寬幅節(jié)段拼裝箱梁雙架橋機同步拼裝技術(shù)研究*

呂 林，金啟釗，李青杠，查小林，周 滿

(1.中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000；2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

0 引言

隨著節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)在我國的發(fā)展，目前架橋機拼裝施工已在實際工程中得以廣泛應(yīng)用。目前對節(jié)段預(yù)制拼裝箱梁的逐跨施工都集中在單臺架橋機行走研究上，目前對2臺架橋機同步行走逐孔架設(shè)的施工技術(shù)研究尚無實例。本文結(jié)合南昌市洪都大道快速化改造工程，對2臺架橋機同步并行架設(shè)技術(shù)進行研究，旨在為后續(xù)工程施工和類似工程提供借鑒，以提高施工質(zhì)量和縮短工期。

1 工程概況

洪都大道快速化改造工程北起英雄大橋，南接九州高架，與陽明路、南京路、北京路和解放路等城市主干道相交，全長約7.8km，其中主線高架長7.6km。標(biāo)準跨徑連續(xù)箱梁主要為三跨一聯(lián)，局部為兩跨一聯(lián)，其中橋面標(biāo)準寬度(25m)箱梁采用雙箱雙室斷面，橋面變寬度箱梁(25～46.5m)采用四箱四室或三箱三室斷面(見圖1a)。主線標(biāo)準等寬橋為分離式雙箱單室橫斷面，橫橋向2個箱室，單個箱寬12.1m，兩個箱之間現(xiàn)澆縫寬0.6m；預(yù)制節(jié)段箱梁為等高度，高2.2m(見圖1b)，為了縮短工期，同時考慮到單臺架橋機分幅施工時會因偏心荷載對墩頂橫梁造成影響，因此標(biāo)準跨采用2臺架橋機同步逐跨拼裝施工(見圖1c)。

圖1 洪都大道快速化改造工程示意

2 架橋機逐孔節(jié)段拼裝施工技術(shù)

2.1 架橋機構(gòu)造及性能

拼裝施工過程中采用LG75型節(jié)段拼裝架橋機，如圖2所示，是根據(jù)洪都大道快速化改造工程節(jié)段梁架設(shè)專門研制，屬雙臂簡支型，導(dǎo)梁能上下升降、前后伸縮、左右搖擺，可架設(shè)直橋、斜橋及曲線橋節(jié)段梁片，主梁采用桁架結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)能力強 ，自重小，對柔性墩柱影響小。架橋機主要由主桁架、0～3號柱、縱移機構(gòu)、前后橫聯(lián)、小行車、整體落梁行車、吊梁扁擔(dān)、液壓系統(tǒng)等組成。架橋機主要技術(shù)參數(shù)為：小行車額定起重量85t，吊梁起升速度0～1.5m/min，吊梁縱移速度0～10m/min，過孔速度2.7m/min，適宜跨度≤35m，架設(shè)曲線半徑≥350m，行車橫移量±250mm，整機掛梁重650t，整機重350t，適應(yīng)縱坡±6%，適應(yīng)橫坡±4%，起升高度20m，工作級別A3，整機功率80kW，操作方式為手動遙控，副鉤起重量10t，采用橋下喂梁方式，整機外形尺寸為75.4m×8.2m×11m。架設(shè)跨徑為35m，考慮架橋機的通用性能，架橋機預(yù)留架設(shè)跨度40m，整機重約350t。

圖2 架橋機主要構(gòu)造

2.2 架橋機逐孔架梁工序

1)喂梁試拼 根據(jù)施工進度安排，拖車將預(yù)制梁場的各節(jié)段箱梁運至施工現(xiàn)場。運梁車駛?cè)胛沽和ǖ篮?，根?jù)拼裝位置，將運梁車精確駛?cè)爰軜驒C下方吊梁行車取梁位置，尤其是最后2片梁，取梁空間有限，需精準倒車(該空間可作為唯一喂梁場地)。行車放下吊梁扁擔(dān)，利用精軋螺紋鋼將扁擔(dān)和梁體連接錨固，松開梁片固定鋼絲繩，起升行車吊具，利用其液壓油缸和回轉(zhuǎn)裝置調(diào)整梁片空中姿態(tài)，將梁片喂入架橋機。多次作業(yè)后將所有梁片節(jié)段逐一提至所對應(yīng)的掛梁裝置上，如圖3所示。

