大跨度變高度桁式鋼梁施工技術(shù)

李鳳成

中鐵北京局第二工程有限公司

1 引言

連續(xù)鋼桁梁主要施工方法有：支架法和架橋機(jī)懸臂拼裝法，對于支架法需要在每個(gè)鋼梁節(jié)段節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置支撐點(diǎn)，當(dāng)鋼梁節(jié)段數(shù)量大時(shí)，該方法支撐點(diǎn)多、施工周期加長；架橋機(jī)懸臂拼裝施工時(shí)，對于大跨度鋼桁梁，施工條件復(fù)雜，施工時(shí)由于附加荷載大，施工線性難以控制，而對于變高度連續(xù)鋼桁梁施工對架梁設(shè)備控制要求較高，普通架橋機(jī)無法在變高度鋼梁下完成循環(huán)架梁任務(wù)。

2 工程概況

某鐵路項(xiàng)目黃河特大橋主橋?yàn)椋?20+4×180+120）m下承式、變高度、連續(xù)、鋼桁梁橋，為雙線鐵路，下弦鐵路橋面采用參與主桁共同受力的密布橫梁正交異形整體鋼橋面板，主桁采用N 形桁上弦變高桁式，邊支點(diǎn)桁高14m，中支點(diǎn)桁高32m。主桁桁寬12.4m，節(jié)間長12.0m。

圖1 橋梁總體圖

3 施工技術(shù)

待墩身施工完成后，分別在97至98號(hào)墩（1、2、3、5、8節(jié)段）、103 至102 號(hào)墩（1、2、3、4、6、9）位置設(shè)置臨時(shí)支墩，每組臨時(shí)支墩對應(yīng)在每個(gè)鋼桁梁節(jié)點(diǎn)的位置處。首先利用設(shè)置在兩段邊跨80t龍門吊機(jī)在臨時(shí)支墩上分別架設(shè)兩端邊跨前4個(gè)節(jié)間鋼桁梁作為吊機(jī)工作平臺(tái)，在已架設(shè)梁段兩邊跨上弦頂拼裝70t全回轉(zhuǎn)吊機(jī)，從邊跨向跨中架梁，最終在100#～101#墩跨中進(jìn)行鋼梁合龍施工，架梁吊機(jī)在架設(shè)只墩頂位置處翻越正式墩頂上鋼梁尖點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)吊機(jī)移動(dòng)。

3.1 起步節(jié)段施工

（1）主橋97號(hào)～103號(hào)墩下部結(jié)構(gòu)施工時(shí)，同步施工97#～98#墩和103#～102#墩邊跨臨時(shí)墩，以及98#～102#各中跨臨時(shí)墩，臨時(shí)墩原則上應(yīng)在正式墩完成前施工結(jié)束。在施工邊跨臨時(shí)墩的同時(shí)分別在97#墩、103#墩沿鋼梁架設(shè)方向各安裝1 臺(tái)80t 跨線龍門吊機(jī)。

（2）主橋97#墩、103#墩及邊跨臨時(shí)墩施工完成后，從主橋兩端兩個(gè)邊墩（97#墩和103#墩）利用兩臺(tái)80t跨線龍門吊機(jī)在邊跨臨時(shí)墩上分別拼裝兩個(gè)邊跨前4個(gè)節(jié)間鋼桁梁，已拼裝完成的鋼梁節(jié)段作為架梁吊機(jī)拼裝平臺(tái)。

圖2 起步段施工布置圖

3.2 跨中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段施工

（1）在兩個(gè)邊跨第4節(jié)間鋼桁梁頂面利用80t跨線龍門吊機(jī)分別安裝一臺(tái)70t 全回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī)。鋼梁桿件采用用棧橋運(yùn)至架梁位置，并利用吊機(jī)取梁。

圖3 起步節(jié)段施工

（2）架梁吊機(jī)架梁程序和作業(yè)工況。

①架梁吊機(jī)拼裝。a）利用跨線龍門吊機(jī)架設(shè)邊跨前4個(gè)節(jié)間（E0～E4）。b）利用龍門吊機(jī)，在已架設(shè)邊跨鋼梁的上弦（前方輪箱在A3節(jié)點(diǎn)）上完成架梁吊機(jī)拼裝。

