馬來西亞登嘉樓開啟橋懸拼安裝技術(shù)*

吳 昊，潘孝金，吳慶超，徐 昌，趙 杰

(中國華西企業(yè)有限公司，廣東 深圳 518034)

0 引言

馬來西亞登嘉樓開啟橋為雙葉立轉(zhuǎn)式開啟橋，南北橫跨登嘉樓河，開啟橋橋體全長89.838m、寬23m，轉(zhuǎn)動半徑33.5m，跨徑67m，開啟角度75°。采用無線通信技術(shù)實現(xiàn)兩岸開啟橋系統(tǒng)間的無線聯(lián)控，通過控制南北岸液壓系統(tǒng)驅(qū)動液壓油缸伸縮，實現(xiàn)雙葉懸臂橋體的開啟與關(guān)閉。

1 工程概況

橋體結(jié)構(gòu)采用鋼桁結(jié)構(gòu)，單橋由3片變截面工字形主縱梁(2片邊縱梁OBG及1片中縱梁IBG)、12道對稱布置的工字形主橫梁(FB0～FB5)、頂部縱橫次梁及底部水平斜撐等構(gòu)件栓接成橋體結(jié)構(gòu)框架，邊縱梁兩側(cè)連接人行道結(jié)構(gòu)。功能上分為配重段、軸承段和懸臂段3個區(qū)段，如圖1所示。

圖1 馬來西亞登嘉樓開啟橋橋體示意

主縱梁采用鋼板焊接而成，中縱梁單片重84t，長44.825m，配重段高2.767m，軸座段最大高度3.831m，懸臂段最小高度1.961m，邊縱梁梁高小于中縱梁194mm。主橫梁長8.7m，最大重7.7t。

配重箱為2個T形鋼箱體，由縱橫梁、底部模塊和側(cè)壁模塊組成，與配重段主縱梁栓接，鋼箱體內(nèi)部填充混凝土作為主要配重，調(diào)節(jié)橋體重心縱向位置，側(cè)壁模塊上設(shè)計小方格裝配墨鑄鐵活動配重塊，調(diào)節(jié)橋體重心豎向位置。軸承段主縱梁為橋體核心部件，轉(zhuǎn)軸和前支撐上支座間設(shè)計有液壓油缸上支座，作為液壓油缸頂升主縱梁開啟的上部支點，如圖2所示。懸臂段端頭采用中部鎖定裝置，進(jìn)行南北橋?qū)χ墟i定。

圖2 軸承座與液壓油缸示意

橋體配重段正上方為混凝土組合固定橋板，用于引橋和開啟橋橋面銜接，固定橋面板兩端連接在開啟橋主墩箱室剪力墻上；軸承段和懸臂段橋面鋪裝采用200mm厚輕質(zhì)混凝土組合橋面板，開啟橋單橋橋體全重約1 500t。

2 開啟橋安裝重難點與施工技術(shù)分析

2.1 航道要求

本項目位于登嘉樓河入?？冢瑯蛄嚎缭降暮降朗堑羌螛谴笾行痛坏奈ㄒ怀鋈肟?，占用航道進(jìn)行安裝，會對本地企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營造成影響。因此，橋體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用南北橋獨立施工的方法，在單邊橋體安裝完成并調(diào)試結(jié)束后，將該橋體打開，進(jìn)行另一半橋體安裝，降低對航道通行的影響。根據(jù)大型船只早出晚歸的時間特點，掌握和控制航行時間段，進(jìn)行全橋聯(lián)合調(diào)試。

