滬通長(zhǎng)江大橋北引橋公鐵合建段雙層混凝土箱梁立體施工關(guān)鍵技術(shù)研究

曾 煒， 李 隆， 汪建群

(1.中交二航局 第二工程有限公司，重慶 401121； 2.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

1 工程概況

雙層、多層橋梁可充分利用橋梁的墩臺(tái)結(jié)構(gòu)形成立體交通，節(jié)約土地資源。目前雙層結(jié)構(gòu)體系在公鐵兩用橋梁中有較多應(yīng)用[1-3]。滬通長(zhǎng)江大橋北引橋公鐵合建段采用雙層混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，鐵路線在下，公路線在上，均為雙幅設(shè)置，其立面設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 橋型布置圖(單位：cm)

滬通長(zhǎng)江大橋北引橋合建段的橫截面立面布置如圖2所示。合建段下層鐵路梁為7×49.2 m簡(jiǎn)支梁，采用節(jié)段預(yù)制，架橋機(jī)節(jié)段拼裝，現(xiàn)澆濕接縫方法施工[4-7]。49.2 m簡(jiǎn)支梁雙線設(shè)置，共14跨，采用直腹板單箱單室箱型截面，頂面寬12.2 m，底板寬6.2 m，梁高4.09 m，箱梁翼緣懸臂3.0 m，懸臂端部厚度20 cm，懸臂根部厚度62.8 cm，箱梁頂板厚34 cm，腹板厚50～90 cm，底板厚30～70 cm。橋梁分節(jié)段預(yù)制，每跨11個(gè)節(jié)段，節(jié)段長(zhǎng)度有3.1、4.1 m兩種，最重梁段約重145 t。

圖2 下層鐵路梁及上層公路梁相對(duì)位置圖

合建段上層公路梁為(4×49.2+3×49.2)m連續(xù)梁，充分利用現(xiàn)場(chǎng)資源，采用落地、落梁混合高支架現(xiàn)澆施工。上層主梁采用斜腹板單箱單室箱形等高截面，雙幅設(shè)置，共計(jì)14跨，梁高2.8 m。主梁?jiǎn)畏攲?6.49 m，外側(cè)懸臂長(zhǎng)度3.9 m，內(nèi)側(cè)懸臂長(zhǎng)度4.39 m，頂板厚度0.26 m；底寬6.8 m，底板厚度0.25～0.5 m；腹板厚度0.5～0.85 m。

由于線路是雙線設(shè)置，且受限于場(chǎng)地布置，架橋機(jī)變幅采用吊裝變幅不適用，且耗時(shí)較長(zhǎng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出雙線箱梁橋機(jī)橫移變幅技術(shù)，能夠有效解決上述問題。合建段上層公路梁為支架現(xiàn)澆連續(xù)梁，且未設(shè)置橋面調(diào)平層，所以橋梁施工如何進(jìn)行落地、落梁混合高支架設(shè)計(jì)，針對(duì)落地高支架變形及沉降控制以及無調(diào)平層箱梁線形及頂面標(biāo)高控制是施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)[8-10]。

本文闡述了滬通長(zhǎng)江大橋北引橋公鐵合建段下層鐵路線預(yù)制梁和上層現(xiàn)澆梁現(xiàn)澆施工組織；介紹了雙線箱梁架橋機(jī)橫移變幅技術(shù)和無調(diào)平層箱梁線形及頂面標(biāo)高控制技術(shù)。項(xiàng)目研究形成了公鐵合建雙層箱梁雙層混凝土箱梁立體施工關(guān)鍵技術(shù)，可為同類型工程施工提供參考。

2 下層鐵路梁施工組織

首先進(jìn)行下層施工。下層鐵路簡(jiǎn)支梁為雙幅布置，采用短線法節(jié)段預(yù)制、架橋機(jī)逐孔拼裝施工。由于雙幅布置公鐵兩用橋簡(jiǎn)支梁墩身寬度較大，墩身高度較高，不利于下行式架橋機(jī)布置支撐系統(tǒng)，故本橋采用TP60型1 600 t上行式架橋機(jī)進(jìn)行節(jié)段梁架設(shè)。

