剛性懸索加勁剛桁架梁橋施工技術(shù)

馮 宇

(山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢有限公司，山西 太原 030006)

1 項(xiàng)目背景

此大橋工程項(xiàng)目的長(zhǎng)度是1.528 km，上層設(shè)計(jì)的是雙向六車道與兩側(cè)人行道，下層設(shè)計(jì)的是雙線城市軌道交通。其中主橋結(jié)構(gòu)選擇的是剛性懸索加勁梁3跨連續(xù)鋼桁架梁橋(具體跨徑是155 m+280 m+155 m)，橋面的設(shè)計(jì)寬度是32.5 m。此外，鋼桁梁設(shè)計(jì)的是矩形斷面，桁寬度是25.5 m，高度是11.326 m，主桁設(shè)計(jì)的是等到三角形桁式，確定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長(zhǎng)度是11.5 m，各構(gòu)件間通過(guò)栓焊實(shí)施有效連接。

2 施工方案對(duì)比分析

此大橋工程項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)安裝施工，因?yàn)槭艿巾?xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)地形與臨近建筑物的限制，不可采用支架、頂推與轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，而應(yīng)選擇預(yù)偏補(bǔ)償方式，通過(guò)斜拉扣掛系統(tǒng)懸臂對(duì)稱拼裝施工技術(shù)。

方案①：從主墩墩身的牛腿中建立鋼管格構(gòu)柱扣塔(其高度是62 m)，同時(shí)從塔頂處安裝斜拉索(數(shù)量是3對(duì))，選擇橋面吊機(jī)對(duì)稱懸臂拼裝施工技術(shù)[1]，實(shí)施安裝作業(yè)時(shí)以壓重等方法增強(qiáng)鋼梁安裝抗傾覆穩(wěn)定性。

方案②：選擇鋼桁梁大立柱，從其頂端建立鋼管扣塔立柱(其高度是25 m)，其余內(nèi)容與方案①基本一致，從塔頂處安裝2對(duì)斜拉索。

方案③：選擇鋼桁梁大立柱，從其頂端處建立錨箱，其余內(nèi)容與上述方案基本一致，安裝2對(duì)斜拉索，同時(shí)以增強(qiáng)斜拉索索力、增加鋼絞線數(shù)量等，保證鋼梁安全安裝。

結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，以安全性、施工效率、經(jīng)濟(jì)性以及風(fēng)險(xiǎn)等為視角綜合對(duì)比分析3種施工方案，最后確定選擇施工方案③，即：配置橋面吊機(jī)(重量級(jí)別是2.4×104kN·m，數(shù)量是4臺(tái))；工藝流程是錨箱安裝→鋼梁安裝→拉索施工；施工效率高，安全風(fēng)險(xiǎn)性低，成本低，且不影響線路通行。

3 鋼桁梁施工設(shè)計(jì)

此項(xiàng)目中鋼桁梁施工設(shè)計(jì)基本包含了墩旁托架設(shè)計(jì)、臨時(shí)墩設(shè)計(jì)、壓重設(shè)計(jì)以及臨時(shí)拉索系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.1 墩旁托架設(shè)計(jì)

從主墩墩身的兩側(cè)安裝墩旁托架，是鋼梁安裝階段的重要臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。此項(xiàng)目中托架結(jié)構(gòu)基本由格構(gòu)柱φ1 000×16鋼立柱、柱腳、樁頂連接架以及附墻結(jié)構(gòu)等組成[2]。在托架和墩身之間以附墻結(jié)構(gòu)(3層)進(jìn)行錨固，并且從橫橋向格構(gòu)柱立柱之間以柱間連接系實(shí)施有效連接。

3.2 臨時(shí)墩與壓重設(shè)計(jì)

結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件與施工要求，從江南側(cè)邊跨第8節(jié)間和中側(cè)第5節(jié)間的節(jié)點(diǎn)位置建立臨時(shí)墩，待鋼梁安裝到臨時(shí)部位后實(shí)施壓重，其中臨時(shí)墩選擇的是φ1 020×12鋼管格構(gòu)立柱，同時(shí)從立柱頂部安裝橫聯(lián)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的是“樁基+承臺(tái)”類型。壓重使用的是沙袋堆碼，在臨時(shí)墩的兩側(cè)桁間均勻布設(shè)砂袋，見(jiàn)圖1。

圖1 墩旁托架立面

3.3 拉索系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照鋼梁架設(shè)方案要求選擇斜拉扣掛系統(tǒng)對(duì)稱懸臂拼裝技術(shù)，其中主桁需要安裝3對(duì)臨時(shí)索，同時(shí)拉索必須錨固在剛性懸索頂部的錨箱中，而下端與主桁上弦節(jié)點(diǎn)位置的拉索錨箱進(jìn)行錨固[3]。此項(xiàng)目中拉索使用的是φ15.2鋼絞線(其特點(diǎn)表現(xiàn)為高強(qiáng)低松弛)，以2倍安全系數(shù)控制為核心設(shè)計(jì)。其中1#拉索單桁是以20根4組鋼絞線構(gòu)成，2#、3#拉索單桁是以25根4組鋼絞線構(gòu)成，形成的最大索力是9 000 kN。此外，拉索錨箱是以Q345C鋼為材料焊接而成。

