跨文化遺產(chǎn)河流超大鋼箱梁橋施工技術(shù)

文 敏

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 廣州 510308）

0 引言

鋼箱梁橋梁作為裝配式結(jié)構(gòu)，具有外觀美觀、工廠化制作精度高、現(xiàn)場安裝快捷、回收利用價值高等特點，在城市橋梁中廣泛應(yīng)用?？缥幕z產(chǎn)河流超大鋼箱梁橋施工時，因河道保護(hù)范圍內(nèi)不允許施工，現(xiàn)場不具備設(shè)置臨時便橋或臨時工作墩的條件，如何在河道上架設(shè)大跨度、大噸位的鋼箱梁，是要解決的難題。本文通過對鋼箱梁深化設(shè)計、制作質(zhì)量、運(yùn)輸安全、現(xiàn)場安裝工藝等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)與研究，形成了跨文化遺產(chǎn)河流超大鋼箱梁橋施工關(guān)鍵技術(shù)，滿足文化遺產(chǎn)河流的的保護(hù)要求，確保了工程質(zhì)量與施工安全，提高了施工效率。

1 工程概況

杭州蕭紹運(yùn)河為國家文化遺產(chǎn)，蕭紹運(yùn)河橋為地面橋梁，橋梁長為62.53 m，采用簡支鋼箱梁粱結(jié)構(gòu)，單跨58 m，橋面總寬47.5 m，分為東西兩半幅橋，右偏角為112°，東半幅梁寬25.25 m，梁高為2.42～2.80 m；西半幅梁寬22.25 m，梁高為2.46～2.80 m。東半幅：25.25 m=2.5 m（人行道）+2.5 m（非機(jī)動車道）+19.75 m（機(jī)動車道）+0.5m（鋼護(hù)欄）；西半幅：22.25 m=0.5 m（鋼護(hù)欄）+16.75 m（機(jī)動車道）+2.5 m（非機(jī)動車道）+2.5 m（人行道）。

下部結(jié)構(gòu)橋臺為重力式橋臺，基礎(chǔ)采用直徑120 cm 鉆孔灌注樁。橋臺基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)退讓遺產(chǎn)區(qū)控制線，0 號橋臺承臺邊緣距市級遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)最小凈距0.72 m，1 號橋臺承臺邊緣距國家級遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)最小凈距0.58 m。工程概況如圖1所示。

圖1 蕭紹運(yùn)河橋工程概況Fig.1 Overview of Xiaoshao Canal Bridge Project

2 鋼箱梁安裝方案比選

本項目河道及其保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)不允許打設(shè)鋼管樁、灌注樁，也不可設(shè)置臨時便橋或臨時工作墩，導(dǎo)致常規(guī)安裝方式分段吊裝法［1-3］不適用。對可用的頂推法［4-6］、履帶吊整跨吊裝法、架橋機(jī)［7］整跨架設(shè)法進(jìn)行對比分析，如表1所示。

表1 鋼箱梁安裝方案對比分析Tab.1 Comparison and Analysis of Installation Schemes for Steel Box Girders

通過對比分析，選用雙桁架梁液壓步履式雙向架橋機(jī)分塊整跨架設(shè)鋼箱梁方案，不需要設(shè)置臨時支墩，安裝方便快捷，作業(yè)安全性高，總體費用相對低。

3 鋼箱梁深化設(shè)計

根據(jù)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式、安裝設(shè)備負(fù)載能力、道路運(yùn)輸情況以及現(xiàn)場實際情況對鋼箱梁進(jìn)行分塊劃分，縱向均劃分為3段，橫向東西半幅均劃分為5個梁倉外加2個挑臂。根據(jù)鋼箱梁運(yùn)輸單元劃分情況，把每跨鋼箱梁分為挑臂單元與箱梁單元形式，如圖2 所示。每個運(yùn)輸單元由多個單元件組成，主要單元件形式分面板單元件、底板單元件、腹板單元件、橫隔板單元件和支座橫隔板單元件。

圖2 單元結(jié)構(gòu)Fig.2 Unit Structural

東幅（左幅）縱向共分為3 段，分別為A 段19 m、B 段24 m、C 段15 m，橫向劃分5 塊主梁和2 塊挑臂進(jìn)行制作加工運(yùn)輸。如圖3所示。

圖3 東幅（左幅）箱梁分段分塊Fig.3 East（Left）Box Beam Segmentation and Block （mm）

西幅（右幅）縱向共分為3 段，分別為A 段19 m、B 段24 m、C 段15 m，橫向劃分5 塊主梁和2 塊挑臂進(jìn)行制作加工運(yùn)輸。

4 鋼箱梁加工與運(yùn)輸

4.1 放樣下料

鋼材在預(yù)處理流水線上完成預(yù)處理工序。根據(jù)不同的板厚采用七輥校平機(jī)進(jìn)行校平，保證鋼板平面度，消除鋼板軋制內(nèi)應(yīng)力?，F(xiàn)場采用計算機(jī)放樣智能化技術(shù)，對鋼箱梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，繪制各構(gòu)件零件詳圖，作為繪制下料套料圖及數(shù)控編程的依據(jù)。放樣時按工藝要求預(yù)留制作和安裝時的焊接收縮補(bǔ)償量和加工余量［8］。

