貴廣鐵路大跨度鋼桁拱橋施工方法

李紅征，薛志清

(1.廣鐵貴廣鐵路廣州樞紐工程指揮部，廣州 510370;2.湖南工業(yè)大學(xué) 土木學(xué)院，湖南 株洲 412006)

橋址位于佛山水道與平洲水道交匯口附近，橋位上游500 m附近有三山西大橋，橋位下游18 m為已建武廣客專(zhuān)鐵路跨東平水道連續(xù)鋼桁拱。東平水道屬?lài)?guó)家Ⅱ級(jí)航道，主要受暴雨洪水影響，每年4～9月為洪水期，較大洪水多出現(xiàn)在5～8月，并受南海潮汐影響。百年一遇洪潮水位3.69 m，最高通航水位3.42 m?？鐤|平水道采用(66+99+286+99+66)m連續(xù)鋼桁拱，與已建武廣客專(zhuān)東平水道特大橋主跨錯(cuò)孔布置。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

東平水道特大橋主要為跨三眼橋貨場(chǎng)、花地河及東平水道等而設(shè)，沿線跨越的主要公路有穗鹽路、西環(huán)高速、花地大道、龍溪大道和三山大道等。橋梁設(shè)計(jì)速度200 km/h，橋上為無(wú)縫線路。起止里程 GDK813+524.43～GDK822+827.5，橋長(zhǎng) 9.3 km。本橋從GDK819+842.73～GDK822+833.55為貴廣南廣右線雙線橋，跨東平水道連續(xù)鋼桁拱即位于該雙線橋。

1.2 橋式方案

跨越東平水道采用(66+99+286+99+66)m連續(xù)鋼桁拱，連續(xù)鋼桁拱橋式立面布置見(jiàn)圖1。

梁端距邊支座中心1 m，鋼梁全長(zhǎng)618 m。考慮到降低梁端轉(zhuǎn)角，有利于中跨懸拼以及減小邊跨梁高，本橋邊跨總長(zhǎng)165 m，通過(guò)輔助墩分隔為66 m(簡(jiǎn)稱(chēng)“邊跨”)與99 m(簡(jiǎn)稱(chēng)“次邊跨”)兩段。

連續(xù)鋼桁拱橋式橫向布置見(jiàn)圖2。結(jié)構(gòu)采用兩片主桁，桁間距16 m，橋上為雙線鐵路，線間距4.6 m。

主桁采用有豎桿N型三角桁式，節(jié)間長(zhǎng)度11.0 m，中跨26個(gè)節(jié)間，兩邊跨各6個(gè)節(jié)間，兩次邊跨各9個(gè)節(jié)間。邊跨桁高14.0 m，加勁弦高20.0 m，拱頂拱肋高度9.5 m，最大吊桿長(zhǎng)度41.0 m。下拱肋為圓曲線，矢跨比1/4.69。

主桁上下弦、拱肋、吊桿以及受壓較大的腹桿采用帶肋的箱形截面，受壓較小及受拉的腹桿采用工字形截面。主桁桿件內(nèi)寬1 200 mm，上弦及上拱肋內(nèi)高1 200 mm，下弦及系梁內(nèi)高1 600 mm，拱肋內(nèi)高1 200～2 000 mm，最大板厚56 mm。主桁材料為Q370qE。

圖1 連續(xù)鋼桁拱橋式立面布置(單位:m)

圖2 連續(xù)鋼桁拱橫向布置(單位:m)

2 施工

鋼桁拱邊跨采用輔以臨時(shí)墩的懸臂施工方法，中跨采用吊索塔架輔助懸臂安裝、跨中合龍的施工方法。

2.1 主要施工裝備

1)全回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī) 全橋布設(shè)2臺(tái)用于架設(shè)鋼梁。吊機(jī)基本參數(shù)如下:主鉤起重量和最大起重力矩應(yīng)能滿(mǎn)足起吊最大組合構(gòu)件重量并有安全系數(shù)，吊機(jī)走行方式為自行。

2)吊索塔架 全橋布設(shè)2臺(tái)吊索塔架，分別安裝在217#、218#墩鋼桁梁上弦。

3)跨線移動(dòng)門(mén)吊 全橋布設(shè)2臺(tái)，用于安裝兩岸邊跨前5個(gè)節(jié)間鋼梁、拼裝全回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī)底盤(pán)、所有鋼桁梁桿件上橋以及小型材料和有關(guān)設(shè)備的起吊等。

