)。

步驟五:通過(guò)主墩墩頂三向位移測(cè)量裝置在合適溫度條件下精確調(diào)整合龍口位置，架梁吊機(jī)、架拱吊機(jī)分別站位于臨時(shí)站位平臺(tái)上完成邊拱合龍。邊拱合龍后，調(diào)整鋼梁，落梁就位。

3 鋼梁施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)同步施工技術(shù)

為縮短工期，下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)同步施工，具體措施如下:

(1)以棧橋作為施工通道，局部加寬兼作上部結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)

由于主橋跨越黃河，鋼梁運(yùn)輸需借助棧橋；11?！?2＃墩間起始節(jié)間鋼梁吊裝需借助吊裝平臺(tái)。

棧橋位于主橋上游側(cè)21 m，全長(zhǎng)712.4 m。棧橋標(biāo)準(zhǔn)寬度為10.0 m，標(biāo)準(zhǔn)跨度為15 m。棧橋頂高程為＋1 110.500 m。棧橋采用鋼管樁＋貝雷梁＋鋼橋面板結(jié)構(gòu)形式。棧橋滿足150 t履帶吊、掛-120汽車(chē)通行(見(jiàn)圖4)。

圖4 棧橋布置(單位:m)

棧橋第三聯(lián)寬度增加到18 m，兼做起始節(jié)間鋼梁吊裝平臺(tái)。除滿足前述車(chē)輛通行要求外，尚且滿足150 t履帶吊吊裝起始節(jié)間鋼梁等作業(yè)要求。

(2)鋼梁從中跨跨中向兩側(cè)橋墩方向架設(shè)，與基礎(chǔ)施工同步進(jìn)行

為實(shí)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)同步施工，在3×168 m連續(xù)鋼桁梁柔性拱下布置臨時(shí)墩。臨時(shí)墩布置見(jiàn)圖5。在下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)，搭設(shè)臨時(shí)墩支架，之后架設(shè)鋼梁[12]。

圖5 3×168 m連續(xù)鋼桁梁柔性拱臨時(shí)墩布置(單位:m)

11?！?2＃墩間起始4個(gè)節(jié)間鋼桁梁采用150 t履帶吊機(jī)站位于吊裝平臺(tái)(棧橋第三聯(lián))拼裝；14?！?5＃墩間起始4個(gè)節(jié)間鋼桁梁采用150 t履帶吊機(jī)站位于便道上拼裝。

鋼梁拼裝順序?yàn)橥鈧?cè)下弦桿——內(nèi)側(cè)下弦桿——橋面板——外側(cè)腹桿——外側(cè)上弦桿——內(nèi)側(cè)腹桿——內(nèi)側(cè)上弦桿件——上平聯(lián)。

鋼梁起始節(jié)間及架梁吊機(jī)拼裝共需要38 d，正好位于低溫季節(jié)。因低溫對(duì)于鋼梁焊接和栓接均不利，故拼裝鋼梁起始4個(gè)節(jié)間時(shí)，橋面板暫不焊接，需栓接的構(gòu)件暫采用沖釘替代，以避開(kāi)極寒天氣的影響，待氣溫升高再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。在臨時(shí)墩頂布置三向位移測(cè)量裝置，以便調(diào)整鋼梁的位置。

起始節(jié)間鋼梁架設(shè)完成后，架梁吊機(jī)由汽車(chē)通過(guò)便道和棧橋運(yùn)輸至已經(jīng)拼裝好的起始4個(gè)節(jié)間鋼桁梁處，由150 t履帶吊機(jī)站位于吊裝平臺(tái)(11?！?2＃墩)或地面(14?！?5＃墩)上，在起始節(jié)間上各拼裝2臺(tái)架梁吊機(jī)。每臺(tái)架梁吊機(jī)占用2個(gè)節(jié)間鋼梁空間。架梁吊機(jī)拼裝完畢后雙懸臂架設(shè)鋼桁梁。架梁吊機(jī)初始站位見(jiàn)圖6。

圖6 架梁吊機(jī)初始站位示意

3.2 連續(xù)鋼桁梁與柔性拱同步施工技術(shù)

中跨連續(xù)鋼桁梁施工完成后，柔性拱與連續(xù)鋼桁梁開(kāi)始同步架設(shè)。柔性拱中拱及1.5個(gè)邊拱共28個(gè)節(jié)間采用40 t架拱吊機(jī)拼裝。為方便柔性拱架設(shè)，采取如下技術(shù)措施:

