劉江波
(中交一航局第二工程有限公司,山東青島 266071)
萬壽橋主橋為下承式鋼管混凝土系桿拱橋,跨越京杭運河Ⅲ級航道(通航凈空60m×7m),主跨跨度大且航道繁忙,采用貝雷桁架作為臨時梁體,承載力受限,且占用航道,先梁后拱施工難以達到要求。為滿足通航條件,主橋采用先拱后梁無支架施工技術,以拱肋作為勁性骨架,優(yōu)化系梁和橫梁預制安裝結構形式,通過調整臨時索力,平衡拱肋的水平推力,達到最終成橋的目的。
萬壽橋主橋全寬為22m,跨徑為85m,矢高為17m,計算矢跨比1/5。全橋共2 片拱肋,呈啞鈴形截面,拱肋鋼管材料為φ900mm×18mm 的Q345D 鋼管,管內壓注C50 自密實補償收縮混凝土。拱肋橫向采用1 道四榀風撐、2 道K 撐連接,風撐采用桁架形式,采用了φ600mm×12mm 的鋼管。系梁為預應力混凝土結構,箱形斷面,跨中高度2.1m,寬度1.5m,頂板、底板、腹板厚度均為0.35m。
中橫梁為預應力混凝土T 形截面,高1.75~1.94m,上緣寬1.3m,中間段肋寬0.6m,端橫梁為預應力混凝土結構,實心斷面,高2.25~2.44m、頂寬3.25m,底寬2.5m,橫梁長均為19.1m。全橋共15 對吊桿,邊吊桿與拱梁交點距離6.8m,其余吊桿縱向間距5.1m,吊桿采用GJ15-22 鋼絞線整束擠壓式拉索體系。
先拱后梁與先梁后拱施工技術特點對比(見表1)。
表1 先拱后梁與先梁后拱施工技術特點對比表
2.2.1 先拱后梁施工技術確定
為保證航道的正常通行,主橋采用先拱后梁無支架施工技術,分級調整臨時索,整體吊裝拱肋,分段預制安裝系梁和橫梁,達到成橋狀態(tài)。先拱后梁施工技術可以保證拱肋吊裝和系梁、橫梁預制同步施工,縮短工期,確保航道正常通行。
2.2.2 整體吊裝拱肋施工技術確定
每片鋼管拱肋劃分為5 段,在工廠加工制作,現(xiàn)場拼裝,整體吊裝焊接,取代現(xiàn)場支架搭設,現(xiàn)場分段安裝焊接。
2.2.3 系梁、橫梁采用預制安裝和現(xiàn)澆濕接段的施工技術
主橋預制系梁一共10 榀,其中A 型6 榀,B 型4榀,系梁通過考慮梁體自重產(chǎn)生的位移變化,設置系梁預拱度,保證系梁成橋后產(chǎn)生的撓度與預拱度抵消。預制中橫梁共13 榀,橫梁通過預埋吊裝結構,采用貝雷架作為反吊結構穩(wěn)定結構。系梁、橫梁采用預制安裝和現(xiàn)澆濕接縫的方式,取代支架現(xiàn)澆混凝土結構,避免支架搭設長期占用航道,確保通航正常[1]。
先拱后梁不同工況下的結構模型詳見圖1。
萬壽橋主橋采用先拱后梁的施工技術,主要施工流程如圖2 所示。
圖2 萬壽橋主橋施工技術流程圖
拱腳現(xiàn)澆段、端橫梁采用鋼管支架和貝雷梁設計,支架底部基礎采用柱下條形基礎。支架鋼管立柱頂部主梁采用雙拼28b#工字鋼,主梁上分布321 貝雷梁作為次梁,次梁上分布12#工字鋼作為分配梁,分配梁上鋪設6cm×8cm 方木,間距20cm,方木密度700kg/m3,底模采用20mm 厚竹膠板,立柱間設置斜撐。
主橋2 根吊桿間距5.1m,采用2 臺150t 起重船進行拱肋吊裝。在拱肋吊裝過程中,吊點對稱設置在拱肋3#/13#、6#/10#上拱肋內側20cm 處,單片拱肋吊裝重量為88.32t。拱肋吊裝時,應選擇在溫度較低時,用起重船起吊拱肋并運行至安裝位置。
該橋共設置1 道四榀風撐和2 道K 型風撐,風撐均采用桁架形式,風撐安裝采用起重船起吊,搭設施工平臺,在橋位處焊接的工藝。為保證風撐安裝的精度,在風撐鋼管對接部位設3 個臨時托架,臨時托架在焊接2 片瓦片鋼板后切除,用小型臨時抱箍將風撐鋼板擠緊、密貼,然后焊接第三片瓦片鋼板,兩側拱肋鋼管與拱腳段對接后,立即安裝風撐,風撐按由跨中向兩側的順序對稱安裝。
成品吊桿由工廠集中加工,運輸至現(xiàn)場。鋼管拱肋吊裝前,在設計要求位置安裝吊桿,吊桿調索表見表2。
表2 吊桿調索表
拱肋采用泵送頂升法灌注,在拱肋鋼管A 外最低點設置壓注孔,通過混凝土自重壓力由下而上填充管腔。所有排氣孔直徑均為10mm,上、下鋼管排氣孔沿拱肋間距5m,左右錯開2m 布置,腹腔排氣孔設置在頂部位置。拱肋壓注混凝土為C50 自密實補償收縮混凝土,其中第一次拱肋灌注混凝土為110.8m3,第二次拱肋混凝土為117.9m3。