下料嚴(yán)格按工藝套料圖進(jìn)行，保證鋼材軋制方向與構(gòu)件受力方向一致。鋼板及大型零件的起吊轉(zhuǎn)運(yùn)采用磁力吊具，保證鋼板及下料后零件的平整度。鋼板采用數(shù)控等離子切割，大型矩形板在專用下料切割平臺上采用自動切割機(jī)一次性下料成形，并同時將焊接坡口開出［9］。

4.2 鋼箱梁加工焊接

4.2.1 鋼箱梁加工焊接總體安排

鋼箱梁焊接分廠內(nèi)焊接和工地焊接兩部分。從總體上看，廠內(nèi)焊接質(zhì)量優(yōu)于現(xiàn)場焊接質(zhì)量，因此盡可能減少現(xiàn)場的焊接工作量是焊接質(zhì)量保證的重要措施［10］。鋼箱梁分段后，大部分焊接工作量在廠內(nèi)完成，僅剩梁段和挑臂的對接縱縫和環(huán)縫需在現(xiàn)場完成。為提高焊接質(zhì)量，施工均采用自動、半自動或焊接機(jī)器人焊接工藝，自動、半自動設(shè)備為埋弧自動焊機(jī)、埋弧半自動焊機(jī)、CO2氣體保護(hù)半自動焊機(jī)等。

4.2.2 鋼箱梁加工焊接

⑴箱梁面、底板單元件焊接在專用亞船形轉(zhuǎn)胎上進(jìn)行，橫隔板單元件在平胎架上進(jìn)行焊接，焊接時采用兩臺焊機(jī)對稱施焊，減小變形。

⑵懸臂梁面板單元在平臺上焊接，懸臂梁面板單元及齒形板單元焊接完畢，采用倒裝法在專用胎架上進(jìn)行總裝，焊接順序：懸臂梁腹板、加勁與面板單元焊接?懸臂梁腹板與側(cè)封板焊接?側(cè)封板與面板內(nèi)側(cè)焊縫?側(cè)封板與底封板外側(cè)焊縫?裝焊其它附零件屬件。

⑶ 梁段分段總裝在總成胎架上采用正裝法進(jìn)行，裝焊順序為：底板單元件裝焊?裝配中間橫隔板單元?裝配腹板及加勁板→對稱焊接橫隔板與腹板的立角焊縫?對稱焊接橫隔板與底板的平角焊縫?對稱焊接底板與腹板的平角焊縫?裝焊面板單元件焊縫?裝焊其他組合部件。

4.3 鋼箱梁運(yùn)輸

根據(jù)節(jié)段箱梁特點采用重型牽引車+平板車進(jìn)行公路運(yùn)輸。鋼箱梁橫向分塊，沿縱向切開后，除有一個箱體兩側(cè)均有直腹板重心比較對稱外，其余箱體均只有單側(cè)腹板。運(yùn)輸過程中，對只有單側(cè)腹板的鋼箱梁均采用型鋼支撐進(jìn)行加固，型鋼支撐采用16 號普通槽鋼交叉式布置。鋼箱梁節(jié)段吊放到運(yùn)輸車上后，采用手拉葫蘆將鋼箱梁節(jié)段固定在運(yùn)梁車上，防止其傾倒、滑移造成事故。

4.4 現(xiàn)場二次拼裝

主梁段采用現(xiàn)場二次拼裝，單片整體安裝的工藝。二次拼裝胎架采用C30 混凝土剛性基礎(chǔ)，基礎(chǔ)澆筑時設(shè)置鋼板預(yù)埋件，用于支撐鋼管及調(diào)節(jié)短柱的焊接連接，設(shè)置臨時支墩基礎(chǔ)前需對土路基進(jìn)行換填壓實處理，地基處理完成后的承載力和地基沉降量需滿足要求。

5 鋼箱梁安裝

5.1 總體安裝順序

采用JQGs320 雙桁架梁液壓步履式雙向架橋機(jī)分塊整跨架設(shè)鋼箱梁。JQGs320架橋機(jī)主體結(jié)構(gòu)為多段桁架聯(lián)接梁，具有易于拆裝、便于施工現(xiàn)場轉(zhuǎn)移、邊梁橫移一次到位、抗風(fēng)能力大等優(yōu)點，整機(jī)重量398 t，整機(jī)總裝功率203.8 kW，該型架橋機(jī)最大適用縱坡±4%，最大適應(yīng)橫坡±2%，最大適應(yīng)交角45°，跨徑65 m時額定起重量為320 t。本工程鋼箱梁跨徑為58 m，梁高2.6 m，最大重量為200 t，JQGs320架橋機(jī)滿足要求。

