大跨超寬鋼箱梁斜拉橋邊跨施工關(guān)鍵技術(shù)

卜星瑋，徐海云，陳誠(chéng)

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430012）

0 引言

隨著我國(guó)橋梁領(lǐng)域的飛速發(fā)展，鋼箱梁憑借其跨越能力強(qiáng)、橋型美觀、施工周期短、整體性好、抗扭剛度大、施工隊(duì)環(huán)境影響小等特點(diǎn)，逐漸成為大跨度斜拉橋主梁的首選形式，斜拉橋鋼箱梁的吊裝架設(shè)工藝也成熟[1]。常規(guī)工藝是在主塔兩側(cè)設(shè)置支架，起重船吊裝塔區(qū)梁段上支架并結(jié)合滑移方法完成塔區(qū)梁段安裝[2]，之后，在塔區(qū)梁段頂面拼裝橋面吊機(jī)依次進(jìn)行主跨、次邊跨、邊跨鋼箱梁的安裝，梁段全部由運(yùn)梁駁船供梁，橋面吊機(jī)在橋面對(duì)稱(chēng)懸拼施工[3]。但是該工藝在次邊跨、邊跨處于淺灘區(qū)或陸地上時(shí)，就難以實(shí)施。同時(shí)，受制于輔助墩、過(guò)渡墩空間位置的影響，傳統(tǒng)方法通常采用高支架存梁[4]，保證梁底高于墩頂，后期直接在支架上起吊梁段完成邊跨梁段安裝，該方法支架安拆工程量大，施工成本高，滑梁安全風(fēng)險(xiǎn)較大。針對(duì)該類(lèi)施工條件，經(jīng)過(guò)方案論證，提出了沌口大橋邊跨無(wú)水區(qū)鋼箱梁矮支架存梁施工工藝。

1 工程概況

沌口長(zhǎng)江公路大橋主橋采用五跨一聯(lián)雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，跨徑布置為100 m+275 m+760 m+275 m+100 m，全長(zhǎng)1 510 m，為半漂浮體系斜拉橋，見(jiàn)圖1。

圖1 主橋橋型布置Fig.1 Main bridge type layout

主橋鋼箱梁含風(fēng)嘴頂板全寬46 m，不含風(fēng)嘴頂板寬43.2 m，中心線處梁高4 m。鋼箱梁全長(zhǎng)1 507.92 m（不含伸縮縫），分為4種梁段類(lèi)型，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度12 m，邊跨尾索區(qū)節(jié)段長(zhǎng)度9 m、11.7 m，索塔區(qū)梁段長(zhǎng)度11.4 m，最重SS23鋼箱梁位于邊跨側(cè)，梁重454.8 t。

索塔區(qū)受空間位置的限制，搭設(shè)少支架，采用大型起重船存放5榀鋼箱梁，通過(guò)千斤頂系統(tǒng)調(diào)梁就位。再在索塔區(qū)梁段兩端安裝2臺(tái)250 t卷?yè)P(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)橋面吊機(jī)，采用運(yùn)梁駁船水上喂梁+橋面吊機(jī)懸拼的工藝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)梁段的施工。邊跨位于陸地段，需提前設(shè)置臨時(shí)支架存梁，待施工至邊跨梁段后采用橋面吊機(jī)懸拼。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙梁段布置及現(xiàn)場(chǎng)水文條件，主橋5號(hào)～6號(hào)邊跨SS22～SS31鋼箱梁位于陸地段，需設(shè)置臨時(shí)支架預(yù)存。

2 邊跨存梁施工方案比選

高支架存梁時(shí)，支架頂高程高于墩頂標(biāo)高，將所有梁段按照設(shè)計(jì)橋位存放在支架上，后期直接采用橋面吊機(jī)起吊安裝。優(yōu)點(diǎn)是梁段拼裝方便，缺點(diǎn)是支架安拆成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大。

矮支架存梁時(shí)，受制于墩身空間位置的干擾，最后2個(gè)梁段需要與其他梁段疊放，同時(shí)，邊跨合龍施工時(shí)需進(jìn)行支架體系轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)是支架安拆工程量小、施工風(fēng)險(xiǎn)低，缺點(diǎn)是施工工序較多。

2.1 高支架存梁施工

邊跨存梁支架軌道梁標(biāo)高按照主橋5號(hào)墩墩頂標(biāo)高控制，大型起重船?？恐鳂?號(hào)墩附近的岸灘區(qū)，將鋼箱梁提升至軌道梁的滑塊上，再沿主橋5號(hào)墩墩頂設(shè)置的軌道梁滑移至設(shè)計(jì)位置。