待節(jié)段梁養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)75%以上后，即可利用180 t龍門吊提梁至存梁區(qū)。節(jié)段梁提梁吊具采用專門設(shè)計(jì)，工廠化制造，制造精度和質(zhì)量均滿足施工要求。為避免后續(xù)節(jié)段梁拼裝有序進(jìn)行，在內(nèi)箱室對(duì)每塊節(jié)段梁進(jìn)行專門的編號(hào)，每塊梁對(duì)應(yīng)唯一的編碼，按照梁段架設(shè)的順序進(jìn)行預(yù)制與堆存。由于節(jié)段拼裝孔跨不多，且橋下地質(zhì)條件比較有利，采用架橋機(jī)橋下取梁的方式，只需對(duì)運(yùn)梁通道進(jìn)行硬化處理，相對(duì)常規(guī)尾部喂梁方式，可節(jié)省大型提升站的建設(shè)和梁面運(yùn)梁平車的費(fèi)用。

節(jié)段梁采用運(yùn)梁平車從預(yù)制場(chǎng)經(jīng)施工便道運(yùn)輸至每孔橋跨下，起重天車橋下取梁，按從兩端往中間的順序提升并懸掛在架橋機(jī)下方，經(jīng)精確定位后即可落梁。最后施工濕接縫，張拉預(yù)應(yīng)力后拆除撐桿，梁段施工完成。具體節(jié)段梁安裝工藝流程圖如圖3。

圖3 節(jié)段梁安裝工藝流程圖

3 上層公路梁施工組織

上層公路梁分雙線左右幅設(shè)置，距地面約60 m高，左右幅總寬約34 m，與鐵路梁間距約12 m，支架安拆空間有限，施工起重設(shè)備及混凝土澆筑設(shè)備選型影響因素較多，如何提高設(shè)備及支架利用率，減少周轉(zhuǎn)作業(yè)量，合理安排雙線連續(xù)梁施工順序也是需要考慮的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

通過研究，采用行走塔吊代替常規(guī)固定式塔吊，提高塔吊利用率，減少安拆作業(yè)量，在已完成施工的鐵路梁上增加一臺(tái)50 t汽車吊，前期用于鐵路梁面行走塔吊超大、超重部件的吊裝，后期用于落梁支架安拆周轉(zhuǎn)。采用混凝土布料桿用于高墩箱梁混凝土澆筑，提高布料精度及澆筑速度，澆筑過程更加可控。

合建段上層公路連續(xù)梁現(xiàn)澆施工充分利用現(xiàn)場(chǎng)資源，采用落地、落梁混合高支架現(xiàn)澆施工。0-N07#墩公路連續(xù)梁總體采用在下層鐵路簡(jiǎn)支梁節(jié)段拼裝濕接縫處設(shè)置預(yù)埋件并搭設(shè)現(xiàn)澆支架和落地支架相結(jié)合的形式現(xiàn)澆，其施工工藝流程如圖4所示。另外，0-N04#墩先逐跨澆筑左幅2跨，然后澆筑右幅2跨，左右幅交替的施工順序；N04-N07#墩先逐跨澆筑左幅聯(lián)，再澆筑右幅聯(lián)的施工順序。

圖4 0-N07#墩公路連續(xù)梁施工工藝流程圖

4 下層雙線箱梁架橋機(jī)橫移變幅技術(shù)

