80 m跨度鋼混組合箱梁架設(shè)施工工藝研究

中國(guó)中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司機(jī)械化工程分公司 九江 332000

1 工程概況

貴州省都勻至安順公路第31標(biāo)段主線起于上干壩隧道出口，向南繞過(guò)龍宮風(fēng)景區(qū)西南邊緣后至終點(diǎn)鎮(zhèn)寧縣楊家山。楊家山樞紐互通位于鎮(zhèn)寧縣城北測(cè) 3.5 公里巖坡哨村附近，跨貴安大道鋼-混箱形組合梁共有4孔，分布在巖坡哨特大橋、F匝道橋、G匝道1號(hào)橋。巖坡哨特大橋80 m跨度鋼混組合箱梁位于10號(hào)～11號(hào)墩處，下跨正在建設(shè)中的貴安大道，橋墩采用雙肢矩形墩配樁基礎(chǔ)，分為左右兩幅。平面布置如圖1所示。

圖1 巖坡哨特大橋80 m跨度鋼混組合箱梁平面圖

2 80 m跨鋼混組合箱梁橋型構(gòu)造

左幅和右幅橋梁均由兩根鋼箱梁組合構(gòu)成，兩主梁間通過(guò)橫梁和縱梁連接為整體。鋼箱梁主梁采用槽鋼箱梁+混凝土橋面板的分幅組合結(jié)構(gòu)，單幅橋采用雙梁結(jié)構(gòu)，梁高 3.4 m，高跨比 1/21.6?；炷翗蛎姘鍖?12.75 m，混凝土板節(jié)段長(zhǎng) 1.276 m，預(yù)制橋面板厚 0.25 m。鋼主梁采用斜腹板形式，斜率1:14.782 6，主要由上翼緣板、腹板、腹板加勁肋、底板、底板加勁肋、橫隔板及橫肋組成，單片鋼箱梁腹板中心間距 2.8 m，兩片鋼箱梁中心間距 7.4 m，中間設(shè)置小縱梁。鋼主梁上翼板寬 0.7 m，梁底寬 2.40 m。

80 m鋼箱梁主梁長(zhǎng)度方向共設(shè)置 8 個(gè)節(jié)段，劃分為 A、B、C、D、C1、B1、A1 共 7 種類型，節(jié)段長(zhǎng)度分別為 11.46 m、10 m 和 8.46 m，節(jié)段間預(yù)留 20 mm 寬縫隙。80 m跨組合箱梁橋型半幅橫斷面構(gòu)造如圖2所示，橋梁分段構(gòu)造如圖3所示。

圖2 鋼混組合箱梁半幅橋梁橫斷面圖示

圖3 鋼混組合箱梁半幅橋梁構(gòu)造平面布置圖

根據(jù)T31標(biāo)鋼混組合箱梁設(shè)計(jì)圖，統(tǒng)計(jì)80 m跨度單榀主梁各分段和螺栓連接節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量，匯總情況見(jiàn)表1。將80 m主梁分 3 個(gè)吊裝節(jié)段進(jìn)行安裝作業(yè)，組合成A+B+C組合(31.46 m/89 266 kg)、D+D組合(20.0 m/56 295 kg)和C1+B1+A1組合(28.46 m/80 995 kg)等3組主梁。

表 1 80 m 鋼混組合箱形鋼梁質(zhì)量構(gòu)成表 kg

3 80 m跨鋼混組合箱梁架設(shè)工藝

3.1 T31標(biāo)施工在用架橋機(jī)基本情況

T31標(biāo)在用架橋機(jī)為JSHB40170型雙導(dǎo)梁公路架橋機(jī)，主要進(jìn)行T31標(biāo)段內(nèi)40 m跨度及以下的預(yù)制混凝土T梁的架設(shè)任務(wù)。該機(jī)滿足架設(shè)跨度≤40 m，梁重≤170 t，采用步履式過(guò)孔方式，起重小車為雙卷?yè)P(yáng)雙吊點(diǎn)設(shè)計(jì)，可以單點(diǎn)升降實(shí)現(xiàn)梁片橫向調(diào)平功能，能夠整機(jī)橫移全斷面架梁作業(yè)。

3.2 80 m鋼混組合箱梁施工重難點(diǎn)

本工程鋼箱梁跨度80 m,節(jié)段體積質(zhì)量大，項(xiàng)目部沒(méi)有滿足80 m大跨度的簡(jiǎn)支梁架梁施工設(shè)備，即便從架橋機(jī)廠家訂購(gòu)設(shè)備，該架橋機(jī)的設(shè)備成本高，再利用率低。同時(shí)，80 m跨度鋼混組合箱梁位于特大橋的中部位置，前后均為預(yù)制混凝土箱梁，4條線上4跨鋼混組合梁，需要轉(zhuǎn)場(chǎng)4次分別架設(shè)，新投入設(shè)備在施工組織上會(huì)與架設(shè)混凝土T梁的架橋機(jī)干涉，影響施工效率。