注：此時(shí)調(diào)平油缸安裝在低位，前調(diào)平螺桿安裝在高位、后調(diào)平螺桿安裝在低位。

圖4 架梁吊機(jī)安裝

②架梁吊機(jī)定點(diǎn)架梁。a）安裝架梁吊機(jī)拉錨。b）調(diào)整錨固位置，使錨固拉板對應(yīng)軌道上的銷軸孔，調(diào)整錨固螺桿，使錨固板即將拉緊。c）操作頂油缸將輪箱頂起，使車輪踏面與軌道間隙3mm～6mm。d）操作架梁起重機(jī)，架設(shè)A4～A5節(jié)間。

圖5 平行節(jié)段架梁姿態(tài)

③架梁吊機(jī)開始爬坡架梁。a）解除架梁吊機(jī)的拉錨與反力錨，輪箱落于軌道上。b）驅(qū)動(dòng)前走行油缸，架梁吊機(jī)前行一個(gè)節(jié)間。注:架梁吊機(jī)走行時(shí)，臂桿一直朝向坡頂。c）重復(fù)②—a、b、c步驟。d）利用上下底盤間的后調(diào)平油缸及后螺桿的配合，將上底盤調(diào)平。e）操作架梁起重機(jī)，架設(shè)A5～A6節(jié)間。f）重復(fù)a～e步驟，架設(shè)A6～A10節(jié)間鋼梁。

圖6 上坡節(jié)走行

④架梁吊機(jī)架設(shè)拱頂A10～A11節(jié)間鋼梁。a）重復(fù)③—a、b、c、d步驟。b）調(diào)整后調(diào)平油缸，使其從低位安裝到高位。c）操作架梁吊機(jī)，架設(shè)A10～A11節(jié)間。

圖7 上坡節(jié)段架梁姿態(tài)

⑤架梁吊機(jī)站位拱頂，架設(shè)A11～A12 節(jié)間鋼梁。a）重復(fù)③—a、b、c、d步驟。注:此時(shí)前輪箱站位在拱頂?shù)腁10節(jié)點(diǎn)。b）操作架梁吊機(jī)，架設(shè)A11～A12節(jié)間。

⑥架梁吊機(jī)走行過坡頂。a）解除架梁吊機(jī)的拉錨與反力錨;b)驅(qū)動(dòng)走行油缸，架梁吊機(jī)緩緩前行至前輪箱即將跨過坡頂A10節(jié)點(diǎn)前方3m 處；（注：此過程中，Ⅰ后調(diào)平油缸從高位移至低位）；Ⅱ即將到位時(shí)，協(xié)同微調(diào)前后走行油缸保證架梁吊機(jī)走行安全。c）調(diào)整前后輪箱的錨固位置，安裝錨固拉板到位并調(diào)整螺桿使拉板稍稍帶力。d）通過微調(diào)后調(diào)平油缸，安裝上下底盤間后鉸座的銷軸，拆除前鉸座銷軸。e）調(diào)整臂桿方向，使其朝向坡頂。f）解除輪箱的錨固裝置，架梁吊機(jī)準(zhǔn)備前行。

圖8 架橋機(jī)過尖點(diǎn)

⑦架梁吊機(jī)開始下坡架梁。a）驅(qū)動(dòng)后走行油缸，架梁吊機(jī)前行到前輪箱到達(dá)A11節(jié)點(diǎn)。b）安裝后輪箱拉錨。c）調(diào)整錨固位置，使錨固拉板對應(yīng)軌道上的銷軸孔，調(diào)整錨固螺桿，使錨固板即將拉緊。d）操作頂油缸將輪箱頂起，使車輪踏面與軌道間隙3mm～6mm。e）操作架梁起重機(jī)，完成A12～A13節(jié)間鋼梁的架設(shè)。f）重新使臂朝向坡頂，解除錨固，使輪箱落于軌道之上，準(zhǔn)備前行。

圖9 下坡行走

⑧架梁吊機(jī)下坡架梁。a）重復(fù)操作⑦—a、b、c、d、e、f 步驟，完成A13～A18節(jié)間的下坡架梁。

圖10 下坡節(jié)段架梁姿態(tài)

