混合梁剛構(gòu)橋超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝施工技術(shù)
——以安海灣特大橋?yàn)槔?/h1>
2021-06-01 08:44:10
工程技術(shù)研究 2021年8期
中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000
混合梁連續(xù)剛構(gòu)橋是一種新型梁式橋，其將連續(xù)剛構(gòu)橋主跨跨中的一段混凝土箱梁替換為鋼箱梁，混凝土梁和鋼箱梁在結(jié)構(gòu)層次上連接在一起，共同構(gòu)成了混合梁剛構(gòu)橋的主梁部分[1]。現(xiàn)今，伴隨著混合梁剛構(gòu)橋梁主跨長度不斷取得突破，越來越多橋梁將超長節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)作為跨中合龍段，合龍段整體吊裝施工難度也逐漸增大。文章結(jié)合安海灣特大橋主橋跨中合龍施工，對超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。
1 工程概況
安海灣特大橋主橋跨徑布置為135m+300m+135m三孔一聯(lián)的鋼-混混合梁連續(xù)剛構(gòu)橋，主跨跨中108m采用鋼箱梁，其余部分主梁采用混凝土箱梁。主跨跨中合龍段103m鋼箱梁整體吊裝（重1272t），連接鋼箱梁與混凝土箱梁的部位是鋼混結(jié)合段，長5m。大橋建成后屬于國內(nèi)同類型橋梁第二大跨徑，國際上第三大跨徑。
2 施工重難點(diǎn)
（1）吊裝區(qū)域水位較淺，鋼箱梁吊裝需要在高潮水位時(shí)作業(yè)，作業(yè)時(shí)間苛刻。
（2）鋼箱梁長103m、重1272t，線型要求高，整體吊裝、同步提升難度大，合龍配切精度要求高。
（3）鋼箱梁吊裝施工對航道安全影響大，影響水域范圍為垂直航向約50～60m，順航道方向約100～150m。
3 超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝施工
超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝主要是利用現(xiàn)有混凝土懸澆梁邊跨側(cè)的掛籃菱形架轉(zhuǎn)移至中跨側(cè)，與中跨側(cè)的菱形掛籃主桁進(jìn)行拼裝形成橋面吊機(jī)桁架；采用特制吊具結(jié)合連續(xù)千斤頂和利用臨時(shí)固定的鋼板作為反力架配合手動(dòng)千斤頂進(jìn)行鋼箱梁的高程、角度和軸線的姿態(tài)調(diào)整。鋼箱梁空間姿態(tài)調(diào)整完畢后，對鋼箱梁進(jìn)行臨時(shí)連接，在合龍溫度下對先行端進(jìn)行永久連接，后行端嵌補(bǔ)后再永久連接。先焊接后栓接，在永久連接全部完成并檢測合格后才可以釋放千斤頂?shù)暮奢d，拆除吊具。
3.1 橋面吊機(jī)改造
鋼箱梁吊裝通過橋面吊機(jī)上的4臺提升能力都為500t的千斤頂來實(shí)現(xiàn)提升，提升速度為5m/h。每套橋面吊機(jī)由2套菱形掛籃的主桁系統(tǒng)、走行系統(tǒng)及錨固系統(tǒng)改造而成，全橋共4套橋面吊機(jī)。具體改造過程如下：
（1）對邊跨的掛籃進(jìn)行拆解，并將主桁架倒運(yùn)至中跨，對現(xiàn)場的掛籃構(gòu)配件進(jìn)行驗(yàn)收、分類、修整，對后錨特制楔形塊進(jìn)行外觀檢查，并對掛籃焊縫進(jìn)行探傷檢測。
（2）在中間的兩榀菱形桁片間安裝聯(lián)系桿件，增加整個(gè)桁架的穩(wěn)定性和剛度。