4.1 總體思路

常規(guī)節(jié)段箱梁為單線設(shè)置，通過架橋機(jī)縱向移動(dòng)逐跨架設(shè)施工，工藝較完善。為減少架橋機(jī)安拆次數(shù)，節(jié)約工期及成本，待左幅節(jié)段箱梁架設(shè)完畢后，架橋機(jī)需進(jìn)行橫移變幅施工作業(yè)，轉(zhuǎn)移到右幅進(jìn)行節(jié)段箱梁的架設(shè)。通過對(duì)架橋機(jī)橫移變幅方案進(jìn)行比選，綜合考慮工期、成本、施工可操作性等因素，決定采用自制型鋼橫梁作為變幅軌道，并通過四氟滑板、潤(rùn)滑油等措施減少摩擦，采用手拉葫蘆橫移中支腿主梁并進(jìn)行臨時(shí)錨固，最終完成橫移變幅工作。

4.2 工藝流程

具體變幅工藝流程如下：

架橋機(jī)前移至N03#墩，利用架橋機(jī)的主起重天車將臨時(shí)中支腿的主梁吊裝到 N01#墩及 N02#墩的墩頂上擱放(預(yù)留出分離前后中支腿位置)，進(jìn)行橫移變幅準(zhǔn)備。

拆除前支腿，后中支腿油缸頂升5 cm，然后頂升前支腿使其承載，后中支腿油缸卸荷，此時(shí)架橋機(jī)主桁架后部受力轉(zhuǎn)換到前支腿上，利用主起重天車將后中支腿臺(tái)車與主梁拆解分離，吊放到前支腿旁側(cè)。

將焊接好的雙拼“工 25”的型鋼放置在 N1#墩左右幅墩頂塊上，根據(jù)主梁的寬度確定擺放位置，將工字鋼軌道進(jìn)行固定，在上表面涂抹潤(rùn)滑油。將焊接好的 4 塊限位滑板按照橫梁腳板位置放置在軌道上，并在軌道與滑板中間加放四氟滑板，減少橫移主梁時(shí)產(chǎn)生的摩擦力。用天車將主梁吊裝放置在滑板上，并用手拉葫蘆對(duì)主梁進(jìn)行左右幅轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移主梁過程中，當(dāng)左方主梁頂端到達(dá)桁架下方合適位置后，安裝連系梁，隨后繼續(xù)向右幅轉(zhuǎn)移主梁。到位后，用三向千斤頂分別將主梁左右頂起，抽出工字鋼軌道，并對(duì)主梁進(jìn)行臨時(shí)錨固。

將臨時(shí)中支腿主梁吊裝到 N01#墩墩頂，并與連系梁連接，用電動(dòng)扳手緊固螺栓。再將后中支腿臺(tái)車吊至臨時(shí)中支腿的主梁上安裝，前支腿卸載，此時(shí)后中支腿受力，然后前支腿油缸收縮。見圖5。

圖5 重新安裝中支腿

利用起重天車將前支腿拆除安裝至 N02#墩前中支腿南通側(cè)，前中支腿油缸頂升 5 cm，然后頂升前支腿使其承載。前中支腿油缸卸荷，此時(shí)架橋機(jī)主桁架前部受力轉(zhuǎn)換到前支腿上，使前中支腿與主桁架脫空。隨后分解前中支腿，用自制焊接的雙拼工字鋼軌道，將前中支腿主梁轉(zhuǎn)移到右幅，抽開工字鋼，用臨時(shí)中支腿主梁置換前中支腿主梁，然后將主桁架前部分受力轉(zhuǎn)換到前中支腿上，接著拆除前后支腿。

采用專用連系梁將臨時(shí)中支腿的主梁和前后中支腿的主梁進(jìn)行連接，并用電動(dòng)扳手?jǐn)Q緊連接螺栓。先將主梁后退至前后懸臂等長(zhǎng)的位置處，然后將舉起重天車移至主桁架中間，兩個(gè)輔助行車分別移至主天車對(duì)稱位置，再安裝中支腿與主桁架的錨固措施，安裝橫移液壓系統(tǒng)，準(zhǔn)備橫移變幅作業(yè)。

