章超明
摘 要:京臺高速跨韓莊運河主橋為345 m中承式鋼拱橋。本文從拱座基礎(chǔ)、主拱施工方案、扣索張拉、主拱合攏、主要節(jié)段吊裝工況等方面分析該拱橋的施工技術(shù)特點,從技術(shù)上保證了施工過程質(zhì)量控制和安全。
關(guān)鍵詞:鋼拱橋;施工技術(shù);扣索張拉
1 工程概況
1.1 工程簡介
京臺高速棗莊段跨韓莊運河,右幅新建為京杭運河特大橋主橋采用 68+209+68 m 中承式剛性系桿鋼箱拱橋,主跨拱肋理論計算跨徑 209 m,拱高48 m,拱軸系數(shù)m=1.5。中跨拱肋及邊拱肋均采用等截面鋼箱型(2.4×3.6 m),中跨拱肋對稱設(shè)置 5 道橫向風(fēng)撐。邊跨采用變截面鋼格柵構(gòu)造,主縱梁標(biāo)準段為箱型斷面(2.4×3.2 m),次縱梁與橫梁均為工字型截面(橫梁梁高 2.3 m,次縱梁梁高1.2 m)。全橋主拱肋設(shè)置 16 對吊桿,吊桿縱向間隔9 m,橫橋向軸線跨距23.5 m。
1.2 整體安裝方案概況
鋼梁構(gòu)件在場內(nèi)制造,在鋼箱拱、邊縱梁、次縱梁、橫梁及附屬結(jié)構(gòu)在廠內(nèi)進行制造并試拼裝,經(jīng)長江-京杭運河等水路運輸至橋位進行吊裝作業(yè)。上部結(jié)構(gòu)總體采用“先拱后梁,先邊跨后中跨,邊跨橋面鋼梁散拼吊裝,中跨橋面系鋼梁整體拼裝后分節(jié)段吊裝”的施工方案。具體施工步驟如下:
(1)在15#、16#主橋墩邊人工筑島圍堰未開挖之前,15#、16#橋墩承臺搭設(shè)完畢后,分別50 t汽車吊拼裝兩側(cè)邊跨及拱肋結(jié)合段支架,支架驗收合格后方可使用;(2)拱座、邊跨1#~7#所有節(jié)段(含拱腳)采用360 t履帶吊分別吊裝以及安裝扣塔預(yù)埋板及扣塔梁下支架部分;(3)對500 t浮吊工作區(qū)域進行航道清淤,確保河道深度大于浮吊的吃水閾值2.2 m;(4)采用500 t浮吊分別吊裝扣塔支架剩余部分,安裝扣塔重力錨及拉索,扣塔支架系統(tǒng)經(jīng)過驗收合格后方可使用;(5)采用500 t浮吊分別依次吊裝8#(B)、C、D、E、F、G段(合攏段)以及風(fēng)撐,從兩端向中間逐段定位、逐段焊接,拱肋合龍,并完成拱肋吊桿掛索;(6)采用500 t浮吊分別依次吊裝跨中橋面節(jié)段9-1#~13#,并完成吊索與橋面節(jié)段的錨固,完成主跨橋面系節(jié)段吊裝,最后進行吊桿的張拉,完善橋面附屬設(shè)施施工;(7)拆除臨時結(jié)構(gòu)。
2 工程重難點
首先工程跨越京杭運河,采取的先拱后橋施工方案,施工過程結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換次數(shù)多,施工組織管理及施工控制難度大。并且拱肋及大節(jié)段縱梁吊裝定位精度要求頗高,吊裝作業(yè)能力是核心要求。其次是跨中橋面系大節(jié)段自重大,橋面寬,施工中必須嚴格控制鋼梁的吊轉(zhuǎn)方向。而浮吊施工受天氣因素影響還較大;然后,施工組織難度大,線下鋼梁要按時完成,現(xiàn)場支架搭設(shè)要及時,吊機要按時進場,這四個方面都直接關(guān)系到吊裝作業(yè)的順利進行。最后,鋼縱梁最重的一榀為5#鋼梁約101 t及拱座節(jié)段116 t,采用360 t履帶吊時吊裝區(qū)域地基承載力務(wù)必滿足工作要求。
3 主拱方案分析
3.1 拱座工況分析
本次吊裝采用360 t履帶吊,施工時考慮工裝支架對吊裝工作的影響,在拱座吊裝完成后再進行邊跨支架的搭設(shè)。拱座在存梁區(qū),與實際吊裝區(qū)域距離較遠,應(yīng)用履帶吊之前,采用平板車轉(zhuǎn)場,再進行履帶吊工裝作業(yè)。
采用一臺360 t履帶吊機,采用回轉(zhuǎn)半徑12 m,臂長24 m,吊鉤重量按5 t,鋼絲繩重量2 t,吊耳重量1 t。由于拱座分上部拱座與下部拱座,下部拱座為HW型材組成,主要分析下部拱座單重為116 t??芍~定起吊能力;計算重量;負載率,履帶吊滿足整體吊裝要求。
在拱座吊裝之前,應(yīng)進行拱座的預(yù)埋件及預(yù)埋支架的精準定位,特別是預(yù)埋的螺栓與預(yù)埋的支架螺栓孔的精準度的控制。在進行預(yù)埋螺栓的施工時,將廠內(nèi)制造的定位孔模板套裝預(yù)埋螺栓孔,經(jīng)過測量定位準確后,實施預(yù)埋混凝土的澆筑。
3.2 中拱施工主要流程
采用500 t浮吊依次吊裝分別依次吊裝拱肋C、D、E、F、G節(jié)段(合攏段)、臨時風(fēng)撐以及中間橫撐,利用拱肋接頭的馬板栓接,由底板往頂板拼接,利用扣塔拉索精確定位,中跨主拱成型后,可拆除臨時結(jié)構(gòu)。