80 m鋼混梁橋面距正在建設(shè)中的貴安大道大于20 m，搭設(shè)鋼管立柱支架利用汽車起重機(jī)在橋跨位置拼裝鋼梁不僅阻斷貴安大道，且鋼梁節(jié)段運(yùn)輸與起重機(jī)吊裝作業(yè)均有困難，施工周期較長(zhǎng)。

拼裝梁場(chǎng)距離80 m跨橋梁位置距離較遠(yuǎn)，鋼梁連接部位存在節(jié)點(diǎn)板與螺栓，采取拖拉架梁方式需要設(shè)置較小跨度的臨時(shí)支撐，還要考慮節(jié)點(diǎn)板如何通過(guò)縱移滾輪，施工難度大，可行性比小，該施工方案排除在外。

3.3 80 m鋼混組合箱梁架梁方案

正在巖坡哨特大橋進(jìn)行架梁作業(yè)的架橋機(jī)起吊能力較大，主梁中心距4.8 m，最大可變?yōu)?.788 m，根據(jù)鋼箱梁寬度3.5 m以及箱梁中心7.398 m等情況，將架橋機(jī)主梁中心調(diào)整為5.8 m后可滿足鋼箱梁架設(shè)通過(guò)空間和兩片鋼箱梁橫向落梁空間。另外，該機(jī)具備橫向調(diào)平功能，滿足鋼箱梁空中對(duì)接時(shí)的位置精度控制需要，具備將鋼箱梁分段組拼進(jìn)行整跨對(duì)接安裝的前提條件。

經(jīng)與貴安大道建設(shè)單位溝通協(xié)商，可臨時(shí)占用貴安大道部分施工場(chǎng)地架設(shè)臨時(shí)鋼管支墩，對(duì)其施工影響較小，搭設(shè)臨時(shí)鋼管支墩條件具備。

除此之外，利用同一線路施工的架橋機(jī)架設(shè)鋼箱梁，整座大橋的施工幾乎沒(méi)有影響，架設(shè)完鋼箱梁后即可繼續(xù)架設(shè)混凝土T梁，是一舉兩得的鋼箱梁架梁方案。經(jīng)過(guò)分析，確定后的80 m跨度JSHB40170鋼箱梁橋機(jī)施工圖如圖4所示。

圖4 JSHB40170架橋機(jī)架設(shè)80 m鋼混組合箱梁狀態(tài)圖

3.4 架橋機(jī)架梁施工工藝

該架橋機(jī)利用跨內(nèi)搭建鋼管立柱支墩分段架設(shè)80 m鋼箱梁與正常架設(shè)變跨度混凝土T梁基本相同，僅架橋機(jī)過(guò)孔后中支點(diǎn)在鋼箱梁上所占位置不同，架設(shè)中間D+D組合與C1+B1+A1組合工況如圖5所示。

圖5 80 m中間D+D組合與C1+B1+A1組合鋼箱梁狀態(tài)圖

針對(duì)本工程的現(xiàn)場(chǎng)情況及鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼-混箱型組梁安裝采取橋跨之間搭設(shè)臨時(shí)支墩，架橋機(jī)分3個(gè)節(jié)段吊裝、栓接，形成整孔鋼箱梁；橫梁、縱梁與鋼箱梁之間的連接在3個(gè)組合的兩組鋼箱梁精確就位后即可安裝，然后從一端向另一端吊裝鋪設(shè)橋面板，澆筑橋面板與鋼箱梁預(yù)留定位方孔混凝土砂漿。鋼混組合鋼箱梁及橋面板整體連接為整孔橋梁后，臨時(shí)支墩回落，澆注后澆帶和濕接縫。

4 鋼管臨時(shí)支墩頂落梁作業(yè)與橋梁線型控制

4.1 鋼管臨時(shí)支墩和頂落梁作業(yè)

按照J(rèn)TGD64－2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行鋼管臨時(shí)支墩的設(shè)計(jì)。立柱采用φ630 mm×10 mm鋼管，頂部橫梁與縱梁采用588 mm×300 mm×12 mm×20 mm雙H型鋼拼焊結(jié)構(gòu)，柱間橫聯(lián)支撐采用兩個(gè)［18a槽鋼拼焊結(jié)構(gòu)。鋼管柱臨時(shí)支墩底部采用預(yù)埋螺栓與混凝土基礎(chǔ)連接，頂部搭設(shè)操作平臺(tái)與安全防護(hù)欄桿。

鋼管立柱支墩上在鋼箱梁腹板與底板交接部位且有橫隔板位置進(jìn)行頂升和落梁鋼制沙箱支撐作業(yè)，頂升千斤頂具有三向可調(diào)功能，支點(diǎn)處沙箱支撐高度坐標(biāo)嚴(yán)格按照事先計(jì)算好的高度坐標(biāo)，該支撐點(diǎn)高度坐標(biāo)值直接影響到最后鋼橋成型精度，必須嚴(yán)格控制。

