劉金棟
(石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司,河北 石家莊 050021)
隨著社會發(fā)展,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目數(shù)量逐步增多,市政橋梁工程也隨之增多。裝配式施工技術(shù)已經(jīng)在房建領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但橋梁工程面臨的環(huán)境條件更加復(fù)雜,裝配式施工技術(shù)尚未全面鋪開。近年來,裝配式橋梁施工技術(shù)得到快速發(fā)展,以東海大橋、港珠澳大橋、上海滬閔高架為代表,象征著該技術(shù)逐漸走向成熟[1]。裝配式橋梁施工中,墩梁架設(shè)是關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響施工進(jìn)度、成本和質(zhì)量。以下結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗,對一體化架設(shè)施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。
某市政橋梁是城市中的大型樞紐立交工程,共有8條匝道。選取其中的A1、B2 匝道橋作為本次研究對象,采用裝配化施工方案。A1 匝道橋全長385m,結(jié)構(gòu)為 8×35m+3×35m;B2 匝道橋全長 315m,結(jié)構(gòu)為 6×35m+3×35m。采用單箱單室主梁,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長3m,橋梁寬度為9.2m,梁段自重在60~90t。A1、B2匝道的墩柱,分為獨柱墩、雙柱墩兩種類型,高度最大12m,重量最大85t。箱梁和墩柱均為預(yù)制件,在工廠內(nèi)預(yù)制完成后,運輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝,架設(shè)方式均為上坡架梁,坡度為4.0%。
結(jié)合本項目的施工要求和現(xiàn)場環(huán)境,墩梁架設(shè)施工有兩種備選方案,一是常規(guī)架設(shè),使用架橋機和履帶吊;二是一體化架設(shè),使用新型一體化架橋機。
常規(guī)架設(shè)預(yù)制墩梁構(gòu)件,先用履帶吊安裝墩柱,然后在墩頂安裝架橋機,依次完成各個梁段的架設(shè)。該方案中,墩柱和墩頂塊需要履帶吊進(jìn)行安裝,這是施工關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響整體進(jìn)度。本項目架設(shè)一個梁段需要7d時間,工序流程見表1。
表1 常規(guī)架設(shè)方案的施工進(jìn)度分析
一體化架設(shè)方案是使用新型的一體化架橋機,既能架設(shè)墩柱,也能架設(shè)梁段。和普通架橋機相比,其最大差異是增加了一跨,支撐在承臺或路面前支腿上,可以架設(shè)預(yù)制墩柱,同步架設(shè)梁段。本項目架設(shè)一跨預(yù)制構(gòu)件需要7d時間,工序流程見表2。
表2 一體化架設(shè)方案的施工進(jìn)度分析
對這兩種架設(shè)方案進(jìn)行比較,可見一體化架設(shè)方案的優(yōu)勢明顯,體現(xiàn)在三個方面;①在工期相同的條件下,可同時架設(shè)墩柱和梁段,施工效率提高,便于組織管理;②預(yù)制構(gòu)件在梁上運輸,不會占用地面道路,對周邊交通影響更小,相應(yīng)的管控工作減少;③不需要使用履帶吊,可降低設(shè)備成本,提高經(jīng)濟(jì)效益[2]?;诖耍卷椖孔罱K采用一體化架設(shè)施工方案。
一體化架橋機的結(jié)構(gòu)組成包括:主梁、前支腿、中支腿、后支腿、起重天車、吊具吊掛、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等。各結(jié)構(gòu)設(shè)計要點如下:
(1)前支腿
前支腿是重要支撐構(gòu)件,因不能支撐在墩柱上,只能支撐在承臺上,為了方便地基處理,在前支腿底部設(shè)置牛腿,牛腿和承臺接觸并支撐。承臺施工時,進(jìn)行預(yù)埋處理,使用螺紋鋼筋對牛腿進(jìn)行錨固連接。本項目使用1套前支腿,由橫梁和伸縮套結(jié)構(gòu)組成,伸縮長度在2~16m之間。前支腿的作用是:在架設(shè)墩柱、墩頂塊以及架橋機過跨倒退時,提供穩(wěn)定的前支撐點。
(2)中支腿
