李保明

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司 陜西西安 710024)

1 引言

由于匝道橋曲線半徑小，縱橫向坡比大，墩柱蓋梁呈扇形排列，橋面寬度較窄，施工條件復(fù)雜、難度極大，普通架橋機僅有3個柱能夠落在橋面上，另一個柱出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工安全。處于匝道上大跨度、小曲線、大坡度的橋梁按常規(guī)設(shè)計和架設(shè)施工工藝是不可能完成的[1]，一般采用現(xiàn)澆箱梁方案[2]。本文介紹的互通匝道橋地處山區(qū)，位于喀斯特地貌區(qū)域，橋墩較高，地勢惡劣，現(xiàn)澆施工安全風(fēng)險極高，設(shè)計采用T梁預(yù)制架設(shè)方案[3]。國內(nèi)公開的架設(shè)技術(shù)有雙導(dǎo)梁斜拼正架法[4]，但需重新對架橋機進(jìn)行特殊設(shè)計和復(fù)雜改造[5]，經(jīng)濟(jì)適用性較差；若采用吊車吊裝方案，受既有公路和山谷高墩影響，安全風(fēng)險大，施工成本極高[6]。本文介紹了一種采用DJ180架橋機局部改造進(jìn)行T梁架設(shè)的簡易方法。

2 工程概況

某高速公路橋位處地貌屬構(gòu)造剝蝕作用形成的侵蝕深切中山地貌，設(shè)雙T型樞紐互通與既有高速公路銜接，實現(xiàn)“高接高”交通轉(zhuǎn)換。該工程一匝道橋上跨既有高速公路，跨高速區(qū)段橋跨布置形式為(26.5＋39＋26.5)m連續(xù)梁，采用“先簡支、后連續(xù)”方案施工，簡支梁采用架橋機架設(shè)。橋位處曲線半徑120 m，線路縱坡3.7%，最大橫坡6%，墩高約70 m，處于小半徑曲線段，屬小半徑大橫縱坡坡架梁作業(yè)。

橋梁橫向布設(shè)5片T梁，橋面寬度10.5 m，依次架設(shè)后澆筑濕接縫形成整體。同一孔內(nèi)T梁為平行布置，受小半徑曲線影響，上部結(jié)構(gòu)T梁采用不等梁長的直梁預(yù)制方式[7]，主跨外邊梁長度40.8 m，內(nèi)邊梁長度37.5 m，長度差3.3 m。

3 運架設(shè)備

3.1 架橋機架設(shè)存在的問題及其改造

匝道橋T梁單片自重約135 t，采用曲線適應(yīng)能力較強的DJ180架橋機[8]，該架橋機適應(yīng)最大跨度40 m，最大縱坡3%，最小曲線半徑350 m，結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 架橋機結(jié)構(gòu)示意

3.1.1 120 m小半徑曲線過孔架梁存在的問題

利用結(jié)構(gòu)計算軟件對過孔及架梁過程各個工況架橋機與橋墩、梁面的相對位置關(guān)系進(jìn)行模擬，存在以下問題:

(1)由于小曲線影響，蓋梁呈扇形排列且角度大，架橋機過孔時前方蓋梁與后端蓋梁相比水平旋轉(zhuǎn)了18.8°，架橋機0號柱無法正常支撐在蓋梁前端；喂梁過程中待架設(shè)T梁與架橋機2號柱夾角較大，無法通過2號柱內(nèi)部空間；3號柱與待架設(shè)梁體存在空間干擾，無法完成運梁車喂梁作業(yè)。

(2)每孔梁片呈折線布置，架橋機橫移對位梁片時架橋機主梁與柱體軌道夾角會產(chǎn)生較大變化，造成1號柱傾斜，無法安全橫移就位。

(3)邊梁一次落梁就位工況架橋機重心已偏出支撐梁支點外，架橋機有傾覆風(fēng)險。

(4)架設(shè)方向為3.7%大上坡，超出架橋機適應(yīng)坡度。

3.1.2 架橋機改造

針對上述問題，需對架橋機結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改造，方可完成小半徑大縱橫坡匝道橋架設(shè)。

(1)0號柱在原來升降和前后翻轉(zhuǎn)功能的基礎(chǔ)上增加水平旋轉(zhuǎn)功能，0號柱旋轉(zhuǎn)18.8°后可以與蓋梁平行，保證安全支撐在蓋梁前端，適應(yīng)小曲線工況。

(2)將1號柱由原高度3.4 m節(jié)切割為2.8 m＋0.65 m，增加0.5 m加高節(jié)，增大1號柱縱坡調(diào)節(jié)能力，滿足大縱坡＋高低蓋梁的過孔通過性要求。