4.2 鋼混組合橋的線型控制

根據(jù)鋼箱梁分段編號(hào)，鋼箱梁分段安裝時(shí)從架設(shè)方向逐段拼裝。節(jié)段鋼箱梁在拼裝場(chǎng)采用龍門起重機(jī)進(jìn)行拼裝。吊裝前采用全站儀放樣出臨時(shí)支座的位置，并在砂筒上的鋼板上劃出中心線，采用水準(zhǔn)儀調(diào)整砂筒的頂標(biāo)高，該標(biāo)高為考慮安裝定位時(shí)的標(biāo)高，應(yīng)以縱斷面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)曲線疊加預(yù)拱量曲線，再綜合考慮適當(dāng)加上因溫度、栓接處的非彈性變形、未施工橋面板及護(hù)欄路面等不確定因素造成的預(yù)拱數(shù)值。按照橋梁整體設(shè)計(jì)指標(biāo)，鋼箱梁拼裝完成后應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的上拱度指標(biāo)，本橋拱度曲線如圖6所示。

圖6 巖坡哨特大橋80m鋼梁預(yù)拱度示意圖

4.3 鋼混組合橋預(yù)制橋面板鋪裝

由于原架橋機(jī)的起重小車為雙卷?yè)P(yáng)起升機(jī)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)橋面板的旋轉(zhuǎn)功能，且起重小車起落速度較低，鋪裝橋面板效率低下。鑒于此在原架橋機(jī)橫導(dǎo)梁外側(cè)增加16 t電動(dòng)葫蘆行走軌道，可實(shí)現(xiàn)預(yù)制橋面板的橫向移動(dòng)、起升下降與平面轉(zhuǎn)動(dòng)要求，很好地解決了鋪板安裝問(wèn)題。橋面板吊裝采用四肢鋼絲繩定點(diǎn)預(yù)埋4點(diǎn)吊裝環(huán)形式。整機(jī)共設(shè)置兩套16 t電動(dòng)葫蘆鋪板機(jī)構(gòu)，有效增加了施工效率。

5 施工中的注意事項(xiàng)

5.1 橋面板與鋼箱梁密封條安裝

T31標(biāo)段鋼箱橋面板為預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后澆混凝土濕接縫。鋼梁上翼緣兩側(cè)與橋面板之間設(shè)置聚丙乙烯墊條，抗壓強(qiáng)度要求不低于 0.5 MPa。工地墊條采用可靠措施固定在翼緣板和小縱梁邊緣，保證在預(yù)制橋面板安裝過(guò)程中和混凝土澆筑過(guò)程中，工地墊條不發(fā)生移動(dòng)。在鋼主梁上翼緣板、小縱梁上翼緣板及支點(diǎn)橫隔板上翼緣板均布有剪力釘。每塊橋面板預(yù)留4個(gè)方孔與剪力釘組配合以提高鋼混梁的整體連接穩(wěn)定性能。

5.2 安裝及運(yùn)輸過(guò)程中鋼箱梁的表面保護(hù)

由于鋼箱梁表面已涂裝完成，在鋼箱梁運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)使用膠皮或木板保護(hù)，禁止直接利用千斤繩在沒(méi)有防護(hù)的條件下直接吊裝，這樣做一是保護(hù)涂層需要，二是防止出現(xiàn)安裝過(guò)程中鋼箱梁與鋼絲繩之間產(chǎn)生滑動(dòng)出現(xiàn)意外。此次安裝作業(yè)專門設(shè)計(jì)了鋼混梁吊裝底部扁擔(dān)梁如圖7所示，扁擔(dān)梁與鋼箱梁之間放置膠皮，鋼箱梁頂部側(cè)面放置木板防護(hù)，很好地保護(hù)了鋼梁表面。

圖7 80 m鋼箱梁吊裝防護(hù)示意圖

5.3 架橋機(jī)橫向空間的考慮

由于該架橋機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用雙卷?yè)P(yáng)，起重小車橫移量受到限制，架橋方案實(shí)施階段需要考慮第一片梁落梁就位后第二片梁橫向落梁就位空間能否滿足，為了滿足第二片梁就位增加整機(jī)橫移梁會(huì)加大橫移軌道的受力懸臂長(zhǎng)度，考慮不全面容易導(dǎo)致第二片梁的落梁困難，甚至引發(fā)整機(jī)橫移軌道懸臂變形嚴(yán)重導(dǎo)致的側(cè)向失穩(wěn)安全事故。

6 結(jié)束語(yǔ)

都安T31標(biāo)段巖坡哨特大橋4跨鋼箱梁架設(shè)已經(jīng)結(jié)束，利用現(xiàn)有架橋機(jī)采用搭設(shè)鋼管臨時(shí)支墩的施工方法解決了大跨度簡(jiǎn)支鋼混梁的架設(shè)難題，實(shí)踐證明該施工工藝是成功的。