高支架存梁可以減少鋼箱梁吊裝作業(yè)時(shí)起重船吊幅，但支架用鋼量較大、高支架滑梁安全風(fēng)險(xiǎn)高。

2.2 矮支架存梁施工

主橋5號(hào)～6號(hào)墩之間設(shè)計(jì)為矮支架，存梁吊裝作業(yè)時(shí)，起重船提升鋼箱梁過(guò)主橋5號(hào)墩墩頂，再落梁至矮支架滑移軌道梁上，沿軌道梁滑移就位?？紤]到主橋5號(hào)～6號(hào)墩的空間無(wú)法滿足SS24～SS31鋼箱梁的存梁要求，將SS24、SS25分別與SS30、SS31疊放，待橋面吊機(jī)懸拼至SS29梁段，再滑移SS30、SS31梁段就位。矮支架存梁見(jiàn)圖2。

圖2 矮支架存梁布置圖Fig.2 Low support beam layout plan

矮支架存梁可減少鋼管支架搭設(shè)量，地層較好區(qū)段可采用條形基礎(chǔ)，存梁施工風(fēng)險(xiǎn)低，但起重船需吊裝鋼箱梁跨主橋5號(hào)墩墩頂后落梁，吊幅、吊高增加，岸灘區(qū)需要清淤保證起重船作業(yè)水深。兩種支架存梁施工方案對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 存梁施工方案對(duì)比分析Table 1 Comparative analysis of beam retaining construction schemes

通過(guò)綜合比選，矮支架存梁方案經(jīng)濟(jì)性較好，且不存在高空滑梁的風(fēng)險(xiǎn)，但起重船吊梁施工受岸灘區(qū)水深影響較大，需提前對(duì)河床面進(jìn)行清淤，同時(shí)應(yīng)盡可能安排在高水位存梁。

3 邊跨存梁施工

3.1 施工準(zhǔn)備

1）岸灘區(qū)清淤

鋼箱梁吊裝作業(yè)時(shí)，起重船位于岸灘區(qū)，為了減少起重船作業(yè)半徑，采用挖機(jī)上汽渡駁的方式對(duì)臨近主橋5號(hào)墩的岸灘區(qū)進(jìn)行河床清淤，保證起重船吊梁作業(yè)時(shí)吃水深度。

2）基礎(chǔ)施工

靠近岸灘區(qū)支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，采用旋挖鉆施工。上游側(cè)部分區(qū)段地層條件較好，設(shè)計(jì)為條形基礎(chǔ)，截面尺寸2.5 m×1.5 m。

3）支架安裝

待基礎(chǔ)施工完成后，采用50 t汽車(chē)吊進(jìn)行存梁支架的安裝，包括鋼管樁立柱、平聯(lián)管、軌道梁、墊板、防護(hù)平臺(tái)等結(jié)構(gòu)的安裝。

3.2 鋼箱梁吊裝

邊跨鋼箱梁最大梁重406 t，最遠(yuǎn)吊幅52 m，最大吊高30 m，結(jié)合上述作業(yè)參數(shù)，選用大型起重船進(jìn)行鋼箱梁吊裝[5]，主要分為起梁、過(guò)墩、落梁3道連續(xù)的施工工序。

1） 起梁

起重船鉤頭與吊具連接后，絞錨移至存放鋼箱梁的船舶?？繀^(qū)，再落鉤將吊具與鋼箱梁頂板對(duì)應(yīng)位置的耳板銷(xiāo)接，然后緩慢起升鋼箱梁使其脫離船舶支墩，待鋼箱梁起升一定高度后，存梁船舶駛離作業(yè)區(qū)。

2） 過(guò)墩

待存梁船舶駛離后，起重船通過(guò)絞錨移位靠近存梁區(qū)，并利用系掛的纜風(fēng)繩將鋼箱梁位置調(diào)正，接著繼續(xù)緩慢提升鋼箱梁直至高出主橋5號(hào)墩墩頂2～3 m，再慢速絞錨前移起重船實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的過(guò)墩。

