陳 偉,劉 爽
(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550081; 2.中國建筑第二工程局有限公司,北京100073)
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,目前各省均在大力修建高速公路,云南省緊跟國家“十三五”規(guī)劃發(fā)展要求,各高速實現(xiàn)互聯(lián)互通目標(biāo),國內(nèi)存在大量的與既有高速公路連接、上跨等位置關(guān)系。該文工程案例中昌隆鋪互通主線橋上跨滬昆高速,車流量較大,日均3.5 萬輛,就該工程橋梁設(shè)計及施工要點進(jìn)行分析,對后續(xù)橋梁的設(shè)計與施工具有借鑒意義。
橋梁跨徑:2 跨40 m 鋼箱梁;設(shè)計荷載:公路Ⅰ級;設(shè)計速度:100 km/h;橋面寬度:33.5 m。 0.55 m+15.45 m+1.5 m+15.45 m+ 0.55 m=33.5 m;橋面最大縱坡:i=2.5%,橋梁平面線形:橋梁位于R=1 500 m 的圓曲線內(nèi);抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn):地震動峰值加速度為0.2 g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s;橋區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度,橋梁抗震設(shè)防類別為B 類,即按9 級采取抗震措施。
(1)鋼板預(yù)處理要求如下:涂料種類由制造廠家自行確定。
(2)鋼箱梁外表面采用S05。(3)鋼箱梁內(nèi)表面采用S13。
(4)高栓摩擦面采用S22 涂裝體系,無機(jī)富鋅防滑涂料。待鋼梁安裝完成后,所有外漏表面均依次涂環(huán)氧類封孔劑、環(huán)氧云鐵中間漆、氟碳面漆。
(1)鋼梁制造按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/F 041—2011)執(zhí)行。
(2)鋼箱梁在制造前,制造單位根據(jù)該工橋特點,制定專項方案,確定制作工藝流程,經(jīng)專家論證后方可實施。
(3)焊接工藝的正確選擇是保證鋼箱梁質(zhì)量的重要手段,焊接時,不得在構(gòu)件上任意起弧、打火和錘擊,鋼梁焊接須持特殊工種操作證,且由經(jīng)驗豐富的焊工操作[1]。
(4)設(shè)計圖所有標(biāo)注的尺寸均為體系溫度(20 ℃)時的尺寸,工廠下料制造須考慮溫差的影響。
(5)主梁鋼結(jié)構(gòu)是鋼箱梁最重要的板塊,須選擇專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加工廠,且必須具有高強(qiáng)螺栓施工經(jīng)驗的加工廠。
(6)工廠要搭建滿布胎架,鋼結(jié)構(gòu)梁需要在胎架上按工藝要求進(jìn)行整體組裝,并牢固焊接。
(7)主梁支座墊板由工廠機(jī)加工,要求頂面與梁底密貼。
對于不合格焊縫進(jìn)行返修,同時返修次數(shù)不得多于2 次。如第二次返修依舊不合格,應(yīng)立即分析原因,并報送監(jiān)理單位,由監(jiān)理工程批準(zhǔn)后進(jìn)行第三次返修。
(8)鋼梁預(yù)拼裝按照施工控制確定的預(yù)拼線形組拼,且預(yù)拼裝構(gòu)件不得少于5個標(biāo)準(zhǔn)梁段。各個構(gòu)件需單層存放,確定存放支點位置,使各個支點受力均勻,不得存在不平穩(wěn)狀態(tài)。存放地面應(yīng)堅固,不得將構(gòu)件存放至沉降不均勻地面,同時構(gòu)件距離地面不得小于150 mm。
2.2.1 第一階段交通疏導(dǎo)方案
