廈門湖邊大橋鋼管拱安裝施工技術(shù)

閔擁軍

(1.西安理工大學(xué)，西安 710048;2.中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安 710043)

1 工程概況

湖邊大橋位于廈門市環(huán)湖里大道，大橋橫跨湖邊水庫(kù)，為市區(qū)交通要道之一。大橋由主橋和兩側(cè)3聯(lián)引橋組成，全長(zhǎng)532 m。主橋?yàn)樾路f的(48+80+48)m預(yù)應(yīng)力混凝土下承式梁-單拱組合［1］，屬于剛性系桿柔性拱結(jié)構(gòu)(圖1)。箱梁頂寬32 m，底寬24.8 m，梁高2.5 m，采用雙向預(yù)應(yīng)力筋布置。主拱為腰圓形鋼管混凝土拱，跨度80 m，矢高16 m，位于橋梁中線上。鋼管拱材質(zhì)為 Q345C，斷面為 1.4 m×1.8 m，內(nèi)部填充C50自密實(shí)微膨脹混凝土。為了保證主拱線形和焊接質(zhì)量，主橋鋼管拱采用一次整體吊裝工藝。拱圈內(nèi)的混凝土則采用從拱腳處兩側(cè)同步對(duì)稱泵壓混凝土至拱頂?shù)氖┕し椒ā?/p>

圖1 湖邊大橋主橋橋型及斷面(單位:cm)

2 施工特點(diǎn)及方案選擇

2.1 施工特點(diǎn)

根據(jù)湖邊大橋主橋結(jié)構(gòu)形式及施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，湖邊大橋主橋施工具有以下特點(diǎn)。

(1)橋梁結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定其施工順序?yàn)橄攘汉蠊?，無(wú)法采用在橋正下方吊裝主拱的施工方法。

(2)由于受湖邊水庫(kù)整治及引橋征地拆遷的影響，引橋施工進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于主橋施工進(jìn)度，主拱吊裝設(shè)備無(wú)法經(jīng)引橋到達(dá)主橋橋面進(jìn)行主拱拼接安裝。

(3)主拱設(shè)計(jì)位置位于橋梁中線上，由于橋面位置的影響，主拱無(wú)法在橋位下一次吊裝到位［2］。

2.2 方案選擇及難點(diǎn)

綜合以上3點(diǎn)考慮并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)主拱安裝方案的多次研究對(duì)比論證，決定放棄原設(shè)計(jì)經(jīng)引橋運(yùn)輸、在主橋橋面吊裝主拱的方案，而采用將鋼管拱拱段通過(guò)施工鋼棧橋運(yùn)輸至橋下，利用吊裝設(shè)備將拱段提升至橋梁左線翼緣板位置逐段拼裝焊接，再整體滑移至橋中軸線位置后進(jìn)行安裝的優(yōu)化方案［3］。其優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)拱段運(yùn)輸、主拱吊裝在鋼棧橋上進(jìn)行，不需上橋，有利于主梁結(jié)構(gòu)受力。

(2)主拱施工獨(dú)立進(jìn)行，不受引橋施工進(jìn)度影響，可同步施工，節(jié)省了時(shí)間。

此方案的主要難點(diǎn)是鋼管拱的穩(wěn)定性:一是通過(guò)計(jì)算合理選擇滑移支點(diǎn)位置，使鋼管拱重心低于支點(diǎn)高度，確保鋼管拱自身不會(huì)傾覆;二是通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算［4］，使支架本身除滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性外，橫橋向的穩(wěn)定性也要滿足要求，這樣才能確保支架及拱整體不會(huì)傾覆;三是在橫移過(guò)程中確保支架滑移速度一致，確?；七^(guò)程中不會(huì)傾覆。

2.3 工藝流程

鋼管拱逐段拼裝，整體橫移施工工藝流程如下:廠內(nèi)制作1/4鋼管拱拱節(jié)段→施工拱腳預(yù)埋段→施工橫移臨時(shí)設(shè)施→1/4拱段運(yùn)輸就位→1/4拱段逐段吊裝就位→主拱拱圈調(diào)整焊接成形→臨時(shí)拼裝支架拆除→主拱橫移→主拱微調(diào)就位→主拱焊接→滑移支架拆除。

3 施工總體布置及吊裝設(shè)備

3.1 施工總體布置［5］

根據(jù)主拱施工方案，拱段運(yùn)輸?shù)缆泛偷跹b平臺(tái)利用原施工鋼棧橋。主拱拼裝平臺(tái)采用3個(gè)拼裝支架及2個(gè)滑移支架形成。每個(gè)滑移支架下橫橋向設(shè)置2道滑移軌道，主拱從左線翼緣板處鋪設(shè)滑移軌道通過(guò)滑移至橋梁中軸線位置。

3.2 施工設(shè)備

拱段吊裝采用50 t履帶吊，滑移的動(dòng)力設(shè)備采用2臺(tái)32 t的張拉千斤頂，滑移軌道采用43 kg/m鋼軌，滑板采用不銹鋼滑板。

4 主拱施工步驟

4.1 拱腳節(jié)段預(yù)埋［6］

在梁部施工時(shí)，于預(yù)留拱腳處預(yù)埋鋼筋。將預(yù)埋節(jié)段置于定位架上并用全站儀通過(guò)三維坐標(biāo)精確調(diào)整后與鋼筋焊接，立模澆筑混凝土。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除定位支架。