(3)將2號柱喂梁空間由原來的3 m加寬到4 m，同時將主梁橫向行程加大，滿足小曲線喂梁2號柱通過性要求。

(4)3號柱在原來具備升降、橫移功能的基礎(chǔ)上增加翻轉(zhuǎn)功能，在喂梁時將3號柱向后翻轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)避免與待架設(shè)梁體干涉，3號柱翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 3號柱水平翻轉(zhuǎn)示意

(5)為1、2號柱增加獨立驅(qū)動裝置，使架橋機在重載吊梁工況下可調(diào)整1號柱垂直度，解決橫移就位時1號柱傾斜問題。

(6)定制2號柱加強型橫移軌道，增大軌道剛度；在軌道上增加梁面錨固裝置，邊梁架設(shè)工況，將曲線內(nèi)側(cè)軌道與梁面采用精軋螺紋鋼有效錨固，防止架橋機傾覆[9]，解決了小曲線邊梁一次落梁就位問題。加強軌道及錨固系統(tǒng)見圖3。

圖3 加強軌道及錨固系統(tǒng)

改造后的架橋機滿足最小曲線半徑80 m、跨度40 m、縱坡5%情況下梁片一次落梁到位。具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安全可靠、一機多用、自動化程度高、運輸方便、自由度高、曲線和坡度適應(yīng)能力強的特點，整機功能見圖4。

圖4 整機功能示意

3.2 運梁車小曲線運梁

3.2.1 運梁車概況

本工程采用輪胎運梁車[10]，橫坡適應(yīng)能力2%，最大轉(zhuǎn)向角13°，無法滿足6%大橫坡安全運梁要求。

3.2.2 大橫坡運梁適應(yīng)性調(diào)整

采取運梁線路墊沙找平的方法，將運梁通道橫坡調(diào)整到2%以內(nèi)，解決大橫坡運梁難題，見圖5。

圖5 墊沙調(diào)整運梁橫坡

3.2.3 小半徑運梁通過性模擬實驗

通過小曲線通過性模擬，運輸跨度40 m梁在40 m跨度120 m半徑曲線上運行，運梁車托盤最大旋轉(zhuǎn)角度為10.25°，滿足小曲線運梁轉(zhuǎn)向要求。

4 架橋機過孔架梁關(guān)鍵技術(shù)

因本橋主跨跨度大，小半徑曲線對架橋機過孔架梁的影響更為明顯，且上跨既有運營公路，安全風(fēng)險更高[11]，下面以主跨架設(shè)為例進(jìn)行運架梁關(guān)鍵技術(shù)介紹。

4.1 架橋機變跨過孔關(guān)鍵技術(shù)

(1)主梁水平旋轉(zhuǎn)，保證0號柱支撐在蓋梁前端

當(dāng)架橋機過孔中主梁前移懸臂40 m時，受小曲線影響，0號柱與2號蓋梁中部水平距離為12.7 m(見圖6)，旋轉(zhuǎn)主梁，滿足0號柱支撐在蓋梁中部。

圖6 小曲線主梁過孔到位狀態(tài)(單位:m)

為提高架橋機過孔懸臂平衡狀態(tài)的安全系數(shù)，將前后天車行駛到架橋機尾部配重。操作如下:1號柱向右、2號柱向左交替橫移；旋轉(zhuǎn)主梁，使0號柱到達(dá)2號墩蓋梁中間位置。在0號柱到達(dá)蓋梁前旋轉(zhuǎn)主梁，提高主梁旋轉(zhuǎn)時前后平衡系數(shù)；觀察并調(diào)整1號柱垂直度，保證旋轉(zhuǎn)過程中各柱穩(wěn)定。

(2)1號柱水平旋轉(zhuǎn)技術(shù)

受小曲線橋墩水平方向扇形布置影響，架橋過孔過程中1號柱過孔后軌道要支撐在前方蓋梁，柱體需水平旋轉(zhuǎn)18.8°，在曲梁和1號柱上橫梁安裝小型旋轉(zhuǎn)油缸，完成1號柱及軌道的精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)。

(3)2號柱二次前移減少架橋機懸臂量

為減少外邊梁就位時架橋機向外側(cè)橫移量，過孔作業(yè)中將2號柱進(jìn)行二次前移。即在常規(guī)過孔完成后將2號柱二次前移到已架梁端支撐，減少架橋機向外側(cè)橫移量，提高整機安全系數(shù)。操作如下:架橋機正常過孔完成；收起3號柱，1、2號柱驅(qū)動主梁前移，直到3號柱到達(dá)2號柱尾部；支撐3號柱并前后拉錨固定，收2號柱前移到前軌道中心距離梁端500 mm處，支撐2號柱；1、2號柱曲梁驅(qū)動主梁向后移動約14 m，鎖定2號柱與曲梁銷軸。

