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        城市核心區(qū)高架橋梁懸臂拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)

        2023-01-26 14:27:36
        城市道橋與防洪 2022年12期
        關(guān)鍵詞:號塊線形懸臂

        周 浩

        [中交三航第一工程(上海)有限公司,上海市201315]

        0 引 言

        交通是影響一個(gè)城市形成與發(fā)展的必要條件,尤其是對于人流量大、建筑物密集且街道又難于拓寬的城市核心區(qū)而言,良好的道路交通愈發(fā)重要。為避免與城市現(xiàn)有公路、鐵路、軌道等線路平面交叉,高架橋已然成為城市核心區(qū)疏散交通密度、提高通行效率的重要選擇。節(jié)段梁預(yù)制懸臂拼裝施工技術(shù)是將梁體沿縱橋向劃分為若干節(jié)段,在預(yù)制場預(yù)制節(jié)段后運(yùn)送至橋位處,利用起重設(shè)備逐節(jié)段地將預(yù)制塊起吊并安裝就位,然后用環(huán)氧樹脂膠粘劑或混凝土進(jìn)行節(jié)段的接縫處理并施加預(yù)應(yīng)力,使各梁段連成一個(gè)整體的施工方法[1]。該施工方法因具有工效高、作業(yè)面少、施工安全、環(huán)境污染小以及對城市既有道路交通影響小等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于城市高架橋梁的建設(shè)中。

        近年來,節(jié)段梁預(yù)制懸臂拼裝技術(shù)一直是學(xué)界研究的熱點(diǎn),學(xué)者們圍繞該技術(shù)做了大量研究。曹虹等主要闡述了復(fù)雜工況下大跨度連續(xù)梁的懸臂拼裝關(guān)鍵技術(shù),創(chuàng)造性地提出了單T構(gòu)懸臂拼裝工藝[2]。曾雷等通過分析線形控制的計(jì)算公式,提出計(jì)算預(yù)測和3D圖形預(yù)測相結(jié)合的控制線形的方法[3]。魏雪萍等提出基于組合賦權(quán)的灰色聚類綜合評價(jià)模型,用于評價(jià)懸臂拼裝中的安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。這些研究大多圍繞懸臂拼裝施工中的關(guān)鍵技術(shù)以及施工中的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)展開,為本研究提供了豐富的借鑒成果。但該技術(shù)相對復(fù)雜,對具體的施工實(shí)踐要求較高,尤其是針對城市核心區(qū)的施工實(shí)踐研究涉及較少。鑒于此,本文以DASH高架橋項(xiàng)目為背景,針對節(jié)段懸臂拼裝的線形控制、接縫處理、架設(shè)輔助裝置選擇等問題,提出契合城市核心區(qū)建設(shè)要求的施工工藝。

        1 工程概況

        DASH高架橋項(xiàng)目位于馬來西亞雪蘭莪州八打靈再也市,距離吉隆坡市區(qū)20 min車程,是馬來西亞陸路交通局為改善日益增長的車流量所導(dǎo)致的交通擁堵現(xiàn)狀而實(shí)施的重要工程。該項(xiàng)目是在城市現(xiàn)有的三層立交上方加建兩層,共計(jì)七條匝道的大型互通立交,最終完成五層六向二十條道路的地標(biāo)性大型互通立交。線路總長度為4.1 km。A和D匝道主跨均采用預(yù)制箱梁懸臂拼裝結(jié)構(gòu),見圖1。

        圖1 全橋梁段示意圖

        圖2 A匝道預(yù)制箱梁標(biāo)準(zhǔn)塊段三維圖

        2 拼裝線形控制

        箱梁施工空間線形和姿態(tài)控制的重點(diǎn)在于節(jié)段預(yù)制的精度及未預(yù)制梁段的糾偏,由于預(yù)制和拼裝的誤差使得已安裝節(jié)段實(shí)際空間線形和姿態(tài)與設(shè)計(jì)存在一定偏差。因此,應(yīng)對已架梁段的實(shí)際坐標(biāo)及高程進(jìn)行測量,然后結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算,通過對未預(yù)制節(jié)段修正使箱梁空間線形和姿態(tài)得到有效控制。

