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        鋼管混凝土系桿拱橋先拱后梁施工技術(shù)研究

        2023-11-21 09:17:58劉江波
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2023年23期
        關(guān)鍵詞:系梁主橋吊桿

        劉江波

        (中交一航局第二工程有限公司,山東青島 266071)

        0 引言

        萬(wàn)壽橋主橋?yàn)橄鲁惺戒摴芑炷料禇U拱橋,跨越京杭運(yùn)河Ⅲ級(jí)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(shí)梁體,承載力受限,且占用航道,先梁后拱施工難以達(dá)到要求。為滿足通航條件,主橋采用先拱后梁無(wú)支架施工技術(shù),以拱肋作為勁性骨架,優(yōu)化系梁和橫梁預(yù)制安裝結(jié)構(gòu)形式,通過(guò)調(diào)整臨時(shí)索力,平衡拱肋的水平推力,達(dá)到最終成橋的目的。

        1 工程概況

        萬(wàn)壽橋主橋全寬為22m,跨徑為85m,矢高為17m,計(jì)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(nèi)壓注C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。拱肋橫向采用1 道四榀風(fēng)撐、2 道K 撐連接,風(fēng)撐采用桁架形式,采用了φ600mm×12mm 的鋼管。系梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),實(shí)心斷面,高2.25~2.44m、頂寬3.25m,底寬2.5m,橫梁長(zhǎng)均為19.1m。全橋共15 對(duì)吊桿,邊吊桿與拱梁交點(diǎn)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。

        2 總體方案分析

        2.1 施工技術(shù)特點(diǎn)的比選

        先拱后梁與先梁后拱施工技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比(見(jiàn)表1)。

        表1 先拱后梁與先梁后拱施工技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比表

        2.2 方案確定

        2.2.1 先拱后梁施工技術(shù)確定

        為保證航道的正常通行,主橋采用先拱后梁無(wú)支架施工技術(shù),分級(jí)調(diào)整臨時(shí)索,整體吊裝拱肋,分段預(yù)制安裝系梁和橫梁,達(dá)到成橋狀態(tài)。先拱后梁施工技術(shù)可以保證拱肋吊裝和系梁、橫梁預(yù)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(shù)確定

        每片鋼管拱肋劃分為5 段,在工廠加工制作,現(xiàn)場(chǎng)拼裝,整體吊裝焊接,取代現(xiàn)場(chǎng)支架搭設(shè),現(xiàn)場(chǎng)分段安裝焊接。

        2.2.3 系梁、橫梁采用預(yù)制安裝和現(xiàn)澆濕接段的施工技術(shù)

        主橋預(yù)制系梁一共10 榀,其中A 型6 榀,B 型4榀,系梁通過(guò)考慮梁體自重產(chǎn)生的位移變化,設(shè)置系梁預(yù)拱度,保證系梁成橋后產(chǎn)生的撓度與預(yù)拱度抵消。預(yù)制中橫梁共13 榀,橫梁通過(guò)預(yù)埋吊裝結(jié)構(gòu),采用貝雷架作為反吊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。系梁、橫梁采用預(yù)制安裝和現(xiàn)澆濕接縫的方式,取代支架現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),避免支架搭設(shè)長(zhǎng)期占用航道,確保通航正常[1]。

        2.3 先拱后梁不同工況下的結(jié)構(gòu)模型

        先拱后梁不同工況下的結(jié)構(gòu)模型詳見(jiàn)圖1。

        3 主要施工技術(shù)

        3.1 主橋施工流程圖

        萬(wàn)壽橋主橋采用先拱后梁的施工技術(shù),主要施工流程如圖2 所示。

        圖2 萬(wàn)壽橋主橋施工技術(shù)流程圖

        3.2 拱腳、端橫梁施工

        拱腳現(xiàn)澆段、端橫梁采用鋼管支架和貝雷梁設(shè)計(jì),支架底部基礎(chǔ)采用柱下條形基礎(chǔ)。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(shè)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(shè)置斜撐。

        3.3 鋼管拱肋、風(fēng)撐安裝

        主橋2 根吊桿間距5.1m,采用2 臺(tái)150t 起重船進(jìn)行拱肋吊裝。在拱肋吊裝過(guò)程中,吊點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置在拱肋3#/13#、6#/10#上拱肋內(nèi)側(cè)20cm 處,單片拱肋吊裝重量為88.32t。拱肋吊裝時(shí),應(yīng)選擇在溫度較低時(shí),用起重船起吊拱肋并運(yùn)行至安裝位置。

        該橋共設(shè)置1 道四榀風(fēng)撐和2 道K 型風(fēng)撐,風(fēng)撐均采用桁架形式,風(fēng)撐安裝采用起重船起吊,搭設(shè)施工平臺(tái),在橋位處焊接的工藝。為保證風(fēng)撐安裝的精度,在風(fēng)撐鋼管對(duì)接部位設(shè)3 個(gè)臨時(shí)托架,臨時(shí)托架在焊接2 片瓦片鋼板后切除,用小型臨時(shí)抱箍將風(fēng)撐鋼板擠緊、密貼,然后焊接第三片瓦片鋼板,兩側(cè)拱肋鋼管與拱腳段對(duì)接后,立即安裝風(fēng)撐,風(fēng)撐按由跨中向兩側(cè)的順序?qū)ΨQ安裝。

        3.4 吊桿安裝

        成品吊桿由工廠集中加工,運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。鋼管拱肋吊裝前,在設(shè)計(jì)要求位置安裝吊桿,吊桿調(diào)索表見(jiàn)表2。