3） 落梁

鋼箱梁過(guò)墩后，起重船停止絞錨，穩(wěn)定一段時(shí)間，確保鋼箱梁下部空間無(wú)干擾后緩慢落鉤，最后落梁至邊跨滑移軌道的支撐滑塊上。每榀鋼箱梁設(shè)置4個(gè)支撐滑塊，考慮到縱坡的影響，吊梁時(shí)鋼箱梁存在一定傾斜，落梁時(shí)鋼箱梁底板先接觸前端2個(gè)滑塊，待滑塊完全著力后，再緩慢落鉤，直至4個(gè)滑塊完全受力，解除鋼箱梁與吊具的連接。鋼箱梁落梁見(jiàn)圖3。

圖3 落梁Fig.3 Falling beam

3.3 鋼箱梁滑移

鋼箱梁落梁后支墊在滑塊上，為了保證后續(xù)存梁梁段的空間，需通過(guò)牽引系統(tǒng)將該梁段沿軌道梁滑移至設(shè)計(jì)存放位置，再將支墊滑塊臨時(shí)限位固定。

3.3.1 牽引系統(tǒng)比選

上下游各布設(shè)了1根滑移軌道梁，鋼箱梁落梁后，利用牽引系統(tǒng)將鋼箱梁滑移到位，常用千斤頂牽引系統(tǒng)[6]和卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)[7]2種方式。

兩種牽引方式均具有可操作性強(qiáng)、安全可控的優(yōu)點(diǎn)，但千斤頂牽引系統(tǒng)同步性較好、卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)工效高，考慮到大型起重船利用高水位存梁以保證岸灘區(qū)水深作業(yè)條件，存在施工窗口期，采用工效較高的卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)進(jìn)行滑梁。

3.3.2 牽引系統(tǒng)安裝

1）滑塊安裝

滑塊主要由型鋼立柱、頂板、底板、四氟板、耳板組成，滑塊頂板支墊木板與鋼箱梁底板接觸使其均勻受力，底板安裝四氟板可減少滑塊與軌道梁上鋼墊板的摩阻力，行進(jìn)方向上前后滑塊通過(guò)型鋼連接確保同步。

2）卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝

SS25、SS31鋼箱梁需疊放后整體滑移，最大自重為710 t，四氟板與鋼墊板間的靜摩阻系數(shù)0.07，則最大摩阻力f=0.07×710=50 t，單個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)需提供約25 t的牽引力?，F(xiàn)場(chǎng)布設(shè)10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，通過(guò)滑輪組走四線，最大可提供40 t的牽引力，卷?yè)P(yáng)機(jī)上繞A24鋼絲繩，破斷力約為20 t，能夠滿足鋼箱梁滑移要求。卷?yè)P(yáng)機(jī)上下游對(duì)稱(chēng)布置，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)+預(yù)埋件的方式進(jìn)行固定。

3）支撐架安裝

鋼箱梁滑移時(shí)，已存梁段支撐滑塊占據(jù)了前進(jìn)方向軌道梁的位置，牽引鋼絲繩無(wú)法沿軌道梁走線，在軌道兩側(cè)焊接支撐架，將牽引鋼絲繩沿軌道梁兩側(cè)布設(shè)，與軌道梁形成一定角度來(lái)避開(kāi)支墊的滑塊。安裝示意見(jiàn)圖4。

圖4 支撐架安裝示意圖Fig.4 Sketch of installation of support frame

4）滑輪組安裝

滑輪組采用2個(gè)30 t雙柄滑輪，1個(gè)動(dòng)滑輪，1個(gè)定滑輪，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩走四線。沿軌道梁兩側(cè)焊接支撐架，一側(cè)焊接耳板系掛定滑輪，一側(cè)焊接耳板固定繩頭。動(dòng)滑輪系掛在滑塊的耳板上，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩繞繩依次通過(guò)動(dòng)滑輪、定滑輪，最后利用30 t卸扣將繩頭鎖定在支撐架的耳板上。

3.3.3 卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引施工

鋼箱梁落梁到位后，檢查牽引系統(tǒng)連接位置，確認(rèn)符合要求方可進(jìn)行卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引作業(yè)。卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引主要分為點(diǎn)動(dòng)試?yán)瓎?dòng)、低檔正常牽引、糾偏、點(diǎn)動(dòng)牽引就位4道施工工序。

1）準(zhǔn)備工作就緒后，啟動(dòng)上下游卷?yè)P(yáng)機(jī)將鋼絲繩帶力，再同步點(diǎn)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)試?yán)?，逐?jí)增大卷?yè)P(yáng)機(jī)啟動(dòng)電流，但需注意保持2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)啟動(dòng)電流基本相同。當(dāng)鋼箱梁出現(xiàn)輕微滑動(dòng)時(shí)，停止點(diǎn)動(dòng)，維持鋼絲繩繃緊狀態(tài)即可，記錄此時(shí)的啟動(dòng)電流。