（3）將中跨吊裝鋼混結(jié)合段的小型橋面吊機(jī)走行至鋼混段位置，在橋面吊機(jī)菱形桁架前支點(diǎn)及后錨節(jié)點(diǎn)箱外側(cè)分別安裝前、后鋼支墩，鋼支墩內(nèi)部綁扎鋼筋網(wǎng)片并填充C55鋼筋混凝土，振搗密實(shí)后，在頂面焊接鋼板封閉。
（4）調(diào)節(jié)中跨菱形桁架前支腿螺桿螺母，使4個(gè)螺桿均均勻受力，前支座四周及軌道底部支墊墊梁，支點(diǎn)填充密實(shí)，使其受力均勻。采用支座螺桿微調(diào)，使邊跨側(cè)前支墩頂面高度與中跨菱形桁架前支座頂面高度一致。
（5）在中跨菱形桁架各箱型桿件及節(jié)點(diǎn)箱上相應(yīng)位置安裝法蘭，與邊跨主桁片連接形成一組由四品菱形桁片座位承重結(jié)構(gòu)的大型橋面吊機(jī)。
（6）大型橋面吊機(jī)相比之前小型橋面吊機(jī)增加了一組錨固梁，每組錨固梁上安裝4根PSB930直徑為40mm的精軋螺紋鋼，精軋螺紋鋼數(shù)量由8根增加至16根。由于后錨精軋螺紋鋼下口錨點(diǎn)與混凝土面呈角度狀，該處采用自主設(shè)計(jì)的一種籃后錨加強(qiáng)斜墊塊，增大后錨點(diǎn)受力面積，避免應(yīng)力集中使混凝土破損影響主桁架受力體系。
（7）為提高鋼箱梁吊裝效率，增加一次吊裝成功率，利用橋面吊機(jī)的千斤頂提前將吊具下放到位，并通過卷揚(yáng)機(jī)將吊具提升至運(yùn)輸船的桅桿頂上方。在運(yùn)輸船舶錨泊定位完成后，利用卷揚(yáng)機(jī)快速下放吊具與鋼箱梁上的吊耳銷接[2]。
3.2 運(yùn)輸船錨泊定位
（1）主梁段整體吊裝，長度較長，運(yùn)輸船運(yùn)輸至橋址區(qū)后采用橫向定位法進(jìn)行錨泊定位，錨拋好后開始收緊錨鏈及纜繩使船移動(dòng)、調(diào)整吊具到吊裝點(diǎn)1m范圍內(nèi)。
（2）由于定位、起吊時(shí)間較長，主梁段基本橫跨通航航道，為保證安全，采取通航管制措施，采用專用拖輪輔助定位。
3.3 鋼箱梁整體提升
鋼箱梁整體吊裝由500t千斤頂、鋼絞線、吊具、主控臺等組成的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行提升作業(yè)，利用主桁架上的高精度振弦式表面應(yīng)變計(jì)對主桁架內(nèi)力及變位進(jìn)行監(jiān)測，可以在吊裝過程中隨時(shí)掌握結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)狀態(tài)，為提升作業(yè)中總指揮發(fā)出的指令提供參考依據(jù)，同時(shí)也可以防止吊裝過程出現(xiàn)誤差積累，從而保證結(jié)構(gòu)安全。通過安裝在鋼箱梁4個(gè)角點(diǎn)的棱鏡，實(shí)時(shí)測量吊裝過程中的鋼箱梁標(biāo)高，依據(jù)標(biāo)高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整鋼梁位置，保證兩端同步提升。具體提升過程如下：
（1）利用卷揚(yáng)機(jī)將提前下放好的吊具下放至鋼箱梁吊點(diǎn)處，通過智能提升系統(tǒng)及卷揚(yáng)機(jī)對吊具的高度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以便吊具與吊耳能夠成功銷接，為保證吊裝安全，起吊前使吊具的鋼絞線處于松弛狀態(tài)，銷接作業(yè)在最高水位退潮前完成。
（2）將4個(gè)千斤頂同步加載至2.5MPa時(shí)暫停，檢驗(yàn)人員對吊點(diǎn)、吊具、橋面吊機(jī)等構(gòu)件進(jìn)行檢查，在檢查通過后再繼續(xù)加載。
