不等跨斜拉橋鋼—混組合梁施工方法比選

馬培祥

摘要： 鋼-混組合梁斜拉橋具有造型美觀、結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于橋梁建設(shè)中。如何把繁雜的施工程序簡(jiǎn)化，并采用安全、經(jīng)濟(jì)、可行的方法安裝是值得橋梁技術(shù)人員思考的重要問題。本文通過對(duì)斜拉橋不等跨鋼-混組合梁施工方法比選，闡述了支架滑移法大節(jié)段施工的優(yōu)點(diǎn)。

Abstract： The steel-concrete composite beam cable-stayed bridge has the advantages of beautiful shape and light weight， so it is widely used in the bridge construction. How to simplify the complex construction procedures and use safe， economical and feasible installation method is an important issue worthy of bridge technical staff thinking about. In this paper， the advantages of the large section construction of the support slippage method are expounded by comparing the construction methods of the unequal cable-stayed bridge.

關(guān)鍵詞： 斜拉橋；鋼-混組合梁；大節(jié)段；支架滑移

Key words： cable-stayed bridge；steel-concrete composite beam；large section；support slippage

中圖分類號(hào)：U448.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0112-03

0 引言

鋼-混組合梁是斜拉橋典型的主梁形式，常見橋面吊機(jī)懸拼施工方法，屬于逐個(gè)節(jié)段安裝、掛索的方法。本文就所施工的工程實(shí)例為對(duì)象，對(duì)單一節(jié)段與大節(jié)段施工進(jìn)行比選、對(duì)不同安裝方案進(jìn)行比選，分析在本工程條件下應(yīng)采取的最優(yōu)施工方法。

1 工程概況

新沂市北京路大橋橫跨沭河，主橋?yàn)椋?00+87）m獨(dú)塔雙索面不等跨鋼-混組合梁斜拉橋，塔梁墩固結(jié)體系，橋?qū)?0.1m。主梁采用鋼-混凝土組合梁雙鋼箱主肋斷面，一個(gè)鋼梁節(jié)段由2道鋼主梁、2道鋼橫梁、4道鋼托梁和6道小縱梁等單件組成（鋼梁節(jié)段如圖1），共21個(gè)節(jié)段，最大節(jié)段長(zhǎng)9m、重120t；鋼梁上方安裝25cm厚的預(yù)制混凝土橋面板，每節(jié)段6塊，橋面板之間為現(xiàn)澆濕接縫；因兩跨不等，邊跨7～11號(hào)段設(shè)壓重塊，壓重量220kN/m。橋梁總體布置如圖2。橋梁所處的沭河是不通航河道，水深2～6m，水面寬度310m，水位受季節(jié)性上游變化較大。

2 成橋方法比選

2.1 設(shè)計(jì)成橋程序

設(shè)計(jì)成橋程序?yàn)樗魉┕ね瓿珊?，?duì)稱同步施工主、邊跨1～6號(hào)段，再施工邊跨7～10號(hào)段并安裝配重完成邊跨合龍，然后逐段施工主跨7～11號(hào)段完成主跨合龍，可概括為“先塔后梁、梁索同步”。每節(jié)段的施工順序?yàn)椋轰摿喊惭b就位→主梁連接焊接→安裝橋面板→澆筑濕接縫→濕接縫混凝土養(yǎng)護(hù)→張拉前一節(jié)段梁段預(yù)應(yīng)力→掛設(shè)本節(jié)段斜拉索→張拉本節(jié)段斜拉索。由此可知，實(shí)際施工段為14個(gè)，每個(gè)施工段又分為8道工序。

分析以上施工程序并結(jié)合施工場(chǎng)地條件，可總結(jié)三個(gè)特點(diǎn)：一是每節(jié)段施工工序相似、繁雜、耗時(shí)多；二是主、邊跨施工并非完全同步，施工作業(yè)面有閑置；三是鋼梁安裝是本工程施工難點(diǎn)。