3.2.1 中拱扣掛系統(tǒng)安裝
扣塔經(jīng)分段吊裝,復(fù)測垂直度后可焊接固定,關(guān)鍵位置無損合格后,即可進行扣索的安裝。
3.2.2 拉索張拉
(1)在主拱節(jié)段及重力錨端就緒后,扣索經(jīng)塔頂牽引就位、查驗各索長無誤后,方可進行張拉。(2)扣索張拉采取逐級張拉,位移量與液壓頂拉力雙控的張拉技術(shù)。(3)將千斤頂置于扣塔頂部分別進行扣鎖張拉。(4)每級張拉過程都需注意控制張拉力和伸長量,并監(jiān)控拱肋變形量和塔偏,以便及時采取調(diào)整措施。(5)扣索張拉完畢后,須對拉索的應(yīng)力值及控制節(jié)點位移進行檢測,及時進行微調(diào)。
3.2.3 索力調(diào)整
C拱安裝時背索(邊跨)和扣索(主跨)差值不能超過100 kN。D拱安裝時背索和扣索差值不能超過150 kN。E拱、F拱安裝時背索和扣索差值分別不能超過200 kN。單側(cè)節(jié)段安裝時,背索和扣索平衡調(diào)整以前不得進行下個節(jié)段的安裝。上下游單側(cè)兩個節(jié)段一起安裝時,扣索調(diào)整平衡完畢前,起重船吊鉤不得松鉤??鬯麂摻g線束張拉和放張根據(jù)結(jié)構(gòu)布置應(yīng)確保兩端對稱、同步分級進行。
3.3 中拱吊裝工況分析
中跨施工選用500 t浮吊工況,施工時預(yù)先分析最重節(jié)段C拱吊裝工況,采用浮吊吊裝時,吊裝采用雙鉤掉吊裝,先吊裝靠近舊橋處的拱肋,分南北岸左右對稱吊裝。
按拱肋C拱最不利的情況下計算, C拱重約為92 t;吊裝工作半徑36 m,吊裝高度約77 m;吊裝動載系數(shù)。采用一臺500 t浮吊,采85 m桿,回轉(zhuǎn)半徑36 m,傾角65°,吊鉤重量按5 t,鋼絲繩重量2 t,吊耳重量1 t??芍~定起吊能力;計算重量;負載率,滿足浮吊吊裝要求。
3.4 主拱肋梁合龍
3.4.1 合龍段定位和控制
上部主拱肋節(jié)段安裝時,先進行南北雙側(cè)陸岸和部分水中段拼裝,最后是水上G合龍段的施工。針對合攏口的施工,須先等待雙側(cè)F段定位、施焊完工,兩側(cè)主拱C~F整體高程滿足設(shè)計要求時再進行合攏口的吊裝定位。依據(jù)設(shè)定的合攏時間,對合攏口兩端里程、標(biāo)高等數(shù)據(jù)持續(xù)觀測,經(jīng)比較后確定溫差系數(shù),計算出切割余量??紤]到溫度影響,合攏時間選擇晚上至凌晨。余量切割在存梁場完成,合攏段對接定后利用限位碼板快速連接,經(jīng)矯正裝配后,隨即固定鋼碼板,降低合攏口熱變形量。
鋼梁的安裝測量,利用全站儀進行軸線、里程、標(biāo)高的測控。起吊前,復(fù)核測控點的位置是否符合實際要求。對于曲線段要加密控制點。定位后,復(fù)核安裝坐標(biāo)是否符合規(guī)范要求。
3.4.2 合龍段劃線配割
為了合攏段的順利合龍,保證主拱合攏整體線型,合攏段劃線配切如下:
(1)依據(jù)主拱的總拼線型,試拼合攏段(G)與相鄰F拱段。(2)根據(jù)設(shè)計線型,以腹板距端口200 mm處為基準畫合攏口的配切線。(3)根據(jù)現(xiàn)場測得的合攏段兩端參數(shù),結(jié)合溫差、干濕性等因素,確定G拱長度并將端口的配切量切除。
3.4.3 合龍構(gòu)件安裝
全橋共設(shè)置2個合攏段,共計4個合攏點,合攏段起吊點的設(shè)置要確保起吊過程中主拱肋結(jié)構(gòu)不變形、不扭曲。合龍流程:南北F拱施焊完畢復(fù)測上口標(biāo)高,確認達到監(jiān)控要求,G節(jié)段安裝前應(yīng)根據(jù)合龍測量數(shù)據(jù)修割合龍段的余量,然后按照先橋北側(cè)G段(東西兩端)安裝→北側(cè)合攏段焊接→橋南側(cè)G段安裝→焊接的順序完成主拱肋梁的合龍。安裝合龍前,一定要先測出在預(yù)定時間段的溫度下,需要合龍的實際尺寸距離,結(jié)合現(xiàn)場實際可能發(fā)生的溫差變化,確定合龍時機。浮吊緩慢松放鋼絲繩,直至G拱兩端和F拱端口初步對接,在G拱頂板設(shè)置千斤頂進行微調(diào)到位后,迅速使用臨時碼板將主拱肋箱型端口臨時焊接固定。
4 結(jié)束語
本文主要介紹了一種中承式剛性系桿拱的施工技術(shù),項目采用先拱后橋的安裝方式,主拱通過扣掛斜拉索張拉定位,通過對關(guān)鍵節(jié)段的吊裝工況分析,論證吊裝設(shè)備的可操作性和使用安全。
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