（3）將4個(gè)千斤頂同步加載至其理論荷載的80%時(shí)暫停，檢驗(yàn)人員對吊點(diǎn)、吊具、橋面吊機(jī)等構(gòu)件進(jìn)行檢查，在檢查通過后再繼續(xù)加載提升。
（4）利用智能提升系統(tǒng)的自動(dòng)模式對鋼箱梁進(jìn)行整體同步提升，在鋼箱梁底部離開運(yùn)輸船0.5m時(shí)暫停，檢驗(yàn)人員對吊點(diǎn)、吊具、橋面吊機(jī)等構(gòu)件進(jìn)行檢查，在檢驗(yàn)通過后繼續(xù)提升鋼梁。
（5）通過全站儀每隔15min觀測鋼箱梁4個(gè)角點(diǎn)的棱鏡，記錄4個(gè)角點(diǎn)的高程并計(jì)算其高差，通過高差值再次核對智能提升系統(tǒng)的高度數(shù)據(jù)，雙重驗(yàn)證鋼箱梁的平衡以確保鋼箱梁提升安全。
（6）在鋼箱梁同步提升到其頂部距離鋼混結(jié)合段底部0.5m時(shí)停止作業(yè)，檢查鋼梁配切角度是否滿足繼續(xù)提升要求。
（7）配切角度滿足要求后繼續(xù)提升，將自動(dòng)模式改為人工控制方式，鋼梁兩端同時(shí)提升，每次提升千斤頂?shù)囊粋€(gè)行程即38cm，若配切角度滿足要求則繼續(xù)下一行程作業(yè)，待鋼箱梁頂面標(biāo)高比兩側(cè)結(jié)合段的鋼梁頂面高10mm時(shí)停止提升。超長節(jié)段鋼箱梁整體提升如圖1所示。
圖1 超長節(jié)段鋼箱梁整體提升
3.4 鋼箱梁空間姿態(tài)調(diào)整
（1）根據(jù)觀測數(shù)據(jù)結(jié)合監(jiān)控指令按照調(diào)整鋼箱梁縱橫坡→調(diào)整鋼箱梁軸線→調(diào)整鋼箱梁平面位置→調(diào)整高程的順序進(jìn)行調(diào)整。大節(jié)段鋼箱梁控制指標(biāo)以各對接板的錯(cuò)邊量控制為主，兼顧軸線、高程[3]。
（2）采用特制吊具進(jìn)行鋼箱梁縱坡調(diào)整，該吊具可以通過縱向的千斤頂實(shí)現(xiàn)吊索在縱橋向與待裝鋼箱梁的重心產(chǎn)生微小偏移，從而在鋼箱梁自重作用下形成需要的縱坡。在梁段端部與掛籃上弦桿焊接臨時(shí)吊耳并設(shè)置手拉葫蘆輔助調(diào)整施工。
（3）橫向可以在鋼混結(jié)合段焊接鋼板作為反力架，人工采用手動(dòng)千斤頂調(diào)整就位。
（4）將智能提升系統(tǒng)設(shè)置為下放微控模式，緩慢地放下鋼箱梁段，直至鋼箱梁與鋼混結(jié)合段懸臂端的豎向匹配精度達(dá)到要求為止。
（5）位置調(diào)整到位后焊接碼板固定，準(zhǔn)備進(jìn)入焊接環(huán)縫的工作程序。焊接完成后將鋼箱梁與鋼混結(jié)合段鋼梁端的栓接作業(yè)完成。待焊縫與栓接質(zhì)量均檢測合格后，再釋放鋼絞線千斤頂荷載，拆除橋面吊機(jī)。
4 結(jié)束語
綜上所述，安海灣特大橋超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝施工采用菱形掛籃改造的新型橋面吊機(jī)吊裝，只需對現(xiàn)有掛籃主桁架進(jìn)行簡單組裝、改造，充分利用掛籃構(gòu)件承載能力就可完成，成本低、操作簡單、施工效率高。設(shè)置后錨精軋螺紋鋼特制錨固楔形塊，保證鋼箱梁起吊過程中增大后錨點(diǎn)與混凝土接觸受力面積，避免后錨點(diǎn)應(yīng)力集中使混凝土壓裂，導(dǎo)致桁架失穩(wěn)。采用鋼箱梁多維變向調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整鋼箱梁空間姿態(tài)，能夠快速、有效地調(diào)整懸吊狀態(tài)下鋼箱梁縱橫向平面位置、仰俯角、縱橫坡及標(biāo)高。超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝施工技術(shù)可供類似工程參考。