2.2 大節(jié)段施工

根據(jù)以上前兩個(gè)特點(diǎn)，我們提出把成橋程序優(yōu)化為“塔梁同步、先梁后索”，即大節(jié)段施工，將非常有利工期的縮短。塔梁同步為塔梁結(jié)合段施工后，同步施工索塔和安裝鋼梁、安裝橋面板、施工濕接縫、預(yù)應(yīng)力等；先梁后索為大節(jié)段梁段和索塔完成后再逐道掛設(shè)并張拉斜拉索。這樣不但可以利用索塔施工時(shí)間安裝鋼梁，也可節(jié)省單個(gè)節(jié)段施工時(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)期。

“先塔后梁、梁索同步”的設(shè)計(jì)目的是通過逐節(jié)段安裝、掛索，逐步成橋，使成橋過程梁的內(nèi)力梯度變化，鋼梁壓應(yīng)力、混凝土橋面板的拉應(yīng)力以及斜拉索最大應(yīng)力在安全可靠的范圍內(nèi)。為了保證在梁索內(nèi)力允許的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)該優(yōu)化目標(biāo)，我們與設(shè)計(jì)方充分論證，最終確定為主、邊跨各分為兩個(gè)大節(jié)段施工，即1～6號(hào)段合并為第一大節(jié)段，其余節(jié)段合并為第二大節(jié)段，實(shí)際施工段由原來的14個(gè)減少為2個(gè)。

2.3 效果對(duì)比

2.3.1 工期對(duì)比

按小節(jié)段施工時(shí)，塔柱10個(gè)節(jié)段和上橫梁的施工周期共88天，每個(gè)小節(jié)段8道工序的施工周期共15天，14個(gè)節(jié)段共210天，兩項(xiàng)合計(jì)298天。采用大節(jié)段施工后，塔柱施工時(shí)間不再計(jì)算，第一個(gè)大節(jié)段鋼梁安裝后即安裝橋面板，緊后施工橋面板濕接縫、掛拉斜拉索，施工周期105天。第二個(gè)大節(jié)段在第一大節(jié)段鋼梁安裝完成后即開始施工，在第一個(gè)大節(jié)段施工完成時(shí)已完成鋼梁安裝、橋面板安裝、預(yù)應(yīng)力穿束以及濕接縫鋼筋等可以完成的工作，在完成兩第大節(jié)段的鋼梁對(duì)接后再完成剩余工作，施工周期65天。兩個(gè)大節(jié)段合計(jì)170天。

由此可見，優(yōu)化為大節(jié)段施工后，工期由原來的298天減少為170天，減少了128天，效果顯著。引申而言，假如本橋主、邊跨跨度相等均為100m，每跨各有11個(gè)節(jié)段，則小節(jié)段施工的實(shí)際施工段為11個(gè)，小節(jié)段施工工期應(yīng)為253天，優(yōu)化為大節(jié)段施工后可節(jié)省83天，工期優(yōu)化的效果有所降低。

2.3.2 成本對(duì)比

若按小節(jié)段施工，在一個(gè)15天的周期內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)吊裝班組、橋面板安裝班組、鋼筋班組、斜拉索班組等不能夠連續(xù)施工，一直處在干干停停的狀態(tài)，無形中增加了勞動(dòng)力成本，而采用大節(jié)段施工后，各班組均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)施工，有效降低了勞動(dòng)力成本。另外，工期縮短后，也可節(jié)省機(jī)械設(shè)備、周轉(zhuǎn)材料等成本支出。