鋼箱梁主要采用架橋機(jī)尾部喂梁的方法進(jìn)行架設(shè)，先進(jìn)行左幅（東幅）架設(shè)，后進(jìn)行右幅（西幅）架設(shè)，具體如圖4所示，鋼箱梁安裝時順序為：①?②?③?④?⑤?⑥?⑦?⑧?⑨?⑩。

圖4 鋼箱梁架設(shè)順序Fig.4 Sequence of Steel Box Girder Erection

5.2 架橋機(jī)安裝與過孔

架橋機(jī)在河流北側(cè)空地進(jìn)行拼裝，采用2 臺額定起重量為220 t 的汽車吊配合拼裝架橋機(jī)。首先，分別放置好中支腿、前支腿，并將其支撐或臨時固定；接著采用2 臺額定起重量為220 t 汽車吊雙機(jī)抬吊的方式整體吊裝兩側(cè)主梁，將主梁放置在主支腿的反輥輪組上，安裝掛輪，固定壓板；將主梁上部三道上橫梁對位安裝并緊固螺栓；吊裝縱行桁車與起重小車；分別安裝桁車及支腿的供電系統(tǒng)，緊固電纜滑線，并安裝操作系統(tǒng)；最后安裝起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩。

架橋機(jī)過孔［11］按下列步驟進(jìn)行：

⑴架橋機(jī)拼裝完畢后，收起尾支腿與臨時支腿，將主梁向前移。

⑵架橋機(jī)收起中支腿，將中支腿向前移。

⑶架橋機(jī)收起尾支腿，將主梁向前移，使臨時支腿處于南側(cè)橋臺。

⑷架橋機(jī)收起前支腿，將前支腿移至南側(cè)橋臺。

⑸架橋機(jī)收起中支腿，將中支腿移至北側(cè)橋臺處。

⑹架橋機(jī)收起尾支腿與臨時支腿，將主梁前移。

⑺架橋機(jī)過孔完成后，將主梁與前，中支腿固定可靠。

5.3 鋼箱梁安裝

第一步：架橋機(jī)橫移至存梁區(qū)，此時架橋機(jī)前天車與鋼箱梁前吊點連接，鋼箱梁后吊點采用1 臺QAY 400 t汽車吊起吊。對鋼箱梁進(jìn)行整體起升后，運(yùn)梁車倒入鋼箱梁后端，運(yùn)梁車與架橋機(jī)前天車同步進(jìn)行縱移。具體操作如圖5所示。

圖5 運(yùn)梁車喂梁平面及立面Fig.5 Plane and Elevation of Feeding Beam for Beam Transporting Vehicle（mm）

第二步：待鋼箱梁后吊點縱移至架橋機(jī)后天車底部處，架橋機(jī)后天車與鋼箱梁后吊點進(jìn)行連接。

第三步：架橋機(jī)前后天車同步縱移，運(yùn)送鋼箱梁縱移過河。

第四步：架橋機(jī)前后天車同步進(jìn)行橫移，鋼箱梁橫移至落梁位置，進(jìn)行落梁就位。具體操作如圖6所示。

圖6 架橋機(jī)移梁與落梁示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Bridge Erecting Machine Moving and Falling Beams

第五步：架橋機(jī)進(jìn)行整體橫移，橫移至下一塊鋼箱梁進(jìn)入架橋機(jī)尾部位置。

第六步：架橋機(jī)主梁整體向后縱移，縱移至架橋機(jī)前天車與鋼箱梁前吊點處于同一鉛垂線處。進(jìn)行上述步驟1～4 進(jìn)行下一片梁板安裝，直至完成左幅鋼箱梁架設(shè)。

第七步：架橋機(jī)整體橫移至右幅，采用上述步驟進(jìn)行右幅鋼箱梁架設(shè)。

第八步：焊接相鄰鋼箱梁塊頂、底板的縱縫，使得單幅鋼箱梁形成一個整體。

首件鋼箱梁現(xiàn)場架設(shè)如圖7所示。

圖7 首件鋼箱梁架設(shè)完成Fig.7 First Piece of Steel Box Girder Erection Completed

6 結(jié)語

針對跨文化遺產(chǎn)河流超大鋼箱梁橋施工時存在的不能在河道及其保護(hù)范圍打樁或安裝臨時支墩的難題，通過將一般用于高架橋梁施工的架橋機(jī)引入地面橋施工，實現(xiàn)了免臨時支架安裝超大鋼箱梁，同時輔以鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計技術(shù)與智能化制造技術(shù)，保證了工程質(zhì)量與施工安全，提高了施工效率，保護(hù)了跨文化遺產(chǎn)運(yùn)河。