(1)采用穿拱架拱吊機(jī)吊裝柔性拱

由于40 t架拱吊機(jī)先架設(shè)中拱，后架設(shè)邊拱，架拱吊機(jī)需要穿越柔性拱。架設(shè)邊拱的60 t或75 t架梁吊機(jī)拼裝完邊跨鋼桁梁后，后退至40 t架拱吊機(jī)拼裝好的柔性拱處，從柔性拱中部開(kāi)始，往邊墩方向倒退架設(shè)剩余6個(gè)節(jié)間柔性拱(見(jiàn)圖7)。

圖7 40 t全回轉(zhuǎn)吊機(jī)穿拱示意

架拱吊機(jī)走行時(shí)，利用翻轉(zhuǎn)油缸使底盤(pán)支點(diǎn)平轉(zhuǎn)90°，使之不與吊桿沖突，走行到位后再將支點(diǎn)反轉(zhuǎn)90°，使之支承在鋼梁上弦桿上并錨固，開(kāi)始架設(shè)柔性拱。

吊機(jī)軌道設(shè)置在上弦桿與平聯(lián)連接的節(jié)點(diǎn)處，吊機(jī)走行到位后由吊機(jī)自帶滑移裝置向前滑移。

(2)調(diào)整拱腳2個(gè)節(jié)間的拱平聯(lián)安裝時(shí)機(jī)

為方便40 t架拱吊機(jī)通過(guò)，安裝柔性拱時(shí)，拱腳2個(gè)節(jié)間的拱平聯(lián)不能與拱同步安裝，需待40 t架拱吊機(jī)穿拱后再采用履帶吊機(jī)站位于棧橋上拼裝。

(3)設(shè)置架梁吊機(jī)臨時(shí)站位平臺(tái)

邊拱合龍時(shí)，2臺(tái)40 t架拱吊機(jī)站位于13＃墩頂?shù)恼疚黄脚_(tái)上，60 t或75 t架梁吊機(jī)站位于10?；?6＃墩頂站位平臺(tái)上。站位平臺(tái)由弦桿、豎桿和橫向聯(lián)接系組成，弦桿和豎桿與鋼梁節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接(見(jiàn)圖8)。

圖8 邊拱合龍時(shí)架梁吊機(jī)站位

(4)采用柔性拱拱腳合龍技術(shù)

為消除柔性拱合龍口相對(duì)位移，方便拱腳合龍，可利用合龍口附近支墩上的千斤頂頂落梁。分析表明在溫度較高時(shí)，合龍口相對(duì)位移較小，可以直接合龍。實(shí)際施工時(shí)通過(guò)實(shí)測(cè)溫度及觀察合龍口變化情況，采取在合適溫度時(shí)直接合龍的方法合龍柔性拱。

4 結(jié)束語(yǔ)

銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋采用的“橋梁下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)原位同步施工、連續(xù)鋼桁梁與柔性拱同步施工”的施工方法最突出的特點(diǎn)是通過(guò)采取合理的技術(shù)措施，在保證施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)合理性的前提下實(shí)現(xiàn)了鋼桁梁柔性拱的快速施工，其優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:

(1)鋼梁與下部結(jié)構(gòu)同步施工，鋼梁施工開(kāi)始時(shí)間提前，縮短了總工期。

(2)相對(duì)先施工下部結(jié)構(gòu)后施工上部結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)的施工時(shí)間受鋼梁影響小，可利用的施工時(shí)間更長(zhǎng)，有助于保證下部結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

(3)鋼梁在原位施工，避免異位搭設(shè)支架施工然后采用滑移、頂推或轉(zhuǎn)體等施工方法移動(dòng)到設(shè)計(jì)橋位，有效降低了支架結(jié)構(gòu)規(guī)模并減少了工序，降低了施工難度，具有更好的經(jīng)濟(jì)性，工期更省。

(4)臨時(shí)墩的設(shè)置增加了鋼桁梁的剛度，鋼桁梁與柔性拱同步施工時(shí)變形小，便于梁、拱之間的連接，降低了施工難度，縮短了鋼梁施工的工期。

(5)穿拱架拱吊機(jī)及站位平臺(tái)設(shè)置，可以根據(jù)施工進(jìn)度情況，調(diào)整鋼梁安裝工序和吊機(jī)配置，提高吊機(jī)的利用率并避免設(shè)備調(diào)配問(wèn)題影響工期。

(6)柔性拱合龍口設(shè)置在拱腳而非跨中，降低了合龍難度，有助于縮短工期。實(shí)際施工時(shí)，直接在合適的溫度合龍，合龍時(shí)間短。