魏小強(qiáng),楚興華,陳之,孫壯,李士聰
(1.中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司,廣東 珠海 519000;2.大橫琴股份有限公司,廣東 珠海 519060)
新建蓮花大橋入境匝道采用(2×20 m)+(4×33.5 m)+(32 m+38 m+32 m)連續(xù)組合梁+(2×30 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+40 m 簡(jiǎn)支組合梁+(2×28 m+2×29 m)+(3×30 m)+(25 m+32 m+25 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+(4×23 m)鋼筋混凝土連續(xù)梁,總長(zhǎng)754 m;橋梁上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)寬度為13.75 m,小半徑加寬處寬度為16.7 m。采用獨(dú)柱+蓋梁式橋墩,標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)捥幜⒅捎?.2 m 圓柱;在小半徑加寬處,橫向加寬至2.8 m,蓋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁,樁基采用鉆孔灌注樁。
蓮花大橋入境匝道R2~R9 橋跨鋼箱梁與查驗(yàn)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)、琴海東路改造工程存在上下立體交叉作業(yè),橋梁下部為通關(guān)車輛道路,該聯(lián)采用跨徑組合(2×20 m)+(4×33.5 m)+(32 m+38 m+32 m)+(1×40 m)的連續(xù)鋼箱梁,鋼箱梁底面橫橋向坡度為2%,豎向成橋具有豎曲線,平曲線半徑55 m。由于需要保證24 h 通關(guān),無(wú)法中斷交通,且場(chǎng)地條件受限,大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入施工,無(wú)法采用傳統(tǒng)的吊裝施工[1]。經(jīng)過(guò)討論后,項(xiàng)目確定采用55 m 極限半徑曲線差速頂推施工技術(shù)[2]。
此次頂推單側(cè)最大跨度達(dá)到44.6 m,為滿足頂推需要并盡量減小導(dǎo)梁質(zhì)量,導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為最大跨度的0.7 倍左右,梁型采用變剛度變截面工字梁以減小導(dǎo)梁質(zhì)量,根部為方便與鋼箱梁連接,高度設(shè)計(jì)為2.5 m,采用腹板與鋼箱梁兩側(cè)腹板對(duì)接焊接外貼焊接補(bǔ)強(qiáng)板的形式,下翼板與鋼箱梁底板對(duì)齊連接,上翼板高于鋼箱梁頂板并將腹板一同向縱橋向延伸一定長(zhǎng)度焊接。
轉(zhuǎn)角處采用焊接工藝孔過(guò)度。由于匝道中心半徑R=55 m圓曲線影響,兩側(cè)導(dǎo)梁對(duì)稱布置,導(dǎo)梁內(nèi)外側(cè)設(shè)置半徑為49.3 m 和60.7 m 圓曲線,故內(nèi)導(dǎo)梁中線弧長(zhǎng)小于外導(dǎo)梁中線弧長(zhǎng)。鋼箱梁上下表面分別設(shè)有4%、2%的橫坡,故導(dǎo)梁下翼緣設(shè)計(jì)為與鋼箱梁下表面相應(yīng)2%的橫坡,以方便導(dǎo)梁與鋼箱梁的焊接和頂推設(shè)備的安放和支撐。
本導(dǎo)梁所有節(jié)段和橫梁為新加工,制作時(shí)要求與鋼箱梁一同施工制造,保證相應(yīng)的曲率和板件與桿件的正確連接。導(dǎo)梁截面為工字形,根部導(dǎo)梁局部寬度增加并設(shè)置橫縱加勁肋保證與鋼箱梁之間連接的剛度和強(qiáng)度,翼緣局部加寬與底板對(duì)接。導(dǎo)梁主梁節(jié)段之間采用現(xiàn)場(chǎng)焊接,導(dǎo)梁兩側(cè)分別分為3 個(gè)節(jié)段,導(dǎo)梁質(zhì)量為51 t,最大分節(jié)質(zhì)量5.6 t,最長(zhǎng)節(jié)段長(zhǎng)度為11.03 m。
主要用于鋼箱梁分段后現(xiàn)場(chǎng)逐節(jié)焊接、安裝的平臺(tái),拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)考慮施工工藝、鋼箱梁分段和拼裝需求。工廠化加工,驗(yàn)收合格后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝,拼裝平臺(tái)設(shè)計(jì)主要考慮以下要點(diǎn)。