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中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000
混合梁連續(xù)剛構(gòu)橋是一種新型梁式橋，其將連續(xù)剛構(gòu)橋主跨跨中的一段混凝土箱梁替換為鋼箱梁，混凝土梁和鋼箱梁在結(jié)構(gòu)層次上連接在一起，共同構(gòu)成了混合梁剛構(gòu)橋的主梁部分[1]。現(xiàn)今，伴隨著混合梁剛構(gòu)橋梁主跨長度不斷取得突破，越來越多橋梁將超長節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)作為跨中合龍段，合龍段整體吊裝施工難度也逐漸增大。文章結(jié)合安海灣特大橋主橋跨中合龍施工，對超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。
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（1）吊裝區(qū)域水位較淺，鋼箱梁吊裝需要在高潮水位時(shí)作業(yè)，作業(yè)時(shí)間苛刻。
（2）鋼箱梁長103m、重1272t，線型要求高，整體吊裝、同步提升難度大，合龍配切精度要求高。
（3）鋼箱梁吊裝施工對航道安全影響大，影響水域范圍為垂直航向約50～60m，順航道方向約100～150m。
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超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝主要是利用現(xiàn)有混凝土懸澆梁邊跨側(cè)的掛籃菱形架轉(zhuǎn)移至中跨側(cè)，與中跨側(cè)的菱形掛籃主桁進(jìn)行拼裝形成橋面吊機(jī)桁架；采用特制吊具結(jié)合連續(xù)千斤頂和利用臨時(shí)固定的鋼板作為反力架配合手動(dòng)千斤頂進(jìn)行鋼箱梁的高程、角度和軸線的姿態(tài)調(diào)整。鋼箱梁空間姿態(tài)調(diào)整完畢后，對鋼箱梁進(jìn)行臨時(shí)連接，在合龍溫度下對先行端進(jìn)行永久連接，后行端嵌補(bǔ)后再永久連接。先焊接后栓接，在永久連接全部完成并檢測合格后才可以釋放千斤頂?shù)暮奢d，拆除吊具。
3.1 橋面吊機(jī)改造
鋼箱梁吊裝通過橋面吊機(jī)上的4臺提升能力都為500t的千斤頂來實(shí)現(xiàn)提升，提升速度為5m/h。每套橋面吊機(jī)由2套菱形掛籃的主桁系統(tǒng)、走行系統(tǒng)及錨固系統(tǒng)改造而成，全橋共4套橋面吊機(jī)。具體改造過程如下：
（1）對邊跨的掛籃進(jìn)行拆解，并將主桁架倒運(yùn)至中跨，對現(xiàn)場的掛籃構(gòu)配件進(jìn)行驗(yàn)收、分類、修整，對后錨特制楔形塊進(jìn)行外觀檢查，并對掛籃焊縫進(jìn)行探傷檢測。
（2）在中間的兩榀菱形桁片間安裝聯(lián)系桿件，增加整個(gè)桁架的穩(wěn)定性和剛度。
（3）將中跨吊裝鋼混結(jié)合段的小型橋面吊機(jī)走行至鋼混段位置，在橋面吊機(jī)菱形桁架前支點(diǎn)及后錨節(jié)點(diǎn)箱外側(cè)分別安裝前、后鋼支墩，鋼支墩內(nèi)部綁扎鋼筋網(wǎng)片并填充C55鋼筋混凝土，振搗密實(shí)后，在頂面焊接鋼板封閉。