2.2 精密機(jī)械設(shè)備吊裝

軸承座為設(shè)備開啟與關(guān)閉動作的關(guān)鍵部件，單跨橋的3個軸承座同軸度要求為0.75mm，單重24.7t，其制造及安裝精度要求較高。另有液壓油缸(長5.3m，重8t)及液壓動力站(3.6m(長)×2.2m(寬)×3.1m(高)，重6.7t)等重要機(jī)械設(shè)備構(gòu)件。安裝過程中，精密設(shè)備輕微撞擊可能造成難以補(bǔ)救的損傷。因此，船用起重機(jī)等水上吊裝設(shè)備無法滿足吊裝要求，須穩(wěn)定可靠的地面重型吊裝設(shè)備。經(jīng)綜合考慮，采用150t履帶式起重機(jī)作為精密機(jī)械及橋體結(jié)構(gòu)的吊裝設(shè)備。

2.3 起重機(jī)軌道鋼平臺設(shè)計

考慮履帶式起重機(jī)作業(yè)時對地面要求，為150t履帶式起重機(jī)走行和吊裝設(shè)計了專用軌道鋼平臺，該平臺下部采用φ457×10鋼管柱、UC305×305×118kg/m工字鋼上橫梁和UB254×146×43kg/m工字鋼橫聯(lián)斜撐組成的支架，上部采用貝雷片桁架梁、縱橫工字鋼分配梁和鋼板組合的平臺。下部結(jié)構(gòu)支架桿件避開開啟橋主體結(jié)構(gòu)梁，上部結(jié)構(gòu)平臺高于開啟橋橋面標(biāo)高，避免起重機(jī)作業(yè)平臺及支架結(jié)構(gòu)對開啟橋橋體安裝產(chǎn)生影響。貝雷片桁架梁采用321標(biāo)準(zhǔn)貝雷片和1m非標(biāo)準(zhǔn)貝雷片縱向組合，使貝雷片豎桿與支架上橫梁支座對應(yīng)，支座不能對應(yīng)貝雷片豎桿處，增加豎向支撐柱加強(qiáng)。單軌道采用6組貝雷片，設(shè)計間距600mm，履帶下部300mm，兩軌道間設(shè)置貝雷片橫聯(lián)增加側(cè)向穩(wěn)定性。為抵抗履帶式起重機(jī)帶載行走過程中產(chǎn)生的水平力，支架結(jié)構(gòu)與主墩箱室側(cè)壁混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉結(jié)，如圖3所示。

圖3 起重機(jī)軌道平臺

2.4 鋼梁分段與起重機(jī)占位設(shè)計

考慮到運輸及現(xiàn)場安裝，采用主縱梁分段制造及安裝方案。根據(jù)履帶式起重機(jī)的起重性能參數(shù)、主縱梁結(jié)構(gòu)特點和下部支座位置等因素，將主縱梁分為4個節(jié)段：配重段和軸承段依次為第1和第2節(jié)段，懸臂段分成2個節(jié)段，分別為第3和第4節(jié)段，相鄰節(jié)段間采用螺栓連接。第2節(jié)段鋼梁與轉(zhuǎn)軸組件通過高強(qiáng)螺栓連接組合，最大吊裝構(gòu)件總重57t，如圖4所示。

圖4 主縱梁分段示意

在主縱梁分段制造前，進(jìn)行橋體結(jié)構(gòu)的預(yù)拱度設(shè)計，加工后進(jìn)行構(gòu)件實體預(yù)拼裝，節(jié)段連接位置的螺栓孔群及拼接板孔群的加工采用專門制孔工藝，確保加工孔群同位差滿足要求，保證主縱梁拼裝后，桿件平面度、垂直度、直線度等滿足要求。

根據(jù)構(gòu)件尺寸、自重及分布位置，設(shè)計4個起重機(jī)占位點，如圖5所示：①初始站位起吊液壓油缸、軸承座等設(shè)備；②占位1 起吊第2節(jié)段中縱梁IBG(重57t)，起吊轉(zhuǎn)運幅度9m；③占位2起吊第2節(jié)段邊縱梁OBG(重53t)，起吊轉(zhuǎn)運幅度10m；④占位3起吊第1，3，4節(jié)段構(gòu)件。

