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        中承式鋼箱拱橋纜索吊裝關鍵施工技術研究

        2023-12-04 07:51:12陳列勇陳玉相閆小軍王成磊
        工程質(zhì)量 2023年11期
        關鍵詞:水富浮箱纜索

        陳列勇,陳玉相,閆小軍,張 紅,王成磊,王 濤

        (中國中鐵七局集團第三工程有限公司,陜西 西安 710032)

        0 引言

        拱橋是一種歷史悠久的橋型,具有眾多優(yōu)勢,成為不斷發(fā)展的橋梁形式[1],而纜索吊裝施工技術作為一種施工方便、起吊重量大,技術先進的吊裝技術被廣泛應用于拱橋建設之中[2,3]。目前,大跨度拱橋一般采用纜索吊裝、斜拉扣掛的方法進行施工[4],施工難度大,且在施工過程中橋梁存在多次體系轉(zhuǎn)換,其受力結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)不斷發(fā)生變化[5]。通過多次專家論證,不斷優(yōu)化設計方案,總結(jié)出了一套完整的鋼拱橋纜索吊裝施工技術[6]。拱橋的斜拉扣掛纜索吊裝施工中纜扣一體化已成為發(fā)展趨勢[7],因此,有必要對纜索吊裝的關鍵施工技術進行研究,確保拱肋節(jié)段的安全吊裝和線形控制滿足施工要求。

        1 工程背景

        1.1 項目概況

        新灘溪特大橋中心里程 K48+465,位于云南省昭通市綏江縣新灘溪道路修復工程,跨越向家壩水電站庫區(qū)新灘溪淹沒區(qū),是此段路線的重要控制性工程。新灘溪特大橋橋跨布置為 1~170 m 中承式鋼箱拱橋,橋面系采用格構(gòu)式組合梁,橋梁全長 179.3 m(伸縮縫中心距,不含橋臺),橋面寬為 10 m。

        新灘溪大橋采用的無支架纜索吊系統(tǒng)為單索塔不對稱式布置,即只在水富岸橋臺處設置索塔,綏江岸直接錨固在隧道洞頂上方的山體上。整個纜索吊主索設計跨徑為 120 m+260 m,全橋共設計兩組承重索,兩組工作索。每組主索分別由 3 根φ56 mm(6×37+1)鋼絲繩組成,布置拱肋正上方,每組纜索上設計 2 個吊點,吊點間距 6 m,兩組主索橫向間距 12.6 m,吊重最大 29.5 t;工作索布置在兩拱肋上方靠內(nèi)側(cè)位置,保證工作吊籃能夠上下起吊,工作索由 1 根φ56 mm(6×37+1)鋼絲繩組成,單點起吊,吊重最大 5 t。纜索在施工中的最大荷載垂度設計為 18.7 m,垂跨比為 1/14。水富岸索塔采用扣索一體塔,扣塔和索塔鉸接,塔高 61.8 m,索塔位于水富岸橋臺拱座基礎上。綏江岸的主索錨碇位置標高與水富岸索塔頂設置在同一高度。整個纜索吊系統(tǒng)立面布置如圖1 所示。

        1.2 建設條件

        橋址區(qū)屬河流侵蝕堆積地貌,地勢起伏較大,上覆第四系覆蓋層厚度變化大,下伏巖體為灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖,受地質(zhì)構(gòu)造影響,風化差異明顯、巖體破碎,巖層軟硬不均,次厚度分布不穩(wěn)定,綜合判定屬不均勻地基。路線區(qū)地震基本烈度值為Ⅶ度、地震動峰值加速度值為 0.15g,分組為第二組,地震動反應譜特征周期為0.40 s。橋位區(qū)地表覆蓋層第四系沖洪積碎石、塊石層的厚度大,下伏基巖為灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖。

        1.3 項目難點

        新灘溪大橋鋼結(jié)構(gòu)安裝數(shù)量大,主拱肋單節(jié)段重,安全風險高。新灘溪特大橋橋跨布置為 1~170 m 中承式鋼箱拱橋,橋梁拱圈為鋼結(jié)構(gòu),兩個拱圈和橫撐共重 1 114.9 t,橋梁跨越新灘溪河流,采用纜索吊安裝橋梁拱圈及主梁,主梁單節(jié)段重達 29.5 t,安全風險高。

        新灘溪大橋采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)跨越新灘溪河流,鋼結(jié)構(gòu)采用纜索吊機及扣掛法施工拱橋,施工難度大,安全風險高,橋梁拱圈安裝精度及線形控制要求高。