        表2 吊桿調(diào)索表

        3.5 拱肋鋼管混凝土灌注

        拱肋采用泵送頂升法灌注,在拱肋鋼管A 外最低點(diǎn)設(shè)置壓注孔,通過(guò)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(cuò)開(kāi)2m 布置,腹腔排氣孔設(shè)置在頂部位置。拱肋壓注混凝土為C50 自密實(shí)補(bǔ)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(tái)固定泵車,從兩側(cè)拱腳向拱頂對(duì)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。

        3.6 系梁施工

        主橋系梁一共10 榀,采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)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(cè)后下游側(cè)、先兩側(cè)后中間對(duì)稱(見(jiàn)圖3)。

        圖3 系梁1/2 平面(立面)圖(單位:cm)

        3.7 橫梁施工

        3.7.1 橫梁概況

        主橋預(yù)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(yùn)輸船作業(yè)。依次對(duì)稱吊裝順序?yàn)椋旱跹b預(yù)制橫梁—濕接縫澆筑—穿預(yù)應(yīng)力鋼束—張拉。

        3.7.2 中橫梁吊裝臨時(shí)支撐和貝雷架臨時(shí)固定方法

        安裝前,采用臨時(shí)橫撐對(duì)兩側(cè)系桿進(jìn)行臨時(shí)限位,保證系桿在橫梁安裝過(guò)程中穩(wěn)定,臨時(shí)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(shí)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(yùn)輸船,由運(yùn)輸船將橫梁運(yùn)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(diào)整到正確位置。

        (2)待中橫梁吊裝位置準(zhǔn)確后,與固定在系梁上對(duì)應(yīng)的貝雷架通過(guò)32mm 精軋螺紋鋼連接,上下臨時(shí)固定螺栓完成中橫梁吊裝。

        (3)橫梁固定完成后,進(jìn)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。

        3.8 現(xiàn)澆橋面板施工

        現(xiàn)澆橋面板采用吊模法施工,采用2 臺(tái)泵車,從拱腳向跨中對(duì)稱澆筑。澆筑時(shí),嚴(yán)格控制2 臺(tái)泵車的澆筑步距和澆筑速率。

        4 主要的創(chuàng)新施工技術(shù)應(yīng)用

        4.1 先梁后拱優(yōu)化為先拱后梁施工技術(shù)

        萬(wàn)壽橋下承式鋼管系桿拱橋采用先拱后梁無(wú)支架施工,拱肋整體安裝。通過(guò)節(jié)段張拉臨時(shí)索,逐個(gè)吊裝預(yù)制系梁和橫梁節(jié)段完成系桿拱主要受力構(gòu)件安裝。與無(wú)支架纜索吊裝法相比,節(jié)省索塔和臨時(shí)吊索的費(fèi)用,克服軟弱地基纜索后錨的技術(shù)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。

        4.2 系梁、橫梁支架現(xiàn)澆優(yōu)化為預(yù)制安裝和現(xiàn)澆濕接段施工技術(shù)

        以鋼管混凝土拱肋作為施工勁性骨架,借助臨時(shí)索,節(jié)段調(diào)整臨時(shí)索力,確保不同工況荷載下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。系梁施工將每側(cè)系梁分為五個(gè)節(jié)段,提前設(shè)置系梁預(yù)拱度,通過(guò)吊桿懸掛安裝預(yù)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(yù)制橫梁節(jié)段,通過(guò)現(xiàn)澆濕接縫完成橫梁施工。系梁和橫梁預(yù)制安裝施工技術(shù)的成功實(shí)施,節(jié)省現(xiàn)澆系梁、橫梁支架搭設(shè)費(fèi)用,系梁、橫梁預(yù)制提前施工,與支架現(xiàn)澆施工相比,節(jié)省施工時(shí)間[2]。

        4.3 鋼管拱肋整體吊裝施工技術(shù)

        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(shù),與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)支架,節(jié)省支架搭設(shè)費(fèi)用,避免高空作業(yè)焊接拱肋的風(fēng)險(xiǎn)。在鋼管焊接質(zhì)量方面,與現(xiàn)場(chǎng)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(zhì)量。

        4.4 無(wú)支架法下,在臨時(shí)索的逐級(jí)張拉下,完成上部結(jié)構(gòu)節(jié)段安裝

        在鋼管拱肋整體吊裝施工工況下,通過(guò)調(diào)整臨時(shí)索,分級(jí)張拉,在吊桿懸掛系梁和橫梁預(yù)制節(jié)段施工工況下,用體外臨時(shí)索平衡拱腳水平推力,確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在主橋上部結(jié)構(gòu)施工中,隨著節(jié)段荷載的逐級(jí)增加,以鋼管混凝土拱肋和臨時(shí)索形成柔性受力結(jié)構(gòu),調(diào)整臨時(shí)索,達(dá)到成橋結(jié)構(gòu)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        萬(wàn)壽橋主橋?yàn)殇摴芑炷料鲁惺较禇U拱橋,采用先拱后梁施工技術(shù),與無(wú)支架纜索吊裝法和先梁后拱支架法相比,施工速度快,費(fèi)用低,航道干擾小,降低了橋梁安裝風(fēng)險(xiǎn)。該工程成功實(shí)施后,總結(jié)了鋼管拱整體吊裝,通過(guò)調(diào)整臨時(shí)索節(jié)段張拉,完成系梁和橫梁預(yù)制節(jié)段安裝等實(shí)施的經(jīng)驗(yàn),提供了一整套成功的創(chuàng)新方法,對(duì)類似鋼管混凝土系桿拱先拱后梁無(wú)支架施工有很大的參考意義。

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