圖5 起重機(jī)占位示意

2.5 吊裝工況分析

采用空間有限元程序MIDAS/Gen對吊裝過程中的6種不利工況進(jìn)行仿真分析，如圖6所示。

圖6 工況模擬模型

其中，下部支撐結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比0.38<1，上部貝雷梁鋼平臺最大應(yīng)力比0.84<1，貝雷梁最大豎向變形1/1 376<1/400，滿足規(guī)范要求，如表1所示。

表1 吊裝工況分析

2.6 重心控制

橋體重心位置隨著橋體安裝進(jìn)程會不斷變化。軸承座支座和前支撐支座間距小，作為開啟橋橋體安裝過程中的主要支座，在安裝過程中，橋體重心超出支座范圍將造成橋體傾覆。為此，在配重段主縱梁下部增加鋼管柱作為臨時支撐，橋體安裝時，通過分階段增加配重段配重使橋體重心后移。

為確認(rèn)橋體施工過程中橋體的重心位置，在施工各階段進(jìn)行橋體的重心位置計算，同時前支撐座位置安裝200t稱重傳感器，監(jiān)測橋體對前支座產(chǎn)生的作用力，用以計算復(fù)核橋體重心位置，采取理論計算和現(xiàn)場測量雙控措施保證橋體安全。橋體開啟調(diào)試前，橋體重心也需通過理論計算和稱重傳感器復(fù)核，計算液壓油缸調(diào)試前的頂升力，保證調(diào)試順利進(jìn)行。

2.7 高空連廊交叉作業(yè)

南北主墩分別有1座35m跨度鋼結(jié)構(gòu)高空連廊，離橋面凈空高度42m，連廊外裝飾和內(nèi)裝修施工工序多，施工周期長。連廊正下方為開啟橋配重段和軸承段的核心施工區(qū)域，垂直交叉作業(yè)對開啟橋施工影響大。因此，須將連廊和開啟橋施工在南北橋安裝工序中穿插錯開；同時，連廊鋼結(jié)構(gòu)安裝采用液壓同步整體提升技術(shù)，以更高效的地面拼裝方式減少連廊結(jié)構(gòu)施工時間；提升至高空并完成對接后，完善高空立面和水平防護(hù)，避免連廊在高空的裝飾裝修施工對開啟橋施工造成影響；選取36.58m履帶式起重機(jī)主臂，既要滿足開啟橋吊裝要求，又要避免履帶式起重機(jī)在連廊下方回轉(zhuǎn)時發(fā)生碰撞，如圖7所示。

圖7 高空連廊垂直交叉作業(yè)示意

2.8 施工工序設(shè)計

橋體復(fù)雜施工工序多，施工前需對工序進(jìn)行設(shè)計，如圖8所示。

圖8 開啟橋施工流程

3 施工方案

3.1 起重機(jī)軌道平臺安裝

1)在主墩箱室內(nèi)搭設(shè)操作架，安裝起重機(jī)軌道平臺下部結(jié)構(gòu)支架，鋼管柱基礎(chǔ)定位和安裝垂直度須準(zhǔn)確，避免支架桿件與橋體結(jié)構(gòu)相碰。因配重箱體模塊、軸承段橫梁和內(nèi)部檢修鋼平臺等構(gòu)件尺寸較大，須在貝雷梁鋼平臺安裝前吊裝堆放在支架上，支架相應(yīng)位置設(shè)計安裝配重箱臨時支撐和橫梁。

2)在預(yù)應(yīng)力混凝土引橋橋面依次架設(shè)首段貝雷梁鋼平臺和三角斜坡架，斜坡架采用UC305×305×118kg/m型鋼焊接，斜坡角度10°，表面做防滑處理。因斜坡架平面與鋼平臺平面轉(zhuǎn)角角度較大，履帶式起重機(jī)上下坡在轉(zhuǎn)角處進(jìn)行平臺轉(zhuǎn)換瞬間，大臂會有較大落差。為保證履帶式起重機(jī)上下平臺行走平穩(wěn)，上平臺時采取無配重空載行走，下平臺時采取帶配重空載行走，鋼平臺和斜坡架下部通過小型鋼固定件與引橋混凝土橋面預(yù)埋件錨固點焊接固定。由于履帶式起重機(jī)行走及吊裝工況下對橋面產(chǎn)生的荷載較大，根據(jù)結(jié)構(gòu)計算復(fù)核結(jié)果，在引橋結(jié)構(gòu)施工期間對局部混凝土結(jié)構(gòu)加強(qiáng)加固。