2.2 施工順序和作業(yè)空間

1)施工順序:①在兩岸設(shè)置預(yù)拼場(chǎng)，施工橋墩及臨時(shí)墩。施工提升站，起落梁設(shè)施及鋼梁縱向移動(dòng)設(shè)施。②安裝邊墩臨時(shí)支座，利用提升站安裝邊跨鋼梁兩個(gè)節(jié)間(22 m)。鎖定邊墩臨時(shí)支座縱向水平位移，在已架鋼梁上拼裝架梁吊機(jī)。③利用架梁吊機(jī)借助臨時(shí)墩架設(shè)邊跨鋼梁。④利用架梁吊機(jī)繼續(xù)架設(shè)鋼梁至中墩。拆除所有剩余臨時(shí)墩，安裝中墩臨時(shí)支座，解除邊墩臨時(shí)支座縱向水平位移，并鎖定中墩臨時(shí)支座縱向水平位移。⑤利用架梁吊機(jī)由兩個(gè)中墩向跨中懸拼架梁，安裝塔架及扣索。在邊跨55 m范圍內(nèi)壓重100 kN/m。⑥繼續(xù)懸拼鋼梁，張拉扣索。預(yù)留合龍口，通過(guò)起落邊支座調(diào)整豎向合龍位置?？v移鋼梁，使得水平方向達(dá)到合龍要求。⑦一次合龍拱肋、橋面系。繼續(xù)將邊支座上抬回位后，拆除邊跨壓重、扣索及塔架。整體縱向水平移動(dòng)鋼梁，將貴州側(cè)中支座移至設(shè)計(jì)位置。⑧安裝永久支座，拆除臨時(shí)支座。安裝橋面道砟槽板，澆注結(jié)合混凝土。安裝全橋附屬結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)道砟及軌道系統(tǒng)，完成全橋施工。

2)作業(yè)空間:全橋在南、北兩岸各設(shè)置一座預(yù)拼場(chǎng)，供應(yīng)鋼梁架設(shè)。預(yù)拼場(chǎng)面積約12 000 m2，分別布置有預(yù)拼臺(tái)座和存放臺(tái)座，各配備龍門(mén)吊機(jī)1臺(tái)，汽車(chē)吊1臺(tái)，運(yùn)梁小車(chē)2臺(tái)。

2.3 鋼梁桿件的預(yù)拼

1)為便于鋼梁安裝，架設(shè)前在預(yù)拼場(chǎng)要將部分零小桿件組拼成一大部件。桿件預(yù)拼前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖繪制預(yù)拼圖和栓釘圖，清查桿件編號(hào)和數(shù)量，在基本桿件上標(biāo)出釘栓長(zhǎng)度區(qū)域線，起吊重心位置和單元重量及安裝方向。

2)拼裝沖釘?shù)墓Q(chēng)直徑應(yīng)與工廠試拼、工地釘孔重合率相適應(yīng)。沖釘材質(zhì)可選用35號(hào)或45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作，并經(jīng)過(guò)熱處理方能使用。沖釘圓柱部分的長(zhǎng)度應(yīng)大于板束厚度，沖釘使用多次后，經(jīng)檢查如不符合偏差要求，應(yīng)予以更換。

3)待安裝的鋼梁桿件和組合單元，應(yīng)在節(jié)點(diǎn)板和拼裝板位置標(biāo)出橋上安裝的螺栓長(zhǎng)度、數(shù)量、拼裝方向、重量和重心位置，但標(biāo)示線不得侵入高栓墊圈范圍。

4)桿件組拼單元栓合后，應(yīng)經(jīng)值班技術(shù)人員檢查，填寫(xiě)組拼桿件登記卡，并須經(jīng)質(zhì)檢人員檢查驗(yàn)收簽證后方可上橋安裝。

5)桿件預(yù)拼后應(yīng)滿(mǎn)足下列要求:預(yù)拼單元重量不得超過(guò)吊機(jī)額定重量;栓孔重合率應(yīng)達(dá)到《制造規(guī)則》對(duì)工廠試拼質(zhì)量要求。

2.4 鋼梁安裝架設(shè)