⑨架梁吊機(jī)的拆除。a）鋼梁架設(shè)在合龍口（A32’-E32’）完成合龍后后，利用小里程側(cè)架梁吊機(jī)將大里程側(cè)架梁吊機(jī)拆除。b）小側(cè)架梁吊機(jī)掉頭回行，當(dāng)越過一個(gè)坡頂后，臂桿回頭將臨近節(jié)點(diǎn)坡頂橫梁安裝到位。c）小側(cè)架梁吊機(jī)繼續(xù)回行，重復(fù)b步驟，直至到達(dá)邊跨A1～A4節(jié)間的跨線龍門吊機(jī)下。d）利用跨線龍門吊機(jī)將小里程側(cè)架梁吊機(jī)拆除。

3.3 抄墊及起頂施工

（1）根據(jù)Midas Civil施工階段分析，需在跨中E18、E22、E33、E37、E18’、E22’節(jié)點(diǎn)下需設(shè)置臨時(shí)支墩，為消除鋼梁架設(shè)撓度，在架設(shè)到位后及時(shí)抄墊牢固，保證鋼梁架設(shè)到下一墩頂處時(shí)，能順利跨過墩頂。

圖11 臨時(shí)墩墩頂布置示意圖

（2）邊跨鋼桁梁架設(shè)完成后，利用97#（103#）墩和98（102#）墩頂千斤頂同時(shí)起頂邊跨鋼桁梁，并抄墊牢固，拆除邊跨鋼桁梁臨時(shí)墩墩頂臨時(shí)墊塊，然后利用97#（103#）墩頂千斤頂起頂并回落鋼桁梁至正式支座上，再利用98#（102#）墩頂千斤頂調(diào)整邊跨鋼桁梁標(biāo)高及線形以滿足鋼桁梁繼續(xù)架設(shè)到99#（101#）正式墩時(shí)，能夠剛好順利跨過。

“起頂施工”是為了消除鋼梁撓度及轉(zhuǎn)角影響，將懸臂端“頂平”。支點(diǎn)的起頂僅在主桁節(jié)點(diǎn)下設(shè)千斤頂，采用以節(jié)點(diǎn)為單位的供油系統(tǒng)，并控制兩桁間各節(jié)點(diǎn)的相對高差不超過5mm。

（3）繼續(xù)使用鋼桁架屋架起重機(jī)吊起中間的剩余部分，并將跨架（98#～99#，101#102#）伸展到正式的碼頭頂。用99#、101#校正位固定式碼頭千斤頂起吊后，拆卸臨時(shí)碼頭頂梁。然后，調(diào)整鋼架的高度和線性，在正式的碼頭頂安裝千斤頂，以滿足101#繼續(xù)豎立以關(guān)閉的要求。當(dāng)99#繼續(xù)懸臂式施工至100#時(shí)，只需順利通過，然后采用同樣的施工方法將鋼架懸跨到中間跨。

3.4 合龍段施工

鋼梁合龍主要是進(jìn)行鋼梁桿件的合龍，鋼梁桿件的合龍步驟為先合龍下弦，其次是上弦，最后合龍斜桿；對于桿桿采用“雙長圓孔+合龍鉸”實(shí)現(xiàn)鋼梁桿件的無應(yīng)力狀態(tài)合龍，其次是采用“鋼梁間隙及高差輔助裝置”進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（1）利用合龍口旁墩頂鋼梁頂升裝置縱向、橫向、豎向位移調(diào)整鋼梁合龍桿件三維坐標(biāo)，調(diào)整鋼梁中軸線及合龍口兩側(cè)梁段標(biāo)高，使合龍口處拼接板與下弦桿件長圓孔相互重合，插入銷軸；長圓孔銷軸插入后，利用墩頂起頂裝置及輔助調(diào)整裝置，使上弦桿節(jié)點(diǎn)板與上弦下圓孔初步重合，打入上弦較小鉸軸，臨時(shí)固定上弦桿，拆除長圓孔銷軸，再次調(diào)整主墩鋼梁頂升裝置，使上弦桿節(jié)點(diǎn)板與上弦上圓孔重合，打入鉸軸，完成上弦桿的合龍連接。