(1)在K2012+420、K2013+060 上游2 000 m 波形護(hù)欄外設(shè)置告示牌:1900×1400 標(biāo)牌——“前方2 km 施工”。
(2)在K2012+420、K2013+060 上游250 m 波形護(hù)欄外設(shè)置告示牌:1900×1400 標(biāo)牌——“前方施工,注意安全”及“向左改道”。
昆明至曲靖方向交通疏導(dǎo)方案:
(1)在K2012+420、K2013+060 下游2 000 m 波形護(hù)欄外設(shè)置告示牌:1900×1400 標(biāo)牌——“前方2 km施工”。
(2)在K2012+420、K2013+060 下游右轉(zhuǎn)匝道入口設(shè)置告示牌:1900×1400 標(biāo)牌——“前方施工,注意安全”及“向右改道”。
2.2.2 第二階段交通疏導(dǎo)方案
昆明至曲靖方向交通疏導(dǎo)方案:
(1)在K2012+420、K2013+060 下游2 000 m 波形護(hù)欄外設(shè)置告示牌:1900×1400 標(biāo)牌——“前方2 km 施工”。
(2)在K2012+420、K2013+060 下游右轉(zhuǎn)匝道入口設(shè)置告示牌:1900×1400 標(biāo)牌——“前方施工,注意安全”及“向右改道”。
曲靖至昆明方向交通疏導(dǎo)方案:
(1)在K2012+420、K2013+060 恢復(fù)原道路行駛。
(2)宣威至曲靖方向B 匝道封閉施工。
2.3.1 G、H 匝道安裝
(1)首先對兩條匝道臨時支架基礎(chǔ)頂標(biāo)高進(jìn)行測量,根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)確定臨時支架、防護(hù)棚、調(diào)節(jié)墩加工長度,使用汽車吊對臨時支架、防護(hù)棚、分配梁及調(diào)節(jié)墩進(jìn)行制作安裝,如吊車寬度(根據(jù)選用噸位確定)受限,則可以向中央綠化帶范圍延伸,保證起吊范圍。
(2)復(fù)核臨時支架位置、標(biāo)高,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤后進(jìn)行A 節(jié)段吊裝,A 節(jié)段是整體節(jié)段,外形規(guī)格為(mm):2 900×10 500。
(3)B 節(jié)段吊裝,先吊裝左側(cè)鋼箱梁,再吊裝中間平聯(lián),然后吊裝右側(cè)鋼箱梁,吊裝時在縱向?qū)涌p處均使用碼板按1 500 mm 間距對箱體進(jìn)行連接固定。橋位復(fù)核無誤后,對接環(huán)口用臨時碼板焊接固定,最后對兩側(cè)挑臂進(jìn)行吊裝。
(4)依次安裝C、D 段。
(5)安裝E、F 段。E、F 節(jié)段為跨高速節(jié)段,每次吊裝時間僅有2 h,吊裝時間較短,施工難度大,鋼箱梁的運(yùn)輸、吊車等應(yīng)緊密配合。吊裝E 節(jié)段時確保昆曲高速昆明方向封閉,將吊車放置在左側(cè)吊裝左側(cè)鋼箱梁,當(dāng)?shù)跹b右側(cè)鋼箱梁時,將吊車放置在右側(cè)吊裝。每次擺放吊車及收吊車時間約0.5 h,吊裝時間為1 h,共計2 h。F 節(jié)段吊裝方法與E 節(jié)段吊裝方法一致。
(6)最后進(jìn)行G、H 節(jié)段吊裝。為保證箱梁能準(zhǔn)確就位,H 節(jié)段設(shè)置為合攏段,合攏段加工時長度加長60 mm,根據(jù)現(xiàn)場實際測量長度在工廠進(jìn)行切割,切割完成后運(yùn)至橋址進(jìn)行吊裝,箱梁吊裝完成。
(7)復(fù)核箱梁整體線型,拆除臨時支架。
2.3.2 主線LZ、LY 吊裝