4.2 架橋機小曲線架梁關(guān)鍵技術(shù)

(1)小曲線喂梁技術(shù)

120 m小曲線工況下運梁車運輸40 m梁喂梁時，運輸梁片與架橋機主梁形成較大夾角，3號柱與運梁車干涉，無法順利喂梁。為解決喂梁問題，采取以下措施:

①通過1號柱、2號柱橫向反向移動，旋轉(zhuǎn)架橋機主梁，盡量減少架橋機主梁與待架設(shè)T梁的夾角，減少喂梁難度。

②將架橋機3號柱改造為可向后翻轉(zhuǎn)，使3號柱與主梁平行，為運梁車讓出空間，滿足喂梁通過條件。此時前行車懸臂吊梁，后行車在運梁車與前行車同步喂梁通過3號柱后，向下翻轉(zhuǎn)并支撐3號柱滿足吊梁。

(2)曲線外邊梁架設(shè)一次橫移就位技術(shù)

120 m小曲線外邊梁架設(shè)要滿足架橋機一次橫移就位，架橋機重心已超出已架設(shè)邊梁支點中心，架橋機會發(fā)生傾覆事故。采用以下措施:

①設(shè)計加強型軌道

架橋機原設(shè)計軌道滿足2號柱輪組到支點懸臂最大量1 m，小曲線架梁工況2號柱輪組到支點懸臂量達(dá)到1.8 m，軌道強度無法滿足要求。重新設(shè)計加強型軌道替換原軌道，解決架橋機邊梁懸臂時軌道剛度不足問題。

②2號柱軌道與梁體錨固

在梁體預(yù)制過程中預(yù)埋精軋螺紋鋼，邊梁架設(shè)前用螺紋鋼將架橋機加強型軌道與已架設(shè)梁體錨固，此時架橋機可以將曲線外側(cè)邊梁一次橫移就位，不會發(fā)生架橋機傾覆事故。

③手拉葫蘆錨固

喂梁完成后，2號柱橫移油缸移動主梁到曲線內(nèi)側(cè)，架橋機整機橫移到曲線外側(cè)輪組距離外邊梁支點中心1.8 m位置，將2號柱與已架設(shè)4～3號墩內(nèi)側(cè)梁片采用2個10 t手拉葫蘆錨固為整體，增加安全性，將軌道錨固后架橋機橫移油缸推動主梁及待架設(shè)T梁橫移就位。

曲線外側(cè)邊梁就位時2號柱狀態(tài)見圖7。

圖7 邊梁就位2號柱示意

采取以上措施可安全實現(xiàn)120 m曲線邊梁架設(shè)一次就位。架橋機架設(shè)完成曲線外側(cè)邊梁架橋機狀態(tài)見圖8。

圖8 邊梁就位狀態(tài)俯視圖

5 結(jié)語

結(jié)合喀斯特地貌條件下高橋墩、大跨度、小半徑、大橫坡、大縱坡、橋面窄、變跨工況匝道橋上跨既有高速公路T梁建造工況，在不具備吊車吊裝和現(xiàn)澆作業(yè)的條件下，研究了采用DJ180架橋機設(shè)備改造(包括:0號柱增加水平旋轉(zhuǎn)功能、1號柱增加調(diào)整節(jié)、2號柱加寬、3號柱增加翻轉(zhuǎn)功能、曲梁增加獨立驅(qū)動系統(tǒng)等)、設(shè)計架橋機加強型軌道與梁面錨固、對架橋機過孔工藝優(yōu)化、對架橋機架梁采用多項技術(shù)措施等，克服了多個不利因素的復(fù)雜架梁工況，于2022年5月安全、順利完成匝道互通工程建造任務(wù)。

改制的DJ180架橋機具有整機占用寬度窄、改造簡單、自由度高、工藝簡潔、安全可靠、投入少的特點，可架設(shè)最小曲線半徑80 m工況下跨度40 m T梁及最小曲線半徑60 m工況下跨度30 m T梁，突破了現(xiàn)有架梁技術(shù)的極限，實現(xiàn)了低成本安全高效的匝道梁架設(shè)，為后續(xù)高橋墩小半徑大坡度匝道橋的設(shè)計和建造技術(shù)提供了借鑒和參考。