        2.1 控制點(diǎn)的布置及應(yīng)用

        在實(shí)際施工過程中,為有效測量待澆梁段并匹配梁段的平面位置和高程,每一預(yù)制梁段均須設(shè)置6個(gè)控制測觀測點(diǎn),其中4個(gè)為高程控制點(diǎn),2個(gè)為中軸線控制點(diǎn)。沿節(jié)段中心線的2個(gè)測點(diǎn)(FH,BH)用來控制節(jié)段平面位置,而沿橫橋方向設(shè)置的4個(gè)測點(diǎn)(FL,F(xiàn)B,BL,BR)用以控制節(jié)段高程,見圖3。在節(jié)段預(yù)制時(shí),需要將絕對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成預(yù)制場局部坐標(biāo),通過預(yù)埋的控制點(diǎn)形成左、中、右3條控制線,在安裝過程中也利用這3條控制線來實(shí)際控制橋梁成橋后的橫坡、中線偏位、高程等相關(guān)施工參數(shù)。

        圖3 測量控制點(diǎn)布置圖

        2.2 節(jié)段誤差的修正方法

        在實(shí)際施工過程中,平面和高程的誤差可以通過實(shí)際計(jì)算,由下一個(gè)即將預(yù)制的節(jié)段進(jìn)行糾偏,具體糾偏方法可采取三次樣條曲線法修正,通過1、2、i、k等節(jié)點(diǎn)模擬出一條理論三次樣條曲線,并保證邊界節(jié)點(diǎn)和理論控制線有相同的切線斜率,用修正后的三次樣條曲線進(jìn)行替代,修正夾角β1得到改善后的β1′,但是任何糾偏都不允許超過規(guī)范要求的βmax,如果超過則證明一個(gè)節(jié)段無法完全達(dá)到糾偏目的,需要通過后續(xù)幾個(gè)節(jié)段進(jìn)行平差來解決該問題,見圖4。

        圖4 平面誤差控制示意圖

        節(jié)段懸臂拼裝幾何控制的過程就是檢驗(yàn)預(yù)制幾何控制精度的過程,主要通過試拼、測量、驗(yàn)證等方法檢測,必要時(shí)采取糾偏措施以保證目標(biāo)線形的順利實(shí)現(xiàn)。

        3 接縫類型的比選

        通常,預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁不同部位有不同的接縫類型,0號塊和1號塊之間采用鋼筋混凝土濕接縫,其他節(jié)段之間采用干或者膠接縫,見圖5。

        圖5 三種常用接縫類型圖

        0號塊和1號塊之間采用鋼筋混凝土濕接縫已經(jīng)成為行業(yè)共識,但是節(jié)段之間采用干接縫還是膠接縫至今仍存在相當(dāng)大的爭議,兩種接縫從設(shè)計(jì)角度來講都是滿足要求的。但是在《AASHTO GSCB for the Design and Construction of Segemental Concrete Bridge》規(guī)定,干接縫嚴(yán)禁用于滲水可能產(chǎn)生凍漲的位置。此外,該規(guī)范的規(guī)定僅允許在帶有體外預(yù)應(yīng)力鋼束的結(jié)構(gòu)中使用干接縫,因?yàn)樵诖┻^接縫的位置存在滲水腐蝕內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼束的風(fēng)險(xiǎn)。相較于膠接縫,干接縫可以節(jié)約環(huán)氧樹脂材料和臨時(shí)張拉設(shè)備的成本,也不受天氣和溫度的限制,從而節(jié)約工期。膠接縫的使用有助于預(yù)制節(jié)段的對齊,還可以填充小空隙,從而消除應(yīng)力集中位置的高接觸壓力。內(nèi)部有預(yù)應(yīng)力鋼束的橋梁應(yīng)當(dāng)使用膠接縫,以保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼束不受水和其他腐蝕劑的侵入,從而提高橋梁的耐久性。

        綜合考慮馬來西亞常年高溫多雨的氣候條件以及落水管在內(nèi)部的橋梁結(jié)構(gòu),為防止可能出現(xiàn)的滲水導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束被銹蝕對橋梁整體耐久性的影響,DASH高架橋項(xiàng)目采用組合剪力鍵+AB混合型環(huán)氧樹脂的接縫處理,并在施工過程中采用精軋螺紋鋼施加臨時(shí)預(yù)應(yīng)力。