4 鋼桁梁安裝施工

此大橋項(xiàng)目鋼桁梁安裝施工選擇的是“預(yù)偏中支點(diǎn)預(yù)降邊支點(diǎn)，以及斜拉扣掛系統(tǒng)對(duì)稱懸臂拼裝技術(shù)”，也就是把江南側(cè)主墩位置滑動(dòng)支座朝向跨中預(yù)偏58 mm實(shí)施補(bǔ)償，同時(shí)預(yù)降邊墩的高度0.8 m，然后建立臨時(shí)支座，同時(shí)從梁底部位預(yù)留足夠的千斤頂空間，通過(guò)加勁弦頂部位置的拉索錨箱實(shí)施斜拉索布設(shè)，借助于橋面吊機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱式懸臂拼裝。

4.1 桁梁安裝

此項(xiàng)目中起始節(jié)段指的是主墩支墩位置接近江側(cè)的主桁節(jié)段，其鋼梁采用墩旁處桅桿吊(重量級(jí)別是80 t)進(jìn)行卸船與吊裝，將鋼梁吊運(yùn)到墩旁托架與主墩支座部位進(jìn)行安裝，具體安裝順序詳見(jiàn)圖2所示。考慮到吊幅的影響，針對(duì)與桅桿吊側(cè)相距比較遠(yuǎn)的B11構(gòu)件，需要先把B11構(gòu)件吊裝到墩中線滑梁中的指定位置，然后通過(guò)滑移與頂升實(shí)現(xiàn)有效安裝。

圖2 鋼梁安裝順序

待初始階段安裝作業(yè)結(jié)束之后，通過(guò)桅桿吊從上橋面位置進(jìn)行橋面吊機(jī)(其重量級(jí)別是80 t)拼裝，然后嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行調(diào)試，鋼桁梁通過(guò)橋面吊機(jī)對(duì)稱懸臂拼裝技術(shù)實(shí)施規(guī)范安裝，一直到合龍[4]。此外，構(gòu)件安裝階段需要保證上游與下游對(duì)稱，以免發(fā)生單側(cè)偏載問(wèn)題。

4.2 剛性懸索安裝

此項(xiàng)目中剛性懸索主要包含了加勁弦桿和吊桿構(gòu)件，其中吊桿以銷接的方式把加勁弦和上弦進(jìn)行有效連接，考慮到吊桿、下弦與加勁懸桿都采用銷軸進(jìn)行連接，為了能夠確保安裝階段吊桿處于垂直狀態(tài)，以及銷軸順利穿插，需要從吊桿中以抱箍方法安裝可調(diào)的八字撐桿實(shí)施調(diào)整。此外，考慮到剛性懸索安裝階段吊桿都處在受壓狀態(tài)，為了能夠確保桿件準(zhǔn)確對(duì)位，就要從加勁弦上以橋面吊機(jī)的方式施加適當(dāng)?shù)奶崃Α?/p>

4.3 合龍段安裝

此項(xiàng)目的中跨合龍選擇的是“下降邊支點(diǎn)與江南側(cè)鋼桁梁總體式縱移”相結(jié)合的合龍施工方法。江南側(cè)邊支點(diǎn)需要下降接近0.66 m(參考的是設(shè)計(jì)成橋標(biāo)高)、中側(cè)邊支點(diǎn)需要下降接近0.48 m(參考的是設(shè)計(jì)成橋標(biāo)高)，江南側(cè)鋼梁需要整體朝向跨中側(cè)縱移接近0.06 m。在進(jìn)行合龍段的主桁構(gòu)架安裝作業(yè)之前，需要從橋臺(tái)處安裝液壓式千斤頂，并下降邊支點(diǎn)，以保證主梁分別環(huán)繞P1與P2墩的墩頂實(shí)現(xiàn)整體式轉(zhuǎn)動(dòng)，合理調(diào)整中跨合龍口位置的高程與轉(zhuǎn)角偏差[5]。從P1墩的墩頂安裝縱橋向的反力設(shè)備與球形支座的縱向式滑軌，并對(duì)中跨合龍間隙進(jìn)行微調(diào)，以保證中跨合龍段具備足夠的構(gòu)件安裝施工空間。此外，橫橋向的誤差主要利用左桁梁與右桁梁中的對(duì)拉葫蘆實(shí)施調(diào)節(jié)。

按照規(guī)定要求進(jìn)行檢測(cè)，確定合龍口下弦的縱向偏差數(shù)值是0，而上弦的縱向偏差數(shù)值是-0.002 m；上弦與下弦的豎向偏差數(shù)值是0；上弦與下弦的轉(zhuǎn)角偏差數(shù)值是0°，所以合龍口姿態(tài)符合合龍施工規(guī)定基本要求。

5 總 結(jié)

本文結(jié)合大橋工程項(xiàng)目實(shí)際情況，簡(jiǎn)要對(duì)比分析了不同施工方案與鋼桁梁施工設(shè)計(jì)，然后綜合研究了剛性懸索加勁鋼桁梁施工技術(shù)，主要包含了桁梁安裝、剛性懸索安裝以及合龍段安裝。實(shí)踐研究表明，此大橋項(xiàng)目剛性懸索加勁鋼桁架梁采用的施工技術(shù)合理、可行，切實(shí)保證了大橋項(xiàng)目施工質(zhì)量及安全，也為類似項(xiàng)目施工提供了借鑒。