圖3 喂梁試拼施工

2)膠拼及臨時預(yù)應(yīng)力張拉 涂抹環(huán)氧樹脂采取高低位掛梁，如圖4所示，涂抹1號梁時，高位提升1號梁，使其與相鄰的2號梁形成高低位，施工人員站在2號梁面進行涂抹施工，涂抹完成后提升2號梁進行拼接，再依次進行下一梁段的涂抹施工。涂抹環(huán)氧樹脂前，將節(jié)段梁表面清理干凈，確保接合面無灰塵、灰漿、油污及水漬等污染。環(huán)氧樹脂采取機械拌合，采用專用刷子將膠體均勻涂抹至結(jié)合面，涂膠厚度2mm，≤3mm。涂抹環(huán)氧樹脂時，要求在保證一定擠出率的同時，又要確保離預(yù)應(yīng)力筋管道一定距離，以免擠出的環(huán)氧樹脂影響預(yù)應(yīng)力筋管道，因此采取在節(jié)段梁端面孔道處設(shè)置密封圈。在每個節(jié)段拼裝完成后，適時通孔。涂膠時間控制在50min內(nèi)，并在2h內(nèi)進行臨時預(yù)應(yīng)力張拉拼接。臨時預(yù)應(yīng)力張拉采取普通張拉，張拉上下、左右同時對稱進行，利用制作的鋼制臨時支座，通過φ32精軋螺紋鋼拼接相鄰2片節(jié)段梁。

圖4 環(huán)氧樹脂涂抹施工

3)預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿 當(dāng)整孔節(jié)段梁膠拼結(jié)束后，應(yīng)及時進行預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿。預(yù)應(yīng)力鋼束張拉結(jié)束后，及時對預(yù)應(yīng)力孔道進行壓漿。

3 試驗方案設(shè)置

施工時由于左、右幅不能同時起吊梁體，因此會產(chǎn)生偏心荷載，使墩頂橫梁處于偏心受力狀態(tài)，同時，架橋機施工時吊索及架橋機施工過程中的變形均會對梁體的拼裝精度產(chǎn)生影響，為了探究施工過程中墩頂橫梁、架橋機和吊索在吊梁及預(yù)應(yīng)力張拉過程中應(yīng)變的變化情況，選193～194號墩的梁體進行試驗研究，本跨梁體標(biāo)準長度為35m，縱向共分10個節(jié)段，左、右幅共計20個節(jié)段。擬針對施工時墩頂橫梁、架橋機及吊索的受力變化情況進行測試，以探究同步拼裝施工時墩頂橫梁、架橋機及吊索應(yīng)變的變化規(guī)律。

3.1 墩頂橫梁應(yīng)變測試

考慮到架橋機左、右幅分別起吊預(yù)制節(jié)段箱梁時會造成偏心荷載，使得橫梁處于偏心受壓狀態(tài)，為了探究架橋機起吊梁體及梁體張拉時對墩頂?shù)挠绊?，以左半幅橫梁為試驗對象，架橋機過跨前即墩頂橫梁承受架橋機自重前分別在橫梁的中部、翼緣板、腹板處設(shè)置振弦式應(yīng)變計M1～M6，如圖5所示。架橋機安裝完畢后，分別調(diào)試應(yīng)變計M1～M6使其處于正常狀態(tài)，每起吊1節(jié)段箱梁后及完成1束預(yù)應(yīng)力張拉時讀數(shù)1次。

圖5 墩頂橫梁應(yīng)變計布置

3.2 架橋機主梁及吊索應(yīng)變測試

架橋機起吊梁段后，吊索及架橋機主桁架必定產(chǎn)生豎向變形，從而對箱梁的拼裝精度造成影響。為探究架橋機起吊梁體及梁體張拉時變形，從而精確控制梁體標(biāo)高和拼裝精度，以左半幅架橋機為試驗對象，架橋機過跨前，即墩頂橫梁承受架橋機自重前分別在架橋機的主梁弦桿布置應(yīng)變計J1～J3。張拉預(yù)應(yīng)力時，梁段之間逐漸壓縮，橋梁形成上拱趨勢，這勢必會造成吊索索力變化。因此，在左幅靠近中跨的3個吊索上分別設(shè)置應(yīng)變計S1～S3，如圖6所示。

圖6 架橋機吊索應(yīng)變計布置

4 試驗過程及結(jié)果

為使左、右幅箱梁保持平衡狀態(tài)，箱梁逐跨拼裝時采用雙幅架橋機同步架設(shè)施工。逐跨拼裝施工過程中，左、右幅箱梁吊裝箱梁節(jié)段數(shù)量差異≤1個節(jié)段。設(shè)左幅的箱梁節(jié)段為奇數(shù)號、右幅為偶數(shù)號，箱梁起吊后，分別記錄墩頂應(yīng)變計M1～M6、架橋機主梁應(yīng)變計J1～J3的讀數(shù)，計算出微應(yīng)變后，取橫坐標(biāo)為吊梁次序，縱坐標(biāo)為微應(yīng)變，墩頂橫梁處M1～M6及架橋機主梁處J1～J3的微應(yīng)變隨梁段起吊的變化值分別如圖7，8所示。