2）同步啟動(dòng)2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，啟動(dòng)電流為之前記錄的數(shù)值，鋼箱梁開(kāi)始緩慢出現(xiàn)滑動(dòng)，由于滑動(dòng)摩阻力較靜摩阻力小，待鋼箱梁滑動(dòng)后，速度會(huì)逐漸增大，將卷?yè)P(yáng)機(jī)檔位調(diào)位至低檔，開(kāi)始正常的牽引。

3）牽引過(guò)程中，2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)無(wú)法做到完全同步，滑塊隨之出現(xiàn)偏位，朝向軌道梁一側(cè)的擋板。此時(shí)，操作人員需根據(jù)偏位的方向，對(duì)偏離一側(cè)的卷?yè)P(yáng)機(jī)加檔、偏向一側(cè)的卷?yè)P(yáng)機(jī)減檔，逐步糾偏后再調(diào)整到正常檔位。

4）距離鋼箱梁存梁位置5 m處，停止2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)低檔牽引，開(kāi)始同步點(diǎn)動(dòng)牽引，直至鋼箱梁就位。

4 邊跨鋼箱梁安裝

4.1 SS22～SS29梁段安裝

待運(yùn)梁駁船水上喂梁+橋面吊機(jī)懸拼法施工至邊跨SS21梁段，橋面吊機(jī)繼續(xù)提升邊跨存梁支架上SS22梁段，完成與SS21梁段的懸拼。再在主橋5號(hào)墩墩頂布置千斤頂調(diào)位系統(tǒng)，調(diào)整SS23梁段的標(biāo)高及平面位置，完成與SS22梁段的匹配焊接。再將橋面吊機(jī)行走至墩頂SS23梁段，采用懸拼施工工藝依次完成SS24～SS29梁段的安裝。

4.2 SS30、SS31梁段安裝

1）橋面吊機(jī)行走至SS29梁段，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)將SS31鋼箱梁滑移至橋面吊機(jī)提升位置，再利用橋面吊機(jī)將SS31鋼箱梁提升到最大標(biāo)高位置。

2）待SS31梁段提升到最大標(biāo)高位置后，利用梁底的空間采用50 t汽車(chē)吊安裝主橋6號(hào)墩墩頂滑移支架，并鋪設(shè)滑移軌道。

3）卷?yè)P(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)橋面吊機(jī)變幅[8]，將SS31鋼箱梁緩慢落梁支撐在主橋6號(hào)墩墩頂滑移支架軌道梁的滑塊上，再利用牽引系統(tǒng)SS31鋼箱梁滑移至設(shè)計(jì)位置?？紤]到牽引距離短、高空作業(yè)受限，牽引系統(tǒng)利用墩頂設(shè)置千斤頂。待SS31鋼箱梁滑移就位后，采用50 t汽車(chē)吊拆除懸挑的墩頂滑移支架軌道梁。SS31梁段墩頂布置見(jiàn)圖5。

圖5 SS31梁段墩頂布置Fig.5 Pier top arrangement of SS31 beam section

4）采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)將SS30鋼箱梁滑移至橋面吊機(jī)提升位置，再利用橋面吊機(jī)提升SS30鋼箱梁，完成與SS29鋼箱梁的匹配焊接。再在主橋6號(hào)墩墩頂布置千斤頂調(diào)位系統(tǒng)，調(diào)整SS31梁段的標(biāo)高及平面位置，與SS30梁段的匹配焊接，即完成邊跨合龍施工。

5 結(jié)語(yǔ)

1）沌口長(zhǎng)江公路大橋斜拉橋邊跨無(wú)水區(qū)超寬鋼箱梁采用矮支架存梁，在高水位利用起重船吊梁過(guò)墩，減少了支架安裝工程量，節(jié)省了費(fèi)用，同時(shí)可避免高支架存梁帶來(lái)的滑梁安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）大范圍、長(zhǎng)距離存梁施工，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)，極大地提高了鋼箱梁滑移工效，將原計(jì)劃10 d的存梁施工工期縮短至3 d，確保了高水位施工窗口期完成邊跨鋼箱梁存梁施工。

3）矮支架存梁時(shí)，邊跨墩頂梁段無(wú)法提前存放到位，采用橋面吊機(jī)提梁+存梁支架體系轉(zhuǎn)換可解決邊跨合龍施工時(shí)墩頂梁段空間位置的干擾，施工安全可控。