        4 懸臂拼裝設(shè)備創(chuàng)新

        DASH高架橋項(xiàng)目地處城市核心區(qū),施工作業(yè)需要在多條既有道路的上方進(jìn)行,但每天僅有3~4 h的封路時(shí)間,導(dǎo)致有效施工時(shí)間大大受限。地面可作業(yè)范圍內(nèi)管線眾多,嚴(yán)重影響了大型設(shè)備的停放位置,無法采用滿堂支架或?qū)S眉軜驒C(jī)進(jìn)行施工。綜合考慮施工安全、環(huán)境保護(hù)等問題,項(xiàng)目開發(fā)了一種原理類似于現(xiàn)澆連續(xù)梁掛籃的可前后、左右、上下六坐標(biāo)制動的吊裝輔助裝置,來實(shí)現(xiàn)1號節(jié)段懸空精調(diào)、固定、濕接縫三位一體施工,見圖6、圖7。該吊裝輔助裝置的應(yīng)用既減少了大型汽車吊使用臺班數(shù),又降低了對城市既有道路交通的影響,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

        圖6 吊裝輔助裝置示意圖

        圖7 吊裝輔助裝置現(xiàn)場安裝圖

        加之上文所述預(yù)制、安裝線形控制的重要性,可以看出后續(xù)匹配梁段的安裝累計(jì)誤差大小及合攏精度很大程度上取決于1號塊吊裝的精度,而不管是汽車吊或者專用架橋機(jī)都很難實(shí)現(xiàn)六向毫米級誤差精調(diào)及固定。

        肝腎生理功能失調(diào)還可導(dǎo)致多種內(nèi)分泌問題,如腎精不足,小兒會出現(xiàn)生長發(fā)育遲緩、身材矮小、智力低下、骨骼痿軟等。對成人來說,腎陽虛衰常見男子陽痿、早泄、滑精,女子宮寒不孕;腎陰虧虛可導(dǎo)致女子月經(jīng)失調(diào),男子陽強(qiáng)易舉、遺精等。若肝的疏泄失常,可出現(xiàn)精神抑郁、煩躁、頸部癭瘤,女性月經(jīng)不調(diào)、乳房脹痛等癥狀,多見于甲狀腺疾病、乳腺增生、更年期綜合征等內(nèi)分泌疾病。

        4.1 吊裝輔助裝置的使用原理

        采用吊裝輔助裝置吊裝1號塊,不僅可以提高1號塊吊裝的精度,也可以消除現(xiàn)澆0號塊和預(yù)制1號塊之間的誤差,為后續(xù)匹配梁段安裝精度提供有力保證。通過汽車吊吊裝及吊裝輔助裝置上千斤頂和伸縮桿的相互配合,可將塊段吊裝在正確位置并加以固定??s減了大型吊裝設(shè)備在現(xiàn)場的停放時(shí)間,避免因長時(shí)間停放大型設(shè)備導(dǎo)致的交通擁堵。

        吊裝輔助裝置的精確定位主要通過橫向伸縮桿和豎向千斤頂來實(shí)現(xiàn)(見圖8、圖9)。總體順序是:粗調(diào)橫向位置→精調(diào)豎向位置→再精調(diào)橫向位置,最終實(shí)現(xiàn)塊段的精確定位。在正式吊裝前,先將水平伸縮桿調(diào)節(jié)到預(yù)定位置,塊段起吊到適當(dāng)位置時(shí),通過豎向精軋螺紋鋼將塊段與吊梁連接。伸縮桿的可調(diào)節(jié)范圍為0~23 cm,精調(diào)范圍為0~4 cm。

        圖8 橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(單位:mm)

        圖9 豎向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

        4.2 1號塊吊裝施工步驟

        步驟一:現(xiàn)澆0號塊在澆筑混凝土之前,在圖紙指定位置預(yù)留吊裝輔助裝置后錨固精軋螺紋鋼套管。根據(jù)線形控制需要,在順橋向中軸線兩側(cè)各埋置2根套管,預(yù)埋套管孔徑一般為精軋螺紋鋼直徑的3 d,以便于安裝吊裝輔助裝置時(shí)對平面位置進(jìn)行微調(diào)。