1)鋼梁安裝原則:①保證鋼梁懸臂架設(shè)過(guò)程中的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)(M傾>1.3)，以壓重或鋼梁自重進(jìn)行配重平衡，滿(mǎn)足跨中合龍之際最大懸臂安裝需要。②在支架上拼裝鋼梁時(shí)，除保證支架有足夠的承載力和預(yù)留壓縮下沉量外，應(yīng)特別注意鋼梁的拼裝拱度曲線。主桁桿件閉合，節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)度螺栓100%終擰后，下弦桿前端節(jié)點(diǎn)底面與支架支點(diǎn)墊塊之間才能用鋼板抄死。該節(jié)間高栓全部終擰后，再拼裝下一節(jié)間。③在支架上拼裝鋼梁第一節(jié)間的縱梁時(shí)，必須在縱梁的懸臂端設(shè)置臨時(shí)支點(diǎn)。

2)鋼梁安裝要點(diǎn):①桿件栓捆前，檢查由預(yù)拼場(chǎng)發(fā)來(lái)的桿件是否符合拼裝順序，栓捆時(shí)應(yīng)注意桿件上標(biāo)注的質(zhì)量大小和重心位置。②桿件拼裝時(shí)，為保證拼裝拱度，需按孔眼總數(shù)50%的沖釘均勻分布打入，并上足25%～30%的高強(qiáng)度螺栓，作一般擰緊后方能松鉤。將沖釘換成高強(qiáng)度螺栓時(shí)，一次卸下的沖釘數(shù)量，最多不超過(guò)沖釘總數(shù)的20%。將全部沖釘換成高強(qiáng)度螺栓后，按工藝進(jìn)行初擰和終擰。終擰后的螺栓檢查合格后，用相應(yīng)油漆作標(biāo)志。螺栓施擰應(yīng)從栓群中心向四周進(jìn)行，以利板束壓平及減少螺栓之間的相互影響。③懸臂架設(shè)過(guò)程中，要求主桁栓合進(jìn)度不落后于拼裝的二個(gè)節(jié)間，即正在栓合的節(jié)點(diǎn)與正在拼裝的節(jié)點(diǎn)距離為兩個(gè)節(jié)間。④懸臂安裝過(guò)程中需要進(jìn)行測(cè)量:鋼梁懸臂安裝時(shí)節(jié)點(diǎn)撓度及中線的測(cè)量，要求每安裝一個(gè)大節(jié)間，各節(jié)點(diǎn)測(cè)一次撓度與計(jì)算值比較，同時(shí)測(cè)一次中線，判斷鋼梁制造和安裝質(zhì)量。同時(shí)對(duì)關(guān)鍵桿件要進(jìn)行應(yīng)力測(cè)定，與計(jì)算值比較，以便及時(shí)進(jìn)行分析，防止超應(yīng)力。在主桁拱合龍時(shí)測(cè)定若干桿件應(yīng)力，以便掌握合龍過(guò)程中的應(yīng)力狀況，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)特征。⑤懸臂安裝時(shí)，前方墩頂支座高程，應(yīng)根據(jù)懸臂端的最大撓度和工廠制造拱度及墩頂設(shè)備高度等因素確定。臨時(shí)支座應(yīng)設(shè)有良好的頂落及縱橫移設(shè)備，后者應(yīng)設(shè)置雙向頂架，任一面均可施頂，一面頂移一面制動(dòng)保險(xiǎn)。臨時(shí)支座和保險(xiǎn)支座不宜過(guò)高，設(shè)置時(shí)要考慮支座在溫度、風(fēng)力、靜、動(dòng)力作用下的穩(wěn)定性，主要受力支點(diǎn)臨時(shí)支承在工鋼束、鋼墊塊、鋼軌束等組成的支座上時(shí)，應(yīng)考慮因鋼梁轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的偏心反力對(duì)支座和鋼梁節(jié)點(diǎn)的影響。

3)鋼梁調(diào)整:鋼梁在懸臂安裝到達(dá)前方橋墩后，如前支點(diǎn)橫向偏移較大時(shí)，可在起頂前橫移調(diào)整到位。鋼梁縱移可利用頂落梁的高差或利用溫差進(jìn)行。鋼梁橫移調(diào)整偏位之前，下平聯(lián)和上平聯(lián)節(jié)點(diǎn)螺栓必須終擰完畢，以防鋼梁受橫向水平力的影響造成鋼梁軸線發(fā)生曲折。