(1)首先對兩條主線臨時支架基礎(chǔ)頂標(biāo)高進(jìn)行測量,根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)確定臨時支架、防護(hù)棚、調(diào)節(jié)墩加工長度,使用汽車吊對臨時支架、防護(hù)棚、分配梁及調(diào)節(jié)墩進(jìn)行制作安裝。
(2)封閉昆曲高速昆明方向車道,吊裝左幅E 節(jié)段第一個箱體,使用吊車將鋼箱梁吊裝至貝雷梁支架上,調(diào)整箱梁位置至設(shè)計位置,緊接著吊裝箱梁測,側(cè)面的挑臂塊體,挑臂與主箱梁對接縫處均使用碼板按1 500 mm間距對箱體進(jìn)行連接固定,收整吊車,恢復(fù)高速通車,吊車擺放及收整時間各約0.5 h,吊裝時間為2 h,共計3 h。
(3)封閉昆曲高速昆明方向車道,鋪設(shè)左線E 匝道第三節(jié)箱體下部貝雷梁及防護(hù)棚,吊裝第二、三箱體之間平聯(lián),使用碼板焊接固定,吊裝第三節(jié)箱體及挑臂。收整吊車,恢復(fù)高速通車,共計封閉時間3 h。
(4)封閉昆曲高速曲靖方向車道,鋪設(shè)左線C、D節(jié)段第一節(jié)箱體下部貝雷梁及防護(hù)棚,吊裝第一節(jié)箱體,使用吊車將鋼箱梁吊裝至貝雷梁支架上,調(diào)整箱梁位置至設(shè)計位置,緊接著吊裝箱梁側(cè)面的挑臂塊體,挑臂與主箱梁對接縫處均使用碼板按1 500 間距對箱體進(jìn)行連接固定使用碼板焊接固定,吊裝第三節(jié)箱體。收整吊車,恢復(fù)高速通車,共計封閉時間3 h。
(5)封閉昆曲高速曲靖方向車道,鋪設(shè)左線C、D節(jié)段第二節(jié)箱體下部貝雷梁及防護(hù)棚,吊裝第一、二箱體之間平聯(lián),使用碼板焊接固定,吊裝第二節(jié)箱體。收整吊車,恢復(fù)高速通車,共計封閉時間3 h。
(6)封閉昆曲高速昆明方向車道,鋪設(shè)左線C、D節(jié)段第三節(jié)箱體下部貝雷梁及防護(hù)棚,吊裝第二、三箱體之間平聯(lián),使用碼板焊接固定,吊裝第三節(jié)箱體及挑臂。收整吊車,恢復(fù)高速通車,共計封閉時間2 h。左線跨高速段吊裝完畢,右線跨高速吊裝次序與左線相同。
(7)最后進(jìn)行A、B 節(jié)段吊裝。為保證箱梁能準(zhǔn)確就位,A 節(jié)段設(shè)置為合攏段,合攏段加工時長度加長60 mm,根據(jù)現(xiàn)場實際測量長度在工廠進(jìn)行切割,切割完成后運(yùn)至橋址進(jìn)行吊裝,箱梁吊裝完成。
(8)復(fù)核箱梁整體線型,拆除臨時支架。
2.3.3 臨時支架結(jié)構(gòu)
臨時支架結(jié)構(gòu)為綴條格構(gòu)柱結(jié)構(gòu),立柱采用φ325×8 mm 鋼管,連接系使用14#槽鋼,分配梁為H440×300H型鋼,臨時支架所有連接處均采用焊接[2]。
2.4.1 臨時支架計算
(1)受力分析。鋼箱梁吊裝時按最不利工況考慮,吊裝時橋墩不受力,所有重量都加載在臨時支架上。相鄰兩個節(jié)段落在一組支架分配梁上,根據(jù)支架組合結(jié)構(gòu)形式,最不利受力工況有兩種,G 匝道和H 匝道支架結(jié)構(gòu)形式類似,最不利工況為吊裝G 匝道D 節(jié)段,此時D節(jié)段梁段合計重約121 t,單個支架平均受力60.5 t。主線橋最不利工況為吊裝右幅Ⅰ節(jié)段,此時Ⅰ節(jié)段梁段合計重量約165 t,單個支架平均受力55 t。為簡化計算,以匝道兩個支架組合、吊裝梁段重量121 t、最大支架高度15.5 m 進(jìn)行受力計算分析。
(2)模型說明。采用Midas Civil 2012 建模,各桿件采用空間梁單元模擬。材料采用Q235 鋼材,支架材質(zhì)為Q235 鋼材,彈性模量E(2.06×105MPa),容重r(78.5 kN/m3),Q235 鋼材屈服強(qiáng)度值為215 MPa,根據(jù)相關(guān)規(guī)范,鋼材的抗力分項系數(shù)取1.25,Q235 鋼材容許正應(yīng)力[σ]=(215 MPa/1.25)=172 MPa,取5 的整數(shù)倍為170 MPa。