拱肋混凝土采用2 臺固定泵車,從兩側拱腳向拱頂對稱泵注頂升,先灌注下鋼管及從拱腳到第一根吊桿之間腹腔混凝土,后灌注上鋼管混凝土。
主橋系梁一共10 榀,采用現(xiàn)場預制施工。其中A型6 榀,規(guī)格為14.3m×1.5m×2.1m,重約84.4t;B 型4 榀,規(guī)格為9.2m×1.5m×2.1m,重約54.6t。系梁安裝采用150t 起重船作業(yè),系桿節(jié)段吊裝順序按先上游側后下游側、先兩側后中間對稱(見圖3)。
圖3 系梁1/2 平面(立面)圖(單位:cm)
3.7.1 橫梁概況
主橋預制中橫梁一共13 榀,每榀中橫梁重約66t。安裝采用一艘150t 起重船和一艘300t 運輸船作業(yè)。依次對稱吊裝順序為:吊裝預制橫梁—濕接縫澆筑—穿預應力鋼束—張拉。
3.7.2 中橫梁吊裝臨時支撐和貝雷架臨時固定方法
安裝前,采用臨時橫撐對兩側系桿進行臨時限位,保證系桿在橫梁安裝過程中穩(wěn)定,臨時橫撐采用φ219mm 鋼管制作,保證系桿穩(wěn)定,采用上下雙層橫撐。
中橫梁吊裝及安裝固定采用貝雷架固定,與橫梁腹板主筋焊接成為整體,同時貝雷架上固定32mm 精軋螺紋鋼,以便后期連接器順利連接。
3.7.3 橫梁安裝工藝
(1)中橫梁吊裝采用一艘150t 起重船和一艘300t運輸船,由運輸船將橫梁運輸?shù)街付ㄎ恢?,利用起重船將中橫梁斜方向提起,再將中橫梁擺正并調整到正確位置。
(2)待中橫梁吊裝位置準確后,與固定在系梁上對應的貝雷架通過32mm 精軋螺紋鋼連接,上下臨時固定螺栓完成中橫梁吊裝。
(3)橫梁固定完成后,進行濕接縫鋼筋綁扎、鋼絞線穿束、模板安裝、混凝土澆筑及張拉壓漿等工序。
現(xiàn)澆橋面板采用吊模法施工,采用2 臺泵車,從拱腳向跨中對稱澆筑。澆筑時,嚴格控制2 臺泵車的澆筑步距和澆筑速率。
萬壽橋下承式鋼管系桿拱橋采用先拱后梁無支架施工,拱肋整體安裝。通過節(jié)段張拉臨時索,逐個吊裝預制系梁和橫梁節(jié)段完成系桿拱主要受力構件安裝。與無支架纜索吊裝法相比,節(jié)省索塔和臨時吊索的費用,克服軟弱地基纜索后錨的技術難題。與傳統(tǒng)的先梁后拱支架法安裝相比,滿足航道通行的凈寬要求。
以鋼管混凝土拱肋作為施工勁性骨架,借助臨時索,節(jié)段調整臨時索力,確保不同工況荷載下的結構穩(wěn)定。系梁施工將每側系梁分為五個節(jié)段,提前設置系梁預拱度,通過吊桿懸掛安裝預制系梁節(jié)段,現(xiàn)澆濕接縫,完成系梁施工。在橫梁施工中,以系梁作為勁性骨架,借助貝雷片吊裝預制橫梁節(jié)段,通過現(xiàn)澆濕接縫完成橫梁施工。系梁和橫梁預制安裝施工技術的成功實施,節(jié)省現(xiàn)澆系梁、橫梁支架搭設費用,系梁、橫梁預制提前施工,與支架現(xiàn)澆施工相比,節(jié)省施工時間[2]。
主橋鋼管拱肋在胎具上拼接,采用起重船整體吊裝施工技術,與傳統(tǒng)的現(xiàn)場搭設支架,節(jié)省支架搭設費用,避免高空作業(yè)焊接拱肋的風險。在鋼管焊接質量方面,與現(xiàn)場焊接相比,鋼管拱肋在胎具上拼裝焊接,確保了鋼管的焊接質量。
在鋼管拱肋整體吊裝施工工況下,通過調整臨時索,分級張拉,在吊桿懸掛系梁和橫梁預制節(jié)段施工工況下,用體外臨時索平衡拱腳水平推力,確保結構穩(wěn)定。在主橋上部結構施工中,隨著節(jié)段荷載的逐級增加,以鋼管混凝土拱肋和臨時索形成柔性受力結構,調整臨時索,達到成橋結構。
萬壽橋主橋為鋼管混凝土下承式系桿拱橋,采用先拱后梁施工技術,與無支架纜索吊裝法和先梁后拱支架法相比,施工速度快,費用低,航道干擾小,降低了橋梁安裝風險。該工程成功實施后,總結了鋼管拱整體吊裝,通過調整臨時索節(jié)段張拉,完成系梁和橫梁預制節(jié)段安裝等實施的經(jīng)驗,提供了一整套成功的創(chuàng)新方法,對類似鋼管混凝土系桿拱先拱后梁無支架施工有很大的參考意義。