1)拼裝平臺(tái)布置主要根據(jù)鋼箱梁頂推工藝確定,在R7 至R9 橋墩位置設(shè)置1#和2#拼裝平臺(tái),1#拼裝平臺(tái)總長(zhǎng)約25.4 m,橫向?qū)挾燃s18 m;2#拼裝平臺(tái)總長(zhǎng)約26.7 m,橫向?qū)挾燃s18 m。
2)拼裝平臺(tái)頂面無(wú)坡度為平直,局部根據(jù)墊板調(diào)整適應(yīng)鋼箱梁坡度變化。拼裝平臺(tái)主要由擴(kuò)大基礎(chǔ)、鋼管樁、鋼管樁之間聯(lián)系、樁頂橫向分配梁和縱向分配梁等組成。鋼管樁基礎(chǔ)垂直荷載按鋼箱梁拼裝時(shí)最大支反力、結(jié)構(gòu)自重及受力不均勻設(shè)計(jì)。
3)拼裝平臺(tái)的立柱采用φ609 mm×16 mm 鋼管樁,順橋向最大間距為7.65 m,橫橋向間距為4 m??紤]鋼梁的平曲線影響,拼裝平臺(tái)樁位的布置沿曲線布置。
4)1#拼裝平臺(tái)的平聯(lián)、斜撐均采用C20a 槽鋼;立柱頂面橫橋向布置2 根工63c 型鋼分配梁,其上縱橋向布置18 排貝雷梁作為拼裝承重梁;在縱向分配梁上設(shè)置工25b 型鋼分配梁,其上鋪設(shè)20 mm 厚鋼板,立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 擴(kuò)大基礎(chǔ),地基承載力不小于100 kN。
5)2#拼裝平臺(tái)的平聯(lián)、斜撐均采用C20a 槽鋼。立柱上部結(jié)構(gòu)有兩種,一種是貝雷梁作為拼裝承重梁,一種是工36c 型鋼作為拼裝承重梁。貝雷梁作為拼裝承重梁的拼裝平臺(tái),立柱頂面橫橋向布置2 根工63c 型鋼分配梁,其上縱橋向再布置18 排貝雷梁作為拼裝承重梁;在縱向分配梁上設(shè)置工25b 型鋼分配梁,其上鋪設(shè)面板厚20 mm 鋼板,立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 擴(kuò)大基礎(chǔ),地基承載力不小于100 kN。采用工36c 型鋼作為拼裝承重梁的拼裝平臺(tái),立柱頂面橫橋向布置2 根工63c 型鋼分配梁,其上縱橋向再布置工36c 型鋼作為拼裝承重梁,間距為500 mm,其上鋪設(shè)20 mm 厚鋼板,立柱采用17.8 m×1.8 m×0.5 m 擴(kuò)大基礎(chǔ),地基承載力不小于100 kN,拼裝平臺(tái)布置如圖1 所示。
圖1 拼裝平臺(tái)立面布置圖(單位:mm)
臨時(shí)墩作為頂推施工的承載結(jié)構(gòu),主要承受頂推施工的荷載,平面尺寸需滿足頂推施工設(shè)備安裝及操作需要。臨時(shí)墩主要由樁承臺(tái)基礎(chǔ)、鋼管樁、樁間連接系、樁頂橫向分配梁和縱向分配梁等組成,臨時(shí)墩基礎(chǔ)垂直荷載按鋼箱梁頂推時(shí)最大支反力、臨時(shí)墩自重及受力不均勻情況設(shè)計(jì)。
臨時(shí)墩主要分為整體式和分離式。整體式臨時(shí)墩布置2臺(tái)頂推設(shè)備,分離式臨時(shí)墩布置1 臺(tái)頂推設(shè)備。臨時(shí)墩的樁承臺(tái)基礎(chǔ)與拼裝平臺(tái)相同,立柱為φ609 mm×16 mm 鋼管,順橋向最大間距為3.5 m,橫橋向最大間距為11.4 m。立柱間采用C20a 槽鋼連成整體以保證鋼管穩(wěn)定性,立柱頂面橫向布置2根工63c 型鋼,橫梁上縱向布置5 根HM588 mm×300 mm 型鋼作為頂推承重梁。臨時(shí)墩平面布置圖如圖2 所示。
圖2 臨時(shí)墩平面布置圖(單位:mm)
設(shè)計(jì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)時(shí),為確保高空作業(yè)安全需設(shè)置操作平臺(tái)。操作平臺(tái)設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn):(1)人員通行方便;(2)鋼箱梁拼裝和焊接方便;(3)頂推設(shè)備、泵站和控制線路的安裝、操作、檢查、維護(hù)的方便。
頂推施工時(shí)設(shè)備應(yīng)滿足最大豎向承載力355 t,鋼箱梁順橋向均勻擴(kuò)散長(zhǎng)度不小于600 mm,頂推施工過(guò)程中由鋼箱梁中腹板受力,底板不受力,具有一定的豎向調(diào)節(jié)能力(不小于30 cm)及水平糾偏能力(不小于5 cm)。綜合考慮設(shè)計(jì)、頂推同步性、頂推支撐豎向力及頂推不平衡水平力等要求,結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)形式,施工時(shí)采用步履式平移頂推設(shè)備進(jìn)行施工,全橋共投入18 臺(tái)頂推設(shè)備,其中包括8 臺(tái)400 t 頂推設(shè)備和10 臺(tái)600 t 頂推設(shè)備。