液壓系統(tǒng)啟動(dòng)，開始主梁橫移作業(yè)。橫移時(shí)，通過在前后主梁上作出標(biāo)記，可直接觀察到前后中支腿橫移是否同步，在前后中支腿上分別設(shè)專人同步指揮。主梁橫移到位后，拆除臨時(shí)中支腿主梁與中支腿主梁的連接，主桁架縱移到節(jié)段箱梁安裝狀態(tài)。至此完成架橋機(jī)的變幅施工。見圖6。

圖6 架橋機(jī)橫移變幅施工到位

5 上層無調(diào)平層箱梁線形及頂面標(biāo)高控制

上層公路梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)自下而上依次為3～8 mm防水粘結(jié)層、60 mm改性瀝青SMA-20下層、改性乳化瀝青粘層、40 mm改性瀝青SMA-13面層，并未設(shè)置橋面調(diào)平層。橋梁施工最大單次澆筑節(jié)段橋面寬17.74 m，長(zhǎng)57.82 m，橋面縱坡達(dá)到5.8‰、橫坡為2%，平面尺寸大、標(biāo)高變化大、設(shè)計(jì)施工要求高是項(xiàng)目施工重難點(diǎn)，這也導(dǎo)致箱梁頂面標(biāo)高及平整度控制顯得尤為關(guān)鍵。箱梁線形影響因素及施工控制方法，一方面在施工中需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行各工序施工作業(yè)，加強(qiáng)管理控制，避免梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形偏離預(yù)期；另一方面需要對(duì)箱梁施工進(jìn)行監(jiān)控，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

現(xiàn)澆箱梁預(yù)拱度主要由現(xiàn)澆支架在荷載作用下的沉降變形量和設(shè)計(jì)預(yù)拱度組成。準(zhǔn)確的預(yù)拱度設(shè)置是箱梁線形標(biāo)高控制的前提與保障，施工中以上述兩項(xiàng)之和作為立模預(yù)拱度控制標(biāo)準(zhǔn)，跨中預(yù)拱值按二次拋物線過渡計(jì)算其他位置。

支架搭設(shè)遵循“自下向上，先主體、后附屬，同施工方向搭設(shè)”的原則，搭設(shè)過程中需保證各部件連接質(zhì)量，避免荷載作用下產(chǎn)生過大的非彈性變形及不均勻沉降，影響線形控制及施工安全。針對(duì)本工程特點(diǎn)，在常用鋼管少支架基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)落地、落梁混合高支架，見圖7。

圖7 上層公路梁落地、落梁混合支架結(jié)構(gòu)

支架搭設(shè)完成檢查合格后進(jìn)行加載預(yù)壓，消除非彈性變形，將彈性變形值與理論值作比較，作為預(yù)拱度調(diào)節(jié)及立模標(biāo)高依據(jù)。預(yù)壓總重量按施工總荷載的1.3倍考慮，預(yù)壓加載部位、順序,與箱梁施工時(shí)支架實(shí)際受力狀況相匹配。布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控變形，見圖8。

圖8 支架沉降觀測(cè)點(diǎn)布置

支架預(yù)壓完成，預(yù)拱值通過卸荷塊調(diào)整完畢后進(jìn)行模板安裝。底模按測(cè)量定位鋪設(shè)好后復(fù)測(cè)標(biāo)高并固定；側(cè)模安裝好后進(jìn)行精確調(diào)位，以平面位置及翼緣板標(biāo)高控制為主，調(diào)節(jié)完畢后緊固所有緊固件，并進(jìn)行復(fù)測(cè)；內(nèi)模采用小塊鋼模拼裝，需嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)尺寸并做好支撐系統(tǒng)。