4.2 拱段運(yùn)輸

拱圈分為4段(每段平均自重200 kN)，在工廠內(nèi)加工制作。利用廠內(nèi)拼裝胎架進(jìn)行預(yù)拼裝，然后通過(guò)臨時(shí)連接板將各拱段拼裝為整拱。檢查整個(gè)拱的線形和臨時(shí)連接板，試拼驗(yàn)收合格后，解體為4個(gè)拱段并編號(hào)。每個(gè)1/4拱段用平板拖車運(yùn)輸，通過(guò)橋梁左側(cè)施工鋼棧橋運(yùn)送到達(dá)主橋橋位處。

4.3 臨時(shí)支架搭設(shè)及滑移設(shè)備安裝

臨時(shí)支架分為拼裝支架及滑移支架兩部分。拼裝支架采用加強(qiáng)型碗扣支架［7］，滑移支架采用萬(wàn)能桿件拼裝而成。支架頂部設(shè)置拼裝定位平臺(tái)，作為拱段拼裝、固定及焊接的施工平臺(tái)?；浦Ъ艿奈恢酶鶕?jù)鋼管拱滑移時(shí)的拱頂和拱腳變形量最小而確定。

滑移支架的滑道橫橋向布置，滑道采用雙排鋼軌，滑板采用不銹鋼結(jié)構(gòu)并與滑移支架相固結(jié)，落于滑道上。由于橋面橫橋向有1.5%橫坡，為了保持滑道水平，滑道底采用鋼墊塊進(jìn)行調(diào)整。

4.4 主拱分段拼裝

將1/4拱段通過(guò)鋼棧橋運(yùn)輸至橋位后，由50t履帶吊將1/4拱段吊裝于臨時(shí)支架上。在1/4拱段吊裝完成后，利用千斤頂調(diào)整1/4拱段位置，以此類推逐段調(diào)好每個(gè)1/4拱段，并用定位板臨時(shí)連接。待全拱的線形調(diào)整、臨時(shí)連接完成后，從拱頂向兩側(cè)對(duì)稱焊接拱段成整個(gè)拱圈［8］。拱圈檢測(cè)合格后，拆除拼裝支架，僅保留2處滑移支架。

4.5 鋼管拱整體橫移

(1)將鋼管拱與滑移支架頂部平臺(tái)進(jìn)行固結(jié)，這種固結(jié)是剛性連接，不能發(fā)生任何位移，檢查滑道及滑移設(shè)備后，在滑道上涂抹潤(rùn)滑油。

(2)將鋼絞線一端錨固于滑移支架底部上的張拉錨座上，并將鋼絞線沿滑道展開平順放置，另一端則通過(guò)錨具將其夾持于張拉千斤頂上。

(3)2臺(tái)張拉千斤頂同步工作(同步伸縮油缸，也可通過(guò)油泵三通閥實(shí)現(xiàn)同步的目的)，從而同步牽引滑移支架與主拱一起橫向移動(dòng)。

(4)在滑移支架即將移動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，開始點(diǎn)動(dòng)千斤頂，待主拱位置到達(dá)理論設(shè)計(jì)位置時(shí)，停止橫移工作。

(5)為保證鋼管拱在橫移過(guò)程中側(cè)向穩(wěn)定性(主拱與滑移支架固結(jié))，通過(guò)從滑移支架頂向下向兩邊拉纜風(fēng)［9，10］，經(jīng)過(guò)定滑輪收于卷?yè)P(yáng)機(jī)上，一邊收繩一邊放繩，從而保證滑移支架在滑移過(guò)程中的穩(wěn)定。

4.6 主拱就位固結(jié)

主拱橫移到設(shè)計(jì)位置后，復(fù)測(cè)軸線及高程，利用滑移支架頂平臺(tái)和拱腳限位板微調(diào)拱圈，符合設(shè)計(jì)要求后，用0.6 m嵌補(bǔ)段將主拱與拱腳焊接，完成主拱圈就位固結(jié)。

焊縫經(jīng)無(wú)損探傷檢測(cè)合格后，拆除滑移支架。

主拱安裝主要施工步驟見圖2。

圖2 施工步驟

5 結(jié)語(yǔ)

湖邊大橋在引橋未完成的情況下，利用現(xiàn)有設(shè)備，通過(guò)方案優(yōu)化比選，利用橋梁施工臨時(shí)棧橋和滑移支架，僅用5 d時(shí)間就將主橋鋼管拱迅速安裝就位，為同類橋梁施工提供了經(jīng)驗(yàn)和方法。

［1］陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［2］蔡景毅，周志祥，王紹銳.大階段鋼箱拱肋吊裝方案研究［J］.硅谷，2010(21).

［3］王序森，唐寰澄.橋梁工程［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1995.

［4］張建民，鄭皆連，秦 榮.拱橋穩(wěn)定性研究與發(fā)展［J］.廣西交通科技，2000(S1).

［5］楊文淵.實(shí)用土木工程手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［6］陳紅文.大跨度鋼管混凝土拱橋的施工技術(shù)［J］.中國(guó)西部科技，2009(27).

［7］周作鈴.昆陽(yáng)特大橋鋼管拱吊裝施工［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009(15).

［8］劉崇亮.宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋鋼管拱拼裝和豎轉(zhuǎn)施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(8).

［9］李元兵，張啟偉，李亞東.鋼管混凝土拱橋施工穩(wěn)定性及纜風(fēng)影響分析［J］.公路交通科技，2009(3).

［10］吳進(jìn)明.纜索吊裝斜拉扣掛法在鋼管混凝土拱橋施工中的應(yīng)用［J］.寧夏工程技術(shù)，2007(1).