        2 拱肋吊裝總體施工方案

        2.1 拱箱節(jié)段加工

        根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)特點,綜合考慮各種施工因素后,加工思路如下,按照設計拱肋分段結(jié)構(gòu)尺寸,在工廠內(nèi)支架進行下料加工拱箱節(jié)段,并對拱箱節(jié)段進行噴涂。加工完成后直接在工廠內(nèi)進行試拼裝,待拱肋尺寸及接口確認無誤后對其再進行編號,加工后的拱箱節(jié)段如圖2 所示。

        圖2 拱箱加工、吊裝節(jié)段圖

        鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件場內(nèi)加工工序如下,鋼廠內(nèi)定制鋼板運輸至加工廠→鋼板預處理→零件放樣及下料→零件加工→拼板→單元件制作→分段制作→預拼裝→節(jié)段涂裝。

        鋼箱拱肋截面積設計 2 m×3 m,最長的 1 號節(jié)段 10.5 m,最短 0# 節(jié)段的 2.7 m,合龍段長度 4 m。加工時考慮安裝預留拱肋沉降量,拱頂最大預拱度σ=7 cm,拱底預拱度為 0 cm,計入預拱度后的拱軸線為設計懸鏈線。

        2.2 拱箱節(jié)段運輸

        拱箱節(jié)段運輸如圖3 所示,K47+420 右側(cè)原浮橋橋臺做為碼頭,浮箱做為運輸設施,浮箱長寬為 36 m×18 m。浮箱四周固定氣囊,水位變化時,通過氣囊的變化,升降浮箱。保持浮箱頂面與岸邊高度一致。碼頭地面和浮箱頂面均設置軌道,軌道設置保持寬度和高度上對接。拱箱上船采用軌道平車運出。在岸上用兩臺 30 t 汽車吊將拱箱放上平車,通過軌道運輸上浮箱。浮箱運輸拱箱或格構(gòu)梁至橋下方。拱肋節(jié)段均采用立位吊裝,可以采用側(cè)向拉纜風和固定支架等措施穩(wěn)定拱肋節(jié)段。

        圖3 拱箱節(jié)段運輸

        2.3 拱箱節(jié)段安裝

        鋼箱拱肋節(jié)段安裝采用斜拉扣掛、無支架纜索吊裝方法。單組纜索設計額定吊重為 29.5 t。順橋向單幅拱肋共計 23 節(jié)段,左右兩幅拱肋對稱布置,中間設 5 道橫撐,共計有 51 個節(jié)段均采用纜索吊施工。

        如圖4 所示,全橋拱肋吊裝單個拱肋共計 23 個吊裝節(jié)段(包含合龍段)。拱肋總體吊裝順序為從拱腳至拱頂,對稱加載。利用 4 套跑車系統(tǒng)單肋單節(jié)段吊裝,待左、右幅同一節(jié)段安裝就位后,及時連接臨時橫撐形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并采用扣索和纜風進行固定。安裝時左、右幅拱肋同步進行,兩岸對稱安裝,同步到達合龍段。具體安裝方法如下。

        圖4 拱肋布置示意圖(單位:m)

        1)單個拱肋共計 23 個吊裝節(jié)段,中間為合攏段,橫橋向設左右兩肋,全橋兩條拱肋分為 46 個節(jié)段。

        2)拱肋節(jié)段安裝采用兩岸對稱懸拼,共設有 10 個扣段。由于箱型拱較重,因此采用單索道單片吊裝的施工方法,待拱橋兩端拱肋就位后,連接相應風撐,即完成一組拱肋節(jié)段的吊裝。

        3)拱肋采用纜索吊機兩套主索吊裝系統(tǒng)進行吊裝。吊裝主拱肋時,由二套主索吊裝系統(tǒng)二個吊點抬吊,肋間橫撐由兩側(cè)兩個吊點抬吊。

        4)兩岸分別自拱座節(jié)段開始對稱安裝,吊裝全過程中要全方位實施監(jiān)控。鋼箱拱肋合攏時,需調(diào)整拱肋線型,待標高符合設計要求后,進行各段間接頭的焊接,然后扣索逐級部分松扣,直至完成全部主拱肋節(jié)段的吊裝。

        3 纜索吊裝施工技術

        3.1 拱箱吊裝

        拱箱吊裝技術是大跨度拱橋施工最重要的工序[8],每一節(jié)拱箱均從綏江岸橋臺起吊,由纜索吊起重小車提升,緩慢駛向安裝部位,吊裝過程由纜索吊專業(yè)人員進行操作。拱箱節(jié)段吊裝如圖5 和圖6 所示,保證兩起吊小車起重索及牽引索的同步進行。在靠近水富岸拱腳位置吊裝時,增加輔助牽引索于水富岸邊對拱肋進行拖拉,致使拱肋到達安裝位置。