圖7 墩頂橫梁應(yīng)變分布

圖8 架橋機主梁處應(yīng)變分布

由圖7，8可知，隨著梁段吊裝，橫梁處應(yīng)變逐漸增大，且M1～M6都為負值，表明M1～M6位置都處受壓狀態(tài)。架橋機主梁的應(yīng)變隨節(jié)段的吊裝也逐漸增大，且J1～J3都為正值，表明架橋機的下弦桿和腹桿均處于受拉狀態(tài)。各節(jié)段懸掛完成后，接縫處涂抹環(huán)氧樹脂，現(xiàn)澆墩頂橫梁與節(jié)段之間的濕接縫，待混凝土強度達到設(shè)計強度后開始張拉，記錄墩頂橫梁處M1～M6處及架橋機主梁處J1～J3的應(yīng)變值。設(shè)定張拉時的節(jié)點為21(吊梁節(jié)點為1～20)，以張拉順序為橫坐標(biāo)繪制墩頂橫梁M1～M6及架橋機主梁J1～J3處微應(yīng)變隨箱梁預(yù)應(yīng)力張拉的變化圖，如圖9，10所示。同時，張拉開始時將吊索的應(yīng)變計置0，開始測試張拉對吊索應(yīng)變的影響情況，吊索應(yīng)變隨張拉順序的變化值如圖11所示。

圖9 墩頂橫梁處應(yīng)變變化值

圖10 架橋機處應(yīng)變分布

圖11 架橋機吊索處應(yīng)變分布

由圖8可知，隨著預(yù)應(yīng)力張拉，墩頂橫梁處上表面的應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力。隨著張拉推進，M2～M6處應(yīng)變逐漸變大，表明張拉使梁體上拱，使得梁體上表面處于受拉狀態(tài)，而沿橫梁高度的中間位置45°方向的應(yīng)變持續(xù)增大，仍為壓應(yīng)力。同時，如圖10所示，隨著張拉進行，架橋機主梁處應(yīng)變也發(fā)生較大變化，主梁腹桿的應(yīng)變(J2～J3)急劇變小，而主梁下弦桿的應(yīng)變由正變負且其絕對值持續(xù)增大。這表明張拉時，梁體整體被壓縮，產(chǎn)生向上的預(yù)應(yīng)力拱，使得豎向桿件的應(yīng)力逐漸減小，但整體仍處于受拉狀態(tài)，而由于梁體被壓縮，橫向桿件則從受拉狀態(tài)變?yōu)槭軌籂顟B(tài)。另外，由圖11可知，隨著預(yù)應(yīng)力張拉，吊裝節(jié)段的吊索應(yīng)變值也逐漸增大，同時為負值，表明吊索隨預(yù)應(yīng)力張拉出現(xiàn)較大程度回縮。

5 結(jié)語

1)雙架橋機同步拼裝施工的整體方案可行。由監(jiān)測結(jié)果可知，墩頂處的應(yīng)變未出現(xiàn)較大波動，表明雙機同步施工時左右對稱吊裝可行，不會出現(xiàn)偏心荷載引起橫梁處的應(yīng)力發(fā)生急劇變化情況。

2)隨著節(jié)段依次起吊，墩頂橫梁處的應(yīng)變也逐漸增大，橫梁上表面及橫梁高度方向中間位置處均表現(xiàn)為壓應(yīng)力。隨著張拉進行，梁體上表面則表現(xiàn)為拉應(yīng)力，而橫梁高度方向中間位置的主應(yīng)力仍為壓應(yīng)力，表明梁體吊裝節(jié)段墩頂橫梁上表面處于受壓狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力張拉時，墩頂橫梁表面由受壓狀態(tài)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，說明預(yù)應(yīng)力張拉使得梁體產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力拱。

3)梁體吊裝時，架橋機豎向和橫向變形逐漸增大。隨著張拉進行，架橋機的豎向變形減小，而橫向變形反向增大，同時，吊索也出現(xiàn)較明顯回縮，這表明吊裝時架橋機產(chǎn)生向下?lián)隙龋跛饕伯a(chǎn)生豎向伸長，而張拉預(yù)應(yīng)力時，梁體產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力拱，使得架橋機的撓度減小，吊索出現(xiàn)較明顯回縮，但架橋機水平方向卻出現(xiàn)受壓狀況。

4)監(jiān)測結(jié)果表明，吊裝時架橋機及吊索產(chǎn)生的豎向變形和張拉時梁體產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力拱對梁體的線形和標(biāo)高均有一定影響，后續(xù)施工時應(yīng)充分考慮以上兩方面影響，從而確保梁體施工精度。