1)步驟一:(1)拼裝平臺(tái)和臨時(shí)墩搭設(shè)完成后,安裝導(dǎo)梁及頂推設(shè)備;(2)在臨時(shí)墩上對(duì)400 t 頂推設(shè)備進(jìn)行調(diào)試,檢查傳感器是否工作正常;(3)檢查各頂推面是否全部脫開(kāi)。
2)步驟二:將第一節(jié)段45.55 m 鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁在拼裝支架和臨時(shí)墩位置焊接成整體。
3)步驟三:將鋼箱梁向前曲線頂推60 m,采用差速頂推,頂推過(guò)程中保證箱梁和導(dǎo)梁腹板始終在頂推設(shè)備縱向中心線±50 mm 范圍內(nèi),每頂推3 個(gè)行程修正一次橫向位置。
4)步驟四:在拼裝支架上拼裝57.35 m 鋼箱梁焊接成整體。
5)步驟五:將鋼箱梁向前曲線頂推60 m,采用差速頂推,頂推過(guò)程中保證箱梁和導(dǎo)梁腹板始終在頂推設(shè)備縱向中心線±50 mm 范圍內(nèi),每頂推3 個(gè)行程修正一次橫向位置。
6)步驟六:在拼裝支架上拼裝60.6 m 鋼箱梁焊接成整體。
7)步驟七:將鋼箱梁向前曲線頂推35 m,采用差速頂推,在8#頂推支架上逐節(jié)拆除導(dǎo)梁,頂推過(guò)程中保證箱梁和導(dǎo)梁腹板始終在頂推設(shè)備縱向中心線±50 mm 范圍內(nèi),每頂推3個(gè)行程修正一次橫向位置。
8)步驟八:在拼裝支架上拼裝38 m 鋼箱梁焊接成整體。
9)步驟九:將鋼箱梁向前曲線頂推到設(shè)計(jì)里程,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)鋼箱梁進(jìn)行橫向糾偏,精確頂推到位后落梁。
為保證頂推施工過(guò)程中箱梁始終保證腹板受力,且箱梁按設(shè)計(jì)線型頂推到位,R2~R9 段箱梁需按曲線進(jìn)行頂推,曲率半徑為55 m。保證箱梁曲線頂推的關(guān)鍵技術(shù)[3]包括以下幾點(diǎn)。
1)導(dǎo)梁中心線曲率半徑設(shè)置為55 m。導(dǎo)梁與箱梁曲率半徑相同,保證箱梁與導(dǎo)梁在頂推過(guò)程中按照相同的曲率進(jìn)行完全頂推,防止導(dǎo)梁上墩時(shí),導(dǎo)梁腹板超出頂推設(shè)備情況。
2)采用差速頂推法。差速頂推即保證箱梁內(nèi)外側(cè)運(yùn)動(dòng)角速度相同,線速度不同,外側(cè)頂推設(shè)備速度與內(nèi)側(cè)頂推設(shè)備速度比為121∶100。
3)橫向糾偏。頂推施工過(guò)程中,當(dāng)箱梁腹板偏離設(shè)計(jì)腹板線型30 mm 時(shí),即對(duì)箱梁進(jìn)行橫向糾偏,保證箱梁腹板始終處于正常的運(yùn)動(dòng)軌跡內(nèi),以保證曲線頂推技術(shù)的順利實(shí)施。
鋼箱梁頂推過(guò)程是結(jié)構(gòu)體系不斷轉(zhuǎn)換的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程中箱梁的整體及局部受力復(fù)雜,在諸多外因與內(nèi)因的共同作用下,不僅使頂推結(jié)果具有不確定性,更使得頂推過(guò)程的危險(xiǎn)性提高,例如,頂推過(guò)程中箱梁的整體姿態(tài)直接影響到頂推施工的平穩(wěn)性以及頂推精度,對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控就是為了消除不確定性,保證施工安全和施工質(zhì)量[4],主要有以下幾點(diǎn):(1)確保頂推過(guò)程中箱梁穩(wěn)定,不會(huì)出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象;(2)確保頂推過(guò)程中箱梁局部受力合理,不會(huì)出現(xiàn)局部變形的現(xiàn)象;(3)確保頂推過(guò)程中支墩受力不超出預(yù)警范圍;(4)監(jiān)控鋼箱梁線型、空間及軸線位置;(5)監(jiān)控頂推過(guò)程中各臨時(shí)墩及支撐位置墊板高度及調(diào)整情況。
橫琴口岸蓮花大橋改造鋼箱梁平曲線半徑55 m,為目前國(guó)際最小半徑鋼箱梁頂推施工,通過(guò)精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、過(guò)程精確控制完成曲線段頂推施工,通過(guò)對(duì)小半徑曲線橋極限半徑鋼箱梁頂推組成部分及“差速頂推”施工工藝介紹,明確施工中注意要點(diǎn)、施工精度控制及監(jiān)控原則并總結(jié)形成了一套完整的小半徑曲線橋極限半徑頂推施工工藝,為今后類似橋梁施工提供借鑒。