3)液壓油缸、軸承座及其鋼支撐等構(gòu)件通過引橋分別運抵鋼平臺進(jìn)行安裝，如圖9所示。其中，軸承座及其鋼支撐安裝后須進(jìn)行精密校準(zhǔn)，并緊固螺栓；液壓油缸臨時固定后進(jìn)行表面覆蓋保護(hù)。配重箱模塊和軸承段主橫梁等構(gòu)件下放至支架橫梁后，貫通貝雷梁鋼平臺。

圖9 履帶式起重機(jī)吊裝設(shè)備示意

3.2 第2節(jié)段安裝

1)在起重機(jī)占位1吊裝第2節(jié)段中縱梁IBG，安裝調(diào)整前支撐座臨時支架和千斤頂，將縱梁從2個軌道中間緩慢下放，前端放置于前支撐座臨時支架上表面；后端緩慢調(diào)整其位置，保持縱梁中心線與耳軸支座中心重合，將其安全無損壞地放置于已精密校準(zhǔn)的軸承座內(nèi)。調(diào)整千斤頂，將稱重傳感器安裝在前支撐下支座與主縱梁上支座之間，復(fù)核主縱梁的軸線標(biāo)高無誤后，拆除臨時支撐。

2)在占位2吊裝主橫梁從起重機(jī)軌道側(cè)面下放，一端平移至中縱梁IBG，再下放該側(cè)邊縱梁OBG吊裝，調(diào)整好標(biāo)高軸線后與主橫梁連接固定。

3)用相同方法在占位2安裝另一側(cè)主橫梁和邊縱梁OBG，校準(zhǔn)后連接固定，形成第2節(jié)段主框架。

3.3 第1節(jié)段和配重箱安裝

第1節(jié)段主縱梁后端架設(shè)在鋼管臨時支撐上，前端與第2節(jié)段主縱梁螺栓連接。T形配重箱立面分為上、下2部分，上部為主縱梁和橫梁組成的箱格，下部為配重箱側(cè)板和底板模塊組成的箱格，箱體結(jié)構(gòu)上、中、下共采用3道米字形內(nèi)支撐。上部橫梁及內(nèi)支撐分塊吊裝就位，下部模塊采取起重機(jī)預(yù)組拼后提升連接在上部結(jié)構(gòu)上，如圖10所示。

圖10 配重箱立面示意

3.4 第3，4節(jié)段安裝

第3節(jié)段主縱梁前端設(shè)計超出航道，因此第3節(jié)段和第4節(jié)段大構(gòu)件吊裝期間限航，并做好警示浮標(biāo)。構(gòu)件安裝固定后，構(gòu)件端部和底部安裝警示燈，做好夜間照明。

第3節(jié)段安裝完成，進(jìn)行第1次配重混凝土澆筑，配重混凝土澆筑量經(jīng)過重心計算后確定，澆筑前后復(fù)核稱重傳感器數(shù)據(jù)與理論偏差值，分析和調(diào)整下一步構(gòu)件安裝數(shù)量。中間隔離帶、人行道欄桿及內(nèi)部檢修平臺等次結(jié)構(gòu)與主結(jié)構(gòu)同步安裝，第4節(jié)段安裝完成，拆除上部貝雷梁鋼平臺。