（2）通過兩側(cè)墩頂鋼梁頂升裝置及吊機(jī)輔助，使斜桿節(jié)點(diǎn)板與下弦長圓孔重合，打入銷軸，待節(jié)點(diǎn)板與下弦圓孔重合，打入鉸軸，完成斜桿臨時(shí)連接。

圖12 合龍施工

（3）為了解決鋼桁梁合龍時(shí)對接桿件高差、間隙及線形調(diào)整得到保證以及快速、精確、方便施工。我們采用一種可以有效利用人力、施工空間、減少無效調(diào)整的情況，快速有效地、以高質(zhì)量高精度的方法對合龍桿件進(jìn)行高差及線形精調(diào)施工。

圖13 間隙調(diào)節(jié)裝置

圖14 高差調(diào)節(jié)裝置

高差調(diào)節(jié)裝置：主要構(gòu)件為油頂、MGE 板、鋼板組合而成的新型結(jié)構(gòu)的高差調(diào)平裝置。其主要構(gòu)造有Z 形鋼板持力托、與鋼梁連接錨固連接板、標(biāo)高調(diào)節(jié)油頂、MGE 矩形持力滑板、油頂反力板。

間隙調(diào)節(jié)裝置：調(diào)節(jié)裝置需油頂一個(gè)、M32 高強(qiáng)螺栓34 套、持力框一副、反力板一塊；將持力框與一側(cè)地對拉桿件通過高栓固定，反力板與另一側(cè)地對拉桿件通過螺栓固定，油頂放在持力框和反力板之間，出缸至桿件間隙達(dá)到預(yù)期值，完成對拉操作，進(jìn)行下步安裝桿件間高強(qiáng)螺栓的操作。

在鋼桁梁合龍過程中使用此套裝置，通過對合龍桿件頂面油頂施加壓力使合龍桿件兩端高差滿足合龍要求同時(shí)使合龍桿件側(cè)面拼接板連接高栓孔位在豎直方向吻合，通過對對接桿件高程上的調(diào)整使倆桿件豎向高栓孔吻合，致使合攏段桿件間線形高差滿足高栓安裝對桿件螺栓孔精確對位的要求，打入高栓，從而使鋼桁梁合龍時(shí)的桿件拼裝得以節(jié)能高效地完成。

圖15 合龍完成

3.5 拆除臨時(shí)結(jié)構(gòu)

全橋合龍完成后拆臨時(shí)支墩及墩頂輔助設(shè)備，進(jìn)行橋面及附屬結(jié)構(gòu)施工。

4 施工總結(jié)

對于大跨度邊高度連續(xù)鋼桁梁施工過程中材料消耗大、施工時(shí)間長、風(fēng)險(xiǎn)大、效率低的缺點(diǎn)采用“臨時(shí)支架抄墊技術(shù)+360°全回轉(zhuǎn)懸臂架橋機(jī)”施工，只需要在特殊節(jié)點(diǎn)設(shè)置臨時(shí)支架，解決懸臂端鋼桁梁變形過過大的問題。同時(shí)360°全回轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)在鋼梁頂面上坡、下坡、平坡的鋼梁桿件的架設(shè)，實(shí)現(xiàn)吊機(jī)的翻越尖點(diǎn)施工，利用上下地盤的上下調(diào)節(jié)作用，是上部轉(zhuǎn)臺(tái)一直保持水平，由0°～+23°，-23°～+23°的轉(zhuǎn)變過程，完成下承式變高度連續(xù)鋼桁梁在各工況下的架設(shè)施工。真正實(shí)現(xiàn)變高度連續(xù)鋼桁梁低能耗、高精度、快速、低風(fēng)險(xiǎn)架梁施工。

主墩鋼梁頂升裝置可以很好利用現(xiàn)有墩身平臺(tái)而無需增加其他施工平臺(tái)實(shí)現(xiàn)鋼桁梁橫向、縱向、豎向三個(gè)方向同時(shí)精確調(diào)整，使合龍桿件能夠快速調(diào)整至設(shè)計(jì)位置。合龍通過高差調(diào)節(jié)裝置及間隙調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)合龍段桿件的精確調(diào)整，即調(diào)整精度高、易操作、更能提高施工精度。