（4）調(diào)節(jié)中跨菱形桁架前支腿螺桿螺母，使4個(gè)螺桿均均勻受力，前支座四周及軌道底部支墊墊梁，支點(diǎn)填充密實(shí)，使其受力均勻。采用支座螺桿微調(diào)，使邊跨側(cè)前支墩頂面高度與中跨菱形桁架前支座頂面高度一致。
（5）在中跨菱形桁架各箱型桿件及節(jié)點(diǎn)箱上相應(yīng)位置安裝法蘭，與邊跨主桁片連接形成一組由四品菱形桁片座位承重結(jié)構(gòu)的大型橋面吊機(jī)。
（6）大型橋面吊機(jī)相比之前小型橋面吊機(jī)增加了一組錨固梁，每組錨固梁上安裝4根PSB930直徑為40mm的精軋螺紋鋼，精軋螺紋鋼數(shù)量由8根增加至16根。由于后錨精軋螺紋鋼下口錨點(diǎn)與混凝土面呈角度狀，該處采用自主設(shè)計(jì)的一種籃后錨加強(qiáng)斜墊塊，增大后錨點(diǎn)受力面積，避免應(yīng)力集中使混凝土破損影響主桁架受力體系。
（7）為提高鋼箱梁吊裝效率，增加一次吊裝成功率，利用橋面吊機(jī)的千斤頂提前將吊具下放到位，并通過卷揚(yáng)機(jī)將吊具提升至運(yùn)輸船的桅桿頂上方。在運(yùn)輸船舶錨泊定位完成后，利用卷揚(yáng)機(jī)快速下放吊具與鋼箱梁上的吊耳銷接[2]。
3.2 運(yùn)輸船錨泊定位
（1）主梁段整體吊裝，長度較長，運(yùn)輸船運(yùn)輸至橋址區(qū)后采用橫向定位法進(jìn)行錨泊定位，錨拋好后開始收緊錨鏈及纜繩使船移動(dòng)、調(diào)整吊具到吊裝點(diǎn)1m范圍內(nèi)。
（2）由于定位、起吊時(shí)間較長，主梁段基本橫跨通航航道，為保證安全，采取通航管制措施，采用專用拖輪輔助定位。
3.3 鋼箱梁整體提升
鋼箱梁整體吊裝由500t千斤頂、鋼絞線、吊具、主控臺等組成的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行提升作業(yè)，利用主桁架上的高精度振弦式表面應(yīng)變計(jì)對主桁架內(nèi)力及變位進(jìn)行監(jiān)測，可以在吊裝過程中隨時(shí)掌握結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)狀態(tài)，為提升作業(yè)中總指揮發(fā)出的指令提供參考依據(jù)，同時(shí)也可以防止吊裝過程出現(xiàn)誤差積累，從而保證結(jié)構(gòu)安全。通過安裝在鋼箱梁4個(gè)角點(diǎn)的棱鏡，實(shí)時(shí)測量吊裝過程中的鋼箱梁標(biāo)高，依據(jù)標(biāo)高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整鋼梁位置，保證兩端同步提升。具體提升過程如下：
（1）利用卷揚(yáng)機(jī)將提前下放好的吊具下放至鋼箱梁吊點(diǎn)處，通過智能提升系統(tǒng)及卷揚(yáng)機(jī)對吊具的高度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以便吊具與吊耳能夠成功銷接，為保證吊裝安全，起吊前使吊具的鋼絞線處于松弛狀態(tài)，銷接作業(yè)在最高水位退潮前完成。
（2）將4個(gè)千斤頂同步加載至2.5MPa時(shí)暫停，檢驗(yàn)人員對吊點(diǎn)、吊具、橋面吊機(jī)等構(gòu)件進(jìn)行檢查，在檢查通過后再繼續(xù)加載。
（3）將4個(gè)千斤頂同步加載至其理論荷載的80%時(shí)暫停，檢驗(yàn)人員對吊點(diǎn)、吊具、橋面吊機(jī)等構(gòu)件進(jìn)行檢查，在檢查通過后再繼續(xù)加載提升。