        圖5 第一節(jié)段拱箱吊裝示意圖

        圖6 中間節(jié)段拱箱吊裝示意圖

        3.2 拱箱連接

        拱箱節(jié)段在起重小車的吊運下,移動至節(jié)段安裝位置上方,然后緩慢降落至安裝位置,采用導鏈拽拉等措施將拱箱節(jié)段與已經(jīng)安裝好的節(jié)段進行對中,并調(diào)整拱箱軸線方向,待前后兩節(jié)拱箱接頭基本吻合后,通過纜索吊系統(tǒng)將拱箱節(jié)段就位,與上一節(jié)段拱箱采用法蘭臨時連接,法蘭臨時連接如圖7 所示,先用 40 Cr 棒粗定位,調(diào)整標高后采用 M24 高強度螺栓精確定位。拱箱連接處通過改變鋼墊塊厚度及 40Cr 棒與 M24 連接螺栓的緊固間距調(diào)整拱軸線線形。待線形調(diào)整完畢后,先將拱圈周邊焊接 6~8 道(>75 % 板厚),不滿焊,然后去除臨時連接,進行周邊滿焊。

        圖7 臨時連接法蘭布置示意圖

        3.3 拱箱節(jié)段扣索的安裝及張拉

        通過纜索吊系統(tǒng)將拱箱節(jié)段就位,與上節(jié)段拱箱采用法蘭臨時連接后。開始安裝扣索和纜風。每一節(jié)拱肋在同一個截面兩側(cè)設置兩束扣索,扣點布設在拱箱兩側(cè)腹板外側(cè)。

        扣索施工如圖8 所示,每組扣索在橋梁兩端同步張拉和調(diào)整索力,并在相應的地方設置操作平臺,張拉好正式扣索后,對拱肋高程按設計線型進行調(diào)整,按分級和對稱的原則對正式扣索和臨時扣索進行放松,以標高控制為主,同時兼顧索力。扣索的張拉和放松使用多臺千斤頂,逐步地將力傳給正式扣索,直至松去臨時扣索。

        圖8 扣索施工實物照片

        3.4 拱箱合攏

        檢查拱肋線型,合攏長度是否符合施工要求,在設計規(guī)定的合攏溫度下安裝合攏段,實施強迫合龍,拱箱合攏如圖9 所示。

        圖9 合龍段拱箱吊裝示意圖

        拱肋合攏時的注意事項如下。

        1)鋼拱肋的變形受溫度的影響較大,不同施工時間對拱肋的伸縮量有較大影響。因此,拱肋合攏溫度宜控制在 15~20 ℃。

        2)拱肋線形滿足設計要求后,在傍晚測量接頭部位拱肋之間的間距,按設計要求進行施焊固定,并按要求擰緊固定螺栓。

        3)當合攏溫度不符合設計規(guī)定值時,應連續(xù)監(jiān)測合攏段前五天的溫度,取一平均值,報設計單位,設計單位根據(jù)氣溫資料重新計算,提出合攏時對接修正值。

        4)為保證拱肋能夠順利合攏,在加工拱肋中間節(jié)段時,按設計要求設置嵌補段。合攏段就位后,及時在合攏段與相鄰段的空位處搭焊型鋼定位,以免拱肋受溫度影響而產(chǎn)生較大變形錯位,最后進行焊接合攏。

        3.5 扣索卸載

        根據(jù)設計要求,本工程扣掛系統(tǒng)在拱肋合攏后進行松索,完成體系的轉(zhuǎn)換,使其與設計值相吻合[9]。

        松扣程序從跨中最后一組扣索開始,兩岸各組的扣索依次分級放松,扣索拉力分 5 級,每級放 1/5。

        各扣索先松一級,暫停 15~20 min 后,測試拱肋的應力、標高、立面及平面位置,經(jīng)施工各單位確認后,再進行第二級的放松循環(huán)。最后放松整個扣索,并拆除扣索。

        4 結(jié)語

        纜索吊裝施工技術因跨越能力強、適應性強、施工方便等眾多優(yōu)點成為大跨度拱橋最常用的施工方法,但隨著纜索吊裝施工方法的應用仍面臨拱肋拼裝線型要求高、環(huán)境復雜等難題。本項目針對目前跨水庫山區(qū)鋼拱橋開展了大跨度纜索吊裝的施工技術研究,歸納總結(jié)了拱橋拱肋吊裝技術和纜索吊裝施工技術,極大地推動了行業(yè)技術水平的進步,為特殊建設條件下大跨徑橋梁方案選擇和設計提供了新的思考方向,為今后建設類似工程提供了參考。Q

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