3.5 北橋橋面鋪裝

北橋結(jié)構(gòu)安裝完成后，將貝雷梁鋼平臺轉(zhuǎn)移到南岸，并拆除起重機(jī)支架，為北側(cè)連廊提供施工場地，利用北橋橋體結(jié)構(gòu)架設(shè)胎架，進(jìn)行北側(cè)連廊地面拼裝，完成整體提升。然后，進(jìn)行北橋橋面混凝土鋪裝施工，混凝土澆筑時，橋面雙向車道從跨中向軸承座方向?qū)ΨQ澆筑，其中橋端部預(yù)留1m不澆筑，用于南、北橋合龍時的標(biāo)高調(diào)節(jié)，完成澆筑后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。最后通過重心計算結(jié)果，進(jìn)行第3次混凝土配重澆筑，并完善液壓油缸及液壓控制系統(tǒng)安裝，拆除配重箱底部臨時支撐。待橋面混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求，開始進(jìn)行北橋單橋調(diào)試。

3.6 南橋安裝調(diào)試

南側(cè)連廊利用南橋起重機(jī)支架下部結(jié)構(gòu)架設(shè)胎架進(jìn)行拼裝，并在北橋貝雷梁鋼平臺轉(zhuǎn)移到南岸之前完成整體提升。南橋首段起重機(jī)作業(yè)鋼平臺安裝后，開始南橋橋體安裝?？紤]航道通航，南橋安裝至第3節(jié)段前暫停吊裝。在完成北橋的單橋調(diào)試后，即可啟動南橋第3和第4節(jié)段安裝。北橋保持日?？砷_啟狀態(tài)，根據(jù)航道船只通行需要進(jìn)行單橋開啟和關(guān)閉，直至南橋調(diào)試完成，如圖11所示。

圖11 南、北橋吊裝工況示意

3.7 中部鎖定裝置

在聯(lián)合調(diào)試過程中，進(jìn)行中部鎖定裝置安裝，全橋共設(shè)4組中部鎖定裝置，中部鎖定裝置設(shè)計分為插銷鎖桿和插銷接收座2部分，開啟橋關(guān)閉時，南、北兩岸開啟橋跨中的鎖桿通過液壓推桿插入接收座。在南、北橋結(jié)構(gòu)安裝的各階段，可對橋體軸線偏差進(jìn)行測量和調(diào)整，結(jié)構(gòu)安裝完成后經(jīng)復(fù)測，軸線偏差為2mm，達(dá)到了較高精度。但受橋跨應(yīng)力變形、溫差、加工誤差等因素影響，兩岸開啟橋安裝后的標(biāo)高對中存在不確定性。通過標(biāo)高差粗調(diào)和精調(diào)2個步驟保證橋體精確合龍。

1)通過調(diào)節(jié)墊板對前支撐下支座高程進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，并使前支撐座與橋體上支座緊密貼合，將跨中高差調(diào)整至10mm，然后進(jìn)行跨中指狀伸縮縫安裝和預(yù)留橋面調(diào)節(jié)段混凝土澆筑，完成配重箱墨鑄鐵活動配重塊分配。

2)鎖桿部分預(yù)先與橋梁主體安裝固定，兩岸橋跨處于正常關(guān)閉狀態(tài)時，打開鎖桿進(jìn)行插銷座安裝，現(xiàn)場精確定位、制孔及安裝接收座，實現(xiàn)精確對中。

4 結(jié)語

本項目開啟橋建在航道中間，建造過程對航道過往船只影響較大，橋體為鋼結(jié)構(gòu)與精密機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)合，懸臂拼裝時橋體的應(yīng)力變形和重心位置處于不斷變化狀態(tài)，控制難度大，且本項目橋體核心部分上空穿插連廊施工，項目的策劃需綜合考慮以上不利因素。本文提出的在開啟橋主墩箱室架設(shè)起重機(jī)軌道鋼平臺，采用履帶式起重機(jī)懸臂拼裝施工方法，確保了項目順利實施，并最大限度地減少了對航道通行的影響，鋼結(jié)構(gòu)高空連廊的穿插施工縮短了工期，提高了設(shè)備利用率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。