2.5 合龍

2.5.1 合龍?zhí)攸c(diǎn)

1)跨中懸臂跨度長(zhǎng)，合龍端撓度、轉(zhuǎn)角很大，合龍對(duì)位困難。

2)跨中合龍前輔以吊索塔架進(jìn)行鋼梁懸臂安裝;拱桁合龍后，吊索塔架還不能拆除，而只能進(jìn)行索力調(diào)整，吊索和塔參與主梁受力，構(gòu)成“斜拉橋”的體系，受力體系比較復(fù)雜。

3)桁拱合龍后欲合龍系桿，還需起頂邊墩和通過(guò)塔架索力調(diào)整等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，體系轉(zhuǎn)換過(guò)程比較復(fù)雜。

4)合龍點(diǎn)空間坐標(biāo)的變化因素多:順橋向鋼梁長(zhǎng)度的偏差X，受溫度、鋼梁制造與安裝的偏差及索力的影響。垂直方向的偏差Y，受安裝荷載及索力偏差的影響。鋼梁中線上下游的偏差Z，受日照、索力與鋼梁安裝順序，起吊荷載的影響。調(diào)整時(shí) X、Y相互影響，合龍時(shí)較難掌握。

5)合龍精度要求高:合龍節(jié)點(diǎn)栓孔由工廠按設(shè)計(jì)圖一次成孔，工地用沖釘打入，施工過(guò)程中不準(zhǔn)擴(kuò)孔。

2.5.2 合龍方案

鋼梁合龍總的方案是，先拱后系桿。

第一步:通過(guò)武漢側(cè)鋼梁整體縱移、217#(218#)墩頂鋼梁預(yù)落和必要的塔架索力的調(diào)整，將跨中鋼梁梁端合龍點(diǎn)的位移偏差調(diào)整到安裝精度要求之內(nèi)，先行合龍鋼桁拱下弦。

第二步:利用千斤頂在上弦節(jié)點(diǎn)間施力，使得上弦節(jié)點(diǎn)栓孔對(duì)應(yīng)，安裝上弦拱肋節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行上弦合龍。

第三步:解除主墩支座約束。

第四步:通過(guò)兩邊墩起頂鋼梁和逐步釋放索力，使得系桿節(jié)點(diǎn)栓孔對(duì)應(yīng)，進(jìn)行系桿合龍，從而完成全橋合龍。鋼梁安裝完畢，縱橫移和高程調(diào)整后，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)要求。

2.5.3 施工注意事項(xiàng)

位移調(diào)整系統(tǒng)的主要組成是在鋼梁的起頂點(diǎn)下布置的千斤頂及頂座，千斤頂分為豎向千斤頂及水平千斤頂，分別進(jìn)行頂落梁和縱橫移操作。鑒于鋼梁跨度大，在溫差作用下易產(chǎn)生較大的縱向位移，需在豎向千斤頂下面布置MGE板用作滑動(dòng)面?？v橫移操作時(shí)，將鋼梁置于墩頂臨時(shí)支座上滑動(dòng)，MGE板用作滑動(dòng)面。

3 結(jié)語(yǔ)

嚴(yán)格按照施工方案和工藝細(xì)則施工，能夠確保對(duì)鋼梁架設(shè)中的應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)控，包括鋼梁桿件的應(yīng)力、鋼梁在起頂過(guò)程中的應(yīng)力、鋼梁拱度和懸臂端的撓度等，使鋼梁架設(shè)各工序都處在質(zhì)量控制之下。大跨度鋼桁拱的架設(shè)，位移調(diào)整系統(tǒng)是調(diào)整鋼梁幾何狀態(tài)的重要手段，在鋼梁架設(shè)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)墩頂布置的位移調(diào)整系統(tǒng)來(lái)完成大跨度鋼桁拱的拼裝，可以保證中跨跨中高精度的合龍。

[1] 張春新，劉代興.鋼桁拱橋精確合龍施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2010，(1):82-83.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10212—2009 鐵路鋼橋制造規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

[4] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TBJ 214—92 鐵路鋼橋高強(qiáng)度螺栓連接施工規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

[5] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)［2005］160號(hào) 客運(yùn)專(zhuān)線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.