2.3.3 成橋效果

影響本橋成橋效果的參數(shù)有很多，如結(jié)構(gòu)剛度、梁段的重量、斜拉索拉力、 拉索的非線性、施工荷載、混凝土的收縮徐變、溫度和預(yù)應(yīng)力等?，F(xiàn)在一般采用自適應(yīng)控制法進(jìn)行施工控制，是“預(yù)告-測(cè)量-修正-再預(yù)告”的循環(huán)過程。小節(jié)段施工時(shí)橋面施工荷載不穩(wěn)定、混凝土的收縮徐變不一致、溫度變化大等，這些因素都會(huì)使預(yù)告數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，對(duì)成橋效果控制不利。而采用大節(jié)段施工后，橋面荷載固定，濕接縫混凝土采用一次性澆筑，相似性高，溫度穩(wěn)定，對(duì)施工控制預(yù)告較為有利。經(jīng)監(jiān)控單位實(shí)測(cè)，最終成橋后的單根斜拉索最大極限索力誤差為5.6%，且平均索力僅超過設(shè)計(jì)均值的1.8%；成橋時(shí)主梁線形平順，最大高程誤差11mm；主梁和索塔應(yīng)力實(shí)測(cè)值均在設(shè)計(jì)和規(guī)范允許范圍內(nèi)。成橋效果非常理想。

3 主梁施工方法比選

3.1 跨墩龍門吊安裝方案

該方案是在設(shè)計(jì)鋼梁下方河道中搭設(shè)支架，橋梁兩側(cè)搭設(shè)龍門吊走行軌道，塔柱兩側(cè)各安裝一臺(tái)160t跨墩龍門吊，鋼梁?jiǎn)卧M(jìn)場(chǎng)后，在橋梁后方河岸上的拼裝場(chǎng)利用龍門吊把單元件拼裝成小節(jié)段，然后用龍門吊吊梁安裝。該方案需投入680m走行軌道及其支架、2臺(tái)龍門吊以及鋼梁安裝支架。

優(yōu)點(diǎn)：龍門吊施工靈活，在鋼梁節(jié)段就位時(shí)，可以任意調(diào)整鋼梁空間位置，同時(shí)可以兼顧材料卸車、單元件組裝和橋面板安裝。

缺點(diǎn)：投入的走行軌道及其支架、2臺(tái)龍門吊費(fèi)用較高，不經(jīng)濟(jì)。

3.2 浮吊吊裝方案

因沭河不通航，浮吊需汽運(yùn)至橋位處再拼裝，鋼梁在岸邊的拼裝場(chǎng)拼裝成梁段后，由運(yùn)梁船將鋼梁節(jié)段水運(yùn)至安裝位置附近，再由浮吊吊裝至鋼梁安裝支架上。本方案需投入浮吊、運(yùn)梁船和鋼梁安裝支架。

優(yōu)點(diǎn)：無需搭設(shè)鋼棧橋和軌道支架。

缺點(diǎn)：沭河水位不穩(wěn)定，如遇旱季則無法使用；因拼裝場(chǎng)地在河岸，需要將河床岸邊區(qū)域挖深后方可使用。

3.3 支架上散拼方案

因本橋橋面較寬，需要沿橋梁兩側(cè)搭設(shè)鋼棧橋，吊車立于鋼棧橋上吊裝單元件直接在支架上拼裝成鋼梁節(jié)段。本方案需投入680m鋼棧橋、2臺(tái)吊車以及鋼梁安裝支架。

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)卧苯悠囱b時(shí)，最大起重量?jī)H26t，較易實(shí)現(xiàn)。

缺點(diǎn)：需搭設(shè)兩側(cè)鋼棧橋，成本較高；在安裝支架上直接拼裝，拼裝質(zhì)量難以保證。

3.4 橋面吊機(jī)懸拼方案

本方案需在橋面上安裝2套橋面吊機(jī)，鋼梁在拼裝場(chǎng)組成節(jié)段后，用運(yùn)梁船水運(yùn)至橋面吊機(jī)下方，由橋面吊機(jī)吊梁至安裝位置，臨時(shí)鎖定后焊接梁段對(duì)接環(huán)口。

優(yōu)點(diǎn)：本方案無需搭設(shè)梁下安裝支架，較經(jīng)濟(jì)。

缺點(diǎn)：水運(yùn)的困難同浮吊吊裝方案；無法實(shí)現(xiàn)大節(jié)段安裝，即使按梁索同步方案也需要每節(jié)段都安裝、拆除橋面吊機(jī)，因?yàn)闃蛎娴鯔C(jī)所占位置影響了橋面板安裝。