        步驟二:0號塊澆筑完成后,將事先拼裝好的吊裝輔助裝置整體提吊至0號塊上,并將鋼墊片安裝就位。鋼墊片為箱型加筋結(jié)構(gòu),上下留8個(gè)橢圓孔,目的是為調(diào)節(jié)鋼墊片與0號塊預(yù)埋螺栓及鋼墊片與吊梁主體的連接位置,吊梁至準(zhǔn)確位置。

        步驟三:1號塊在預(yù)制時(shí)應(yīng)在梁頂預(yù)留鋼吊架的預(yù)埋孔。將1號塊從預(yù)制場運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后,通過汽車吊先在梁頂安裝鋼吊架,所有準(zhǔn)備工作完備后,通過汽車吊將1號塊喂送至吊裝輔助裝置的懸臂下方約半米處,工人利用10 t手拉葫蘆進(jìn)行橫坡粗調(diào),然后將吊裝輔助裝置懸臂處下吊的4根精軋螺紋鋼與1號塊梁頂?shù)匿摰跫苓B接鎖緊,此時(shí)1號塊和梁墩形成受力體系轉(zhuǎn)換,汽車吊可以緩緩降低吊重直至最后松鉤。同理,平衡反吊另一側(cè)的1號塊,形成平衡重。吊裝正視、斷面見圖10、圖11。

        圖10 吊裝正視圖(單位:mm)

        圖11 吊裝斷面圖(單位:mm)

        步驟四:考慮到封路時(shí)間限制,一般在當(dāng)天晚上完成吊裝后即立刻解除封路,減少對現(xiàn)有交通的影響。夜間施工也不利于1號塊的精確對位,一般在次日白天安排專人進(jìn)行精調(diào)。通過水平伸縮桿拉緊到設(shè)計(jì)位置,保證0號塊與1號塊之間的濕接縫寬度在150~200 mm之間。匝道橋處于緩和曲線處,既有縱坡又有橫坡,塊段橫縱坡通過吊裝輔助裝置上不同點(diǎn)位的液壓千斤頂調(diào)節(jié)精軋螺紋鋼來實(shí)現(xiàn)塊段空間扭曲,從而將塊段的橫縱坡調(diào)整到設(shè)計(jì)要求。由于調(diào)節(jié)了塊段的橫縱坡,濕接縫的寬度會隨著橫縱坡的調(diào)整而產(chǎn)生細(xì)微偏位,此時(shí)可通過再次微調(diào)橫向伸縮桿將塊段調(diào)整到位。最后張拉2根頂部、2根底部精軋螺紋鋼,張拉力分別為65 t、35 t。

        步驟五:立模板,澆筑濕澆帶混凝土,養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

        步驟六:待濕澆帶混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,對預(yù)應(yīng)力鋼束放張及張拉,放張、張拉要注意先后順序,逐個(gè)、分階段進(jìn)行放張、張拉。

        預(yù)應(yīng)力張拉順序見表1。

        表1 預(yù)應(yīng)力張拉順序

        5 結(jié)語

        本文分析了DASH高架橋項(xiàng)目箱梁節(jié)段拼裝過程中的施工重難點(diǎn),并圍繞線形控制、接縫選型、機(jī)械吊籃使用等方面展開重點(diǎn)研究,通過理論計(jì)劃、BIM建模、有限元分析法得出以下結(jié)論:

        (1)位于緩和曲線段的小曲率半徑的箱梁節(jié)段拼裝,借助三次樣條曲線法和調(diào)整0號塊與1號塊之間的濕接縫寬度,可以達(dá)到很好的糾偏效果。

        (2)東南亞高溫多雨的氣候條件下,應(yīng)該使用環(huán)氧樹脂形式的膠接縫,剪力鍵與結(jié)構(gòu)本體一起澆筑,既可以提高接縫的抗剪能力,又有利于懸拼過程中的對齊。在施工過程中,結(jié)構(gòu)在靜力系統(tǒng)、支承、荷載和體外預(yù)應(yīng)力大小等方面會發(fā)生變化;在恒載和活載下,整個(gè)截面保持不壓縮。

        (3)相較于常規(guī)的架設(shè)方案,該項(xiàng)目六向坐標(biāo)靈活調(diào)節(jié)的新型吊裝輔助裝置更加契合城市核心區(qū)的施工需求,既有助于線形控制,又大大降低了既有道路交通對施工作業(yè)的限制,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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