中支腿是架橋機運動的核心,頂升油缸的行程為1m,卸載時可以整體完成。設(shè)置橫移和縱推油缸,油缸壓力、行程變化均由監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測,達(dá)到動態(tài)化、智能化調(diào)整的目的。本項目使用2套中支腿,主要作用是:承載梁段和架橋機的重量,輔助架橋機移動,調(diào)整架橋機的形態(tài)等[3]。
(3)后支腿
后支腿和前支腿的結(jié)構(gòu)相近,也是橫梁和伸縮套結(jié)構(gòu)組成,同時設(shè)置調(diào)節(jié)油缸,行程為0.8m。架橋機過跨時,首先支撐主梁滑行,然后拆除錨固處于懸空狀態(tài),隨著主梁一起前移。本項目使用1套后支腿,作用是:在架橋機倒運支腿時臨時支撐,在架橋機縱向移動時提供后方支點。
(4)起重天車
本項目配置前、后起重天車各1臺,其中前天車最大起重120t,在墩柱、墩頂塊吊裝時使用;后天車最大起重100t,在普通節(jié)段吊裝時使用。結(jié)合本工程的特殊環(huán)境,以及架橋機的運行特點,在起重天車上設(shè)置多個保護(hù)裝置,例如超載保護(hù)、卷揚機限位保護(hù)、卷揚機超速裝置、防風(fēng)裝置等,以保障起重天車安全運行。
(5)吊具吊掛
為了方便施工操作,吊具能全方位旋轉(zhuǎn),在油缸作用下調(diào)整坡度,最大值為4%。另外,吊具可無線遙控,工作人員在拼裝梁面范圍內(nèi)操作即可,進(jìn)一步保證施工安全。吊掛分為兩種,一種用于普通梁段,具有4 個吊點;另一種用于墩頂塊,具有8 個吊點。節(jié)段梁吊掛在主梁上方,使用高強度螺紋鋼進(jìn)行支撐固定。
(6)液壓系統(tǒng)
本項目使用的架橋機,液壓系統(tǒng)包括5套泵站,分別用在前支腿、中支腿、后支腿、天車、吊具部位,提供液壓作用力。
(7)電氣系統(tǒng)
該架橋機的電氣系統(tǒng)是由電氣柜、電氣房、遙控裝置、監(jiān)控系統(tǒng)組成。其中,監(jiān)控系統(tǒng)是核心,對整個架橋機的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,采集重要參數(shù),如起重量、起吊高度、天車行程、油缸壓力、風(fēng)速等,確保每個作業(yè)環(huán)節(jié)均安全合規(guī)[4]。一旦數(shù)據(jù)異常,系統(tǒng)能發(fā)出報警信息,提示工作人員及時查詢故障并處理,防止造成嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。
(1)一體化架橋機的優(yōu)點包括:①能對承臺以上的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行架設(shè),施工效率高。②預(yù)制構(gòu)件在梁上運輸,可節(jié)省地面空間,減少對橋梁下交通的影響。③施工設(shè)備簡單,自動化程度高,方便現(xiàn)場管理。
(2)一體化架橋機也有部分缺點,總結(jié)如下:①工作面少,履帶吊投入多套設(shè)備,可在多個工作面同步施工,一體化架橋機只有1個工作面。②因工作面少,施工作業(yè)不能跨工序完成,對施工組織提出更高要求。③施工接線部位多,架橋機移跨存在難度,要進(jìn)行多次安拆。④跨徑大、吊重大,會增加架橋機的重量,降低周轉(zhuǎn)效率[5]。
結(jié)合工程施工經(jīng)驗,以及一體化架橋機的優(yōu)缺點,可以得到一體化架設(shè)施工方案的適用范圍如下:①中小跨度橋梁,跨度在20~35m 之間。②線路長、接線少,預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn),架設(shè)長度至少2km。③預(yù)制構(gòu)件的吊重在150~200t,此時成本適中,設(shè)備周轉(zhuǎn)效率高。④墩柱高度在18~20m以內(nèi),前支腿能保證架橋機的穩(wěn)定性。⑤尤其適用于野外作業(yè),因交通條件差,常規(guī)的起重設(shè)備無法到達(dá)。
本項目中,墩梁一體化架設(shè)施工順序為:架設(shè)B2匝道橋預(yù)制構(gòu)件→架橋機退回至路基→架橋機橫移過幅變線→架設(shè)A1 匝道橋預(yù)制構(gòu)件。具體施工工藝流程為:組裝架橋機→標(biāo)準(zhǔn)跨施工→首尾跨施工→邊跨施工→架橋機后退,重復(fù)以上步驟,直至所有梁段均架設(shè)完成。