（4）利用智能提升系統(tǒng)的自動(dòng)模式對鋼箱梁進(jìn)行整體同步提升，在鋼箱梁底部離開運(yùn)輸船0.5m時(shí)暫停，檢驗(yàn)人員對吊點(diǎn)、吊具、橋面吊機(jī)等構(gòu)件進(jìn)行檢查，在檢驗(yàn)通過后繼續(xù)提升鋼梁。
（5）通過全站儀每隔15min觀測鋼箱梁4個(gè)角點(diǎn)的棱鏡，記錄4個(gè)角點(diǎn)的高程并計(jì)算其高差，通過高差值再次核對智能提升系統(tǒng)的高度數(shù)據(jù)，雙重驗(yàn)證鋼箱梁的平衡以確保鋼箱梁提升安全。
（6）在鋼箱梁同步提升到其頂部距離鋼混結(jié)合段底部0.5m時(shí)停止作業(yè)，檢查鋼梁配切角度是否滿足繼續(xù)提升要求。
（7）配切角度滿足要求后繼續(xù)提升，將自動(dòng)模式改為人工控制方式，鋼梁兩端同時(shí)提升，每次提升千斤頂?shù)囊粋€(gè)行程即38cm，若配切角度滿足要求則繼續(xù)下一行程作業(yè)，待鋼箱梁頂面標(biāo)高比兩側(cè)結(jié)合段的鋼梁頂面高10mm時(shí)停止提升。超長節(jié)段鋼箱梁整體提升如圖1所示。
圖1 超長節(jié)段鋼箱梁整體提升
3.4 鋼箱梁空間姿態(tài)調(diào)整
（1）根據(jù)觀測數(shù)據(jù)結(jié)合監(jiān)控指令按照調(diào)整鋼箱梁縱橫坡→調(diào)整鋼箱梁軸線→調(diào)整鋼箱梁平面位置→調(diào)整高程的順序進(jìn)行調(diào)整。大節(jié)段鋼箱梁控制指標(biāo)以各對接板的錯(cuò)邊量控制為主，兼顧軸線、高程[3]。
（2）采用特制吊具進(jìn)行鋼箱梁縱坡調(diào)整，該吊具可以通過縱向的千斤頂實(shí)現(xiàn)吊索在縱橋向與待裝鋼箱梁的重心產(chǎn)生微小偏移，從而在鋼箱梁自重作用下形成需要的縱坡。在梁段端部與掛籃上弦桿焊接臨時(shí)吊耳并設(shè)置手拉葫蘆輔助調(diào)整施工。
（3）橫向可以在鋼混結(jié)合段焊接鋼板作為反力架，人工采用手動(dòng)千斤頂調(diào)整就位。
（4）將智能提升系統(tǒng)設(shè)置為下放微控模式，緩慢地放下鋼箱梁段，直至鋼箱梁與鋼混結(jié)合段懸臂端的豎向匹配精度達(dá)到要求為止。
（5）位置調(diào)整到位后焊接碼板固定，準(zhǔn)備進(jìn)入焊接環(huán)縫的工作程序。焊接完成后將鋼箱梁與鋼混結(jié)合段鋼梁端的栓接作業(yè)完成。待焊縫與栓接質(zhì)量均檢測合格后，再釋放鋼絞線千斤頂荷載，拆除橋面吊機(jī)。
4 結(jié)束語
綜上所述，安海灣特大橋超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝施工采用菱形掛籃改造的新型橋面吊機(jī)吊裝，只需對現(xiàn)有掛籃主桁架進(jìn)行簡單組裝、改造，充分利用掛籃構(gòu)件承載能力就可完成，成本低、操作簡單、施工效率高。設(shè)置后錨精軋螺紋鋼特制錨固楔形塊，保證鋼箱梁起吊過程中增大后錨點(diǎn)與混凝土接觸受力面積，避免后錨點(diǎn)應(yīng)力集中使混凝土壓裂，導(dǎo)致桁架失穩(wěn)。采用鋼箱梁多維變向調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整鋼箱梁空間姿態(tài)，能夠快速、有效地調(diào)整懸吊狀態(tài)下鋼箱梁縱橫向平面位置、仰俯角、縱橫坡及標(biāo)高。超長節(jié)段鋼箱梁整體吊裝施工技術(shù)可供類似工程參考。
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