(3)模型加載。根據(jù)支架的支承條件,鋼箱梁重量采用節(jié)點集中力模擬,立柱作為自重加載。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求,自重系數(shù)取1.1,吊裝動載系數(shù)取1.1,不均勻系數(shù)取1.2。G、H 匝道最不利的工況時,梁段重120 t,梁段布置在8 根調(diào)節(jié)短管上。假設(shè)每根調(diào)節(jié)短管均勻受力,支架系統(tǒng)按集中載荷進(jìn)行受力分析。吊裝時單個梁段:G=1.1×1.2×120×10=1 584 kN。單個支點受力F=1 584/8=198 kN,考慮到吊具和臨時設(shè)備荷載,計算時按200 kN加載,支架系統(tǒng)受力如圖1 所示。
圖1 支架系統(tǒng)強(qiáng)度圖
(4)支架系統(tǒng)受力分析:
1)強(qiáng)度驗算。經(jīng)計算分析,本支架在此受力工況下支架系統(tǒng)最大應(yīng)力為32.5 MPa <170 MPa,支架強(qiáng)度滿足要求。
2)剛度驗算??紤]吊裝過程中豎向荷載組合,支架最大變形位于分配梁中間,最大豎向變形為2.1 mm。支架分配梁撓度容許值νr=3 500 mm/400=8.75 mm(3 500 mm 為分配梁兩支點最大跨度)。支架剛度滿足要求。
3)定性驗算。通過軟件計算分析最大支點反力為220 kN。如圖2 所示。
支架系統(tǒng)的最大支點反力為220 kN,綴條格構(gòu)柱橫撐最大間距為2 000 mm,即200 cm,φ325×8 mm 鋼管的回轉(zhuǎn)半徑為11.211 cm,型鋼立柱長細(xì)比為200/11.211=17.8。
查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,得鋼管柱的穩(wěn)定性系數(shù)φt=0.985,鋼管柱最大壓應(yīng)力:
式中,Nt——壓桿支點反力(N);At——壓桿受力面積單位(mm2)。35.7 MPa <170 MPa,滿足穩(wěn)定性安全要求。
(5)計算結(jié)論。Midas Civil 2012 仿真計算表明,結(jié)構(gòu)自重+吊裝荷載作用下:
支架系統(tǒng)最大應(yīng)力為32.5 MPa,支架強(qiáng)度滿足要求。
荷載作用下支架最大變形為2.1 mm,剛度滿足施工荷載的需求。
2.4.2 支架基礎(chǔ)驗算
根據(jù)支架計算結(jié)果,支架立柱最大反力220 kN,支架混凝土基礎(chǔ)與地面接觸面積S=2.9*2.9=8.41 m2,單個混凝土基礎(chǔ)最大支架反力F=220*2=440 kN,支架范圍地基承載力為0.16 MPa,即地基承載力>0.16 MPa。地基處理完成后應(yīng)進(jìn)行釬探試驗檢測地基承載力。
云南曲靖三寶至昆明清水高速公路工程項目的順利竣工,實現(xiàn)又一重要工程節(jié)點,為項目全線貫通提供有力保障。建成后,將大大縮短云南曲靖至昆明兩個城市之間時空距離,有利于進(jìn)一步推國家發(fā)展戰(zhàn)略和云南省內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè),具有完善云南省內(nèi)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),促進(jìn)沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重大意義。