3.5 支架滑移方案

綜合以上方案的共同特點(diǎn)是無論上述哪種成橋程序，哪種安裝方案，鋼梁就位后都需要在穩(wěn)固的狀態(tài)進(jìn)行焊接，這就需要搭設(shè)鋼梁安裝支架。由此可以想到在該支架上設(shè)置滑道，單元件組裝成鋼梁節(jié)段后，利用設(shè)置在結(jié)合段的卷揚(yáng)機(jī)牽引節(jié)段滑移安裝就位。該方案的優(yōu)點(diǎn)是利用既有安裝支架，無需增加龍門吊軌道支架、龍門吊和兩側(cè)鋼棧橋等高投入設(shè)施。該方案描述如下。

3.5.1 安裝支架和滑道設(shè)置

在每個(gè)節(jié)段設(shè)置4個(gè)支墩做為支點(diǎn)，相鄰兩節(jié)段鋼梁共用兩個(gè)支墩，1號(hào)梁段后端與結(jié)合段共用結(jié)合段支架作為支撐，末段梁段前端直接靠支座支撐。支墩頂部布置滑道梁、施工平臺(tái)、拼裝區(qū)胎架支撐結(jié)構(gòu)、糾偏結(jié)構(gòu)等。大節(jié)段施工時(shí)，鋼梁、橋面板、濕接縫等荷載均要作用于安裝支架上，經(jīng)計(jì)算，一個(gè)鋼管支墩采用4根529mm×10mm的螺旋鋼管，頂部采用H488型鋼作為分配梁與鋼管焊接，形成支墩的截面為3m×3m，其上安裝滑移軌道，軌道外側(cè)在分配梁上安裝100t千斤頂，以調(diào)整鋼梁各支點(diǎn)高程。如圖3、圖4。

3.5.2 鋼梁節(jié)段滑移施工

滑移軌道頂面用角鋼作為側(cè)向限位，電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、滑車組和鋼絲繩作為牽引系統(tǒng)，4個(gè)100T重物移運(yùn)器作移動(dòng)支承，組裝完成的鋼梁節(jié)段落梁于重物移運(yùn)器上用馬板固定，牽引點(diǎn)位于主縱梁腹板上方的面板上，在結(jié)合段上布置2臺(tái)同步電機(jī)控制的低速電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)同時(shí)同向牽引，從主橋邊墩向塔柱方向滑移鋼梁節(jié)段。節(jié)段滑移到位后停車，落梁到分配梁上的8個(gè)鋼支墩上，落梁高度約30mm，采用支墩處4個(gè)100t液壓千斤頂調(diào)整單個(gè)節(jié)段的線形、標(biāo)高以及與上一節(jié)段對(duì)接端口的間隙和錯(cuò)邊量，落梁完成后移出重物移運(yùn)器。

3.6 安裝方法比較

綜合分析以上五種安裝方法，各有特點(diǎn)，從安全、質(zhì)量、成本、進(jìn)度等四個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，如表1，按單項(xiàng)1～5分計(jì)算，經(jīng)對(duì)比，支架滑移法是最優(yōu)方案，實(shí)際施工效果證明該方法安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

4 結(jié)束語

本橋鋼-混組合梁因設(shè)置了斜拉索又不等跨，因而與其它鋼-混組合梁不同，施工程序也不相同，確定施工方法時(shí)應(yīng)結(jié)合橋梁特點(diǎn)、環(huán)境場(chǎng)地因素等綜合分析選定最優(yōu)方案，希望本文能為以后類似橋梁施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳明憲.斜拉橋建造技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]杜振華.大跨度斜拉橋鋼-混結(jié)合梁組合效應(yīng)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2009.

[3]譚鑫波.組合梁斜拉橋參數(shù)敏感性分析與施工控制[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.

[4]孫旭陽.鋼混組合梁斜拉橋施工技術(shù)及質(zhì)量控制分析[J].交通世界，2016（18）：110-111.

[5]劉翠云，黃輝，毛偉琦.摩洛哥布里格里格河谷斜拉鋼-混凝土組合梁建造技術(shù)[J].交通科技，2016（2）：53-55.