該架橋機組裝時,采用低位拼裝法,技術(shù)要點如下:①在B2 匝道的路基上,拼裝2 套中支腿,吊裝至預(yù)設(shè)位置臨時錨固。②主梁節(jié)段在地面組裝成一個整體,使用汽車吊將其吊裝在中支腿上,由縱移油缸進(jìn)行鎖定。③重復(fù)步驟②,吊裝其他主梁構(gòu)件。④分別對前、后支腿進(jìn)行拼裝,將起重天車安裝在目標(biāo)位置。⑤組裝全部完成后,調(diào)試液壓和電氣系統(tǒng),確保系統(tǒng)正常運行,滿足現(xiàn)場施工技術(shù)要求。
架橋機組裝完成,移動到需要架梁的部位,方可對標(biāo)準(zhǔn)跨進(jìn)行架設(shè)施工,步驟如下:①上一跨節(jié)段梁架設(shè)完成,使用前天車吊運后中支腿,到達(dá)前墩墩頂停止。②后天車向前移動,到達(dá)前墩附近后,和前天車共同起到配重作用;隨后利用縱推油缸、兩中支腿向施工方向?qū)χ髁阂苿蛹s10m。③將后支腿與梁面錨固拆除,收起油缸處于懸空狀態(tài);重復(fù)以上步驟繼續(xù)移動主梁,移動距離約15m,前、后天車移動至中墩中支腿上方,起到配重作用;重復(fù)以上步驟,繼續(xù)移動主梁到達(dá)設(shè)計位置,支撐后進(jìn)行錨固。④前、后天車移動至架橋機尾部,使用鋼絲繩卸扣,將前天車和墩柱連接起來;使用吊板將后天車和墩柱連接起來。⑤前、后天車配合,吊起超前墩的墩柱,移動至架橋機前跨,然后落鉤,將墩柱吊至地面。⑥只升起前天車,縱向移動起吊墩柱,使其處于豎直狀態(tài)并安裝;墩柱承載力達(dá)標(biāo)后,前天車重復(fù)該步驟,將墩柱起吊、對位安裝。⑦使用后天車吊裝節(jié)段梁,完成臨時預(yù)應(yīng)力的張拉;再澆筑濕接縫,完成永久預(yù)應(yīng)力的張拉;直至節(jié)段梁架設(shè)完成。體系轉(zhuǎn)換后,對橋面系和附屬設(shè)施進(jìn)行施工。
首尾跨施工和標(biāo)準(zhǔn)跨施工的步驟基本一致,不同點在于:中支腿錨固在路基段的臨時基礎(chǔ)上,從而保護(hù)橋臺。
邊跨施工和標(biāo)準(zhǔn)跨施工的步驟基本一致,不同點在于:①邊墩架設(shè)完成后,在墩旁搭設(shè)托架來固定邊墩的墩頂塊。②在前支腿底部設(shè)置支撐,提高支腿的承載力,從而滿足相關(guān)施工規(guī)范要求。
架橋機后退和前進(jìn)剛好相反,關(guān)鍵步驟如下:①后支腿向后移動,到達(dá)主梁尾部,隨后前、后天車移動至后中支腿處,起到配重作用。②在中支腿的支撐下,促使主梁向后方移動,過跨約10m 停止移動。③前、后天車移動,到達(dá)前中支腿處進(jìn)行配重;隨后在中支腿的支撐下,主梁繼續(xù)向后方移動,過跨約15m停止移動,臨時錨固后支腿。④在中支腿的支撐下,主梁繼續(xù)向后方移動,直至到達(dá)指定位置,和后中支腿相互鎖定。⑤使用前天車吊運前中支腿,跨過后中支腿的位置后,在此處進(jìn)行錨固。
本項目施工期間,采取的質(zhì)量控制措施如下:
(1)精度控制
對一體化架橋機的硬件升級,安裝激光測距儀和電子陀螺儀,用來監(jiān)測墩柱、梁段的位置和角度,將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng),可對墩柱、梁段進(jìn)行調(diào)整;同時監(jiān)控平臺動態(tài)監(jiān)測安裝過程,顯示出預(yù)制構(gòu)件的實時位置[6]?,F(xiàn)場施工中,通過精度控制,導(dǎo)向裝置和墩柱的間隙控制在±2mm以內(nèi),安裝準(zhǔn)確率達(dá)到96%以上。
(2)現(xiàn)場管理
①推行安全系統(tǒng)工程,排查施工系統(tǒng)中的事故隱患,評估故障和失誤造成的危害損失,并采取針對性的管控措施。②落實人員培訓(xùn),學(xué)習(xí)一體化架橋機施工方案,熟練掌握每一個操作環(huán)節(jié);同時落實技術(shù)交底和安全交底,明確施工重難點。③發(fā)揮出監(jiān)理工程師的職能和作用,采用見證取樣、旁站監(jiān)理等方式監(jiān)督現(xiàn)場施工,避免出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題。
(3)設(shè)備保養(yǎng)
一體化架橋機使用過程中,要從安裝、調(diào)式、運行、入庫封存等各個環(huán)節(jié)制定嚴(yán)格的管理辦法,尤其做好日常保養(yǎng)工作,確保設(shè)備處于良好的運行狀況。
綜上所述,在裝配化橋梁工程中,采用一體化架設(shè)施工技術(shù)方案具有諸多優(yōu)勢,包括施工效率高、對周邊交通影響小、可降低設(shè)備成本等。文章介紹了一體化架橋機的結(jié)構(gòu)設(shè)計,重點闡述了施工技術(shù)方法和要點。結(jié)果證實,相比于常規(guī)架設(shè)方案,一體化架橋機的使用效益更高,可在同類工程中推廣應(yīng)用。