上層公路連續(xù)梁采用C50高性能混凝土，單次最大澆筑方量730 m3。箱梁澆筑前根據(jù)預(yù)拱度及設(shè)計(jì)頂面高程計(jì)算出混凝土澆筑控制頂標(biāo)高，在頂板布置頂面標(biāo)高控制定位筋。U型定位筋與梁體鋼筋焊接牢靠，頂面按梁頂標(biāo)高減2 cm控制，縱向定位筋采用φ20圓鋼，頂面即梁頂標(biāo)高。見圖9。U型定位筋橫向2 m/道，縱向4 m/道布置，縱向定位筋直接放在U型筋上，根據(jù)頂板澆筑情況縱向拖動(dòng)。頂板收面時(shí)采用鋁合金刮板拖動(dòng)控制頂面標(biāo)高、平整度、傾斜度并提漿。

圖9 頂面標(biāo)高控制示意

施工過程中需要采取措施嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力施加精確度并減少預(yù)應(yīng)力損失。為更好地控制落地落梁混合支架受力及變形協(xié)調(diào)性，以確保結(jié)構(gòu)安全，特引入監(jiān)控手段對(duì)支架進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。施工過程中通過對(duì)梁段立模、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉等各工況下梁體及支架變形情況進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)修正調(diào)整預(yù)拱度值及立模標(biāo)高，從而使最終箱梁線型達(dá)到或接近設(shè)計(jì)目標(biāo)值。通過固定時(shí)間觀測(cè)梁體變形并結(jié)合相對(duì)標(biāo)高法來降低或消除溫度變化對(duì)橋梁線形的影響。

通過過程控制及施工監(jiān)測(cè)，無調(diào)平層公路連續(xù)梁線型及頂面標(biāo)高得到有效控制，落地、落梁混合支架沉降控制及協(xié)調(diào)變形能力也得到有效驗(yàn)證。整聯(lián)箱梁施工完成后，增加箱梁徐變觀測(cè)，對(duì)各期徐變數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，核查預(yù)測(cè)徐變觀測(cè)趨勢(shì)，預(yù)測(cè)累計(jì)徐變值是否超限，為后續(xù)類似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)與參考。

6 結(jié)論

本文以滬通長(zhǎng)江大橋北引橋公鐵合建段雙層混凝土箱梁施工工程為依托，形成了公鐵兩用雙層混凝土箱梁立體施工成套技術(shù)。主要結(jié)論有：

a.研發(fā)了架橋機(jī)橫移變幅施工技術(shù)。為減少架橋機(jī)安拆次數(shù)，節(jié)約工期及成本，待下層左幅節(jié)段箱梁架設(shè)完畢后，架橋機(jī)需進(jìn)行橫移變幅施工作業(yè)，通過自制型鋼橫梁作為變幅軌道，并通過四氟滑板、潤(rùn)滑油等措施減少摩擦，轉(zhuǎn)移到右幅進(jìn)行節(jié)段箱梁的架設(shè)?；跈M移變幅施工技術(shù)，成功解決了雙線橋梁架設(shè)難題，安全、高效完成雙線混凝土節(jié)段梁架設(shè)安裝施工。

b.自主研發(fā)了落地、落梁混合高支架現(xiàn)澆施工方法。合建段上層公路連續(xù)梁現(xiàn)澆施工充分利用現(xiàn)場(chǎng)資源，在下層鐵路簡(jiǎn)支梁節(jié)段拼裝濕接縫處設(shè)置預(yù)埋件并搭設(shè)現(xiàn)澆支架和落地支架相結(jié)合的形式現(xiàn)澆。通過調(diào)整支架剛度解決落地、落梁支架變形協(xié)調(diào)并控制沉降變形；裝配式落梁支架的應(yīng)用提高了支架加工精度，減少了現(xiàn)場(chǎng)安拆工作量及周轉(zhuǎn)材料損耗。

c.提出了無調(diào)平層現(xiàn)澆箱梁線形及標(biāo)高控制技術(shù)，通過過程控制及施工監(jiān)控系統(tǒng)，解決無調(diào)平層箱梁線形控制難題，確保箱梁線形滿足設(shè)計(jì)要求。

滬通長(zhǎng)江大橋北引橋公鐵合建段雙層混凝土箱梁施工過程中應(yīng)用該技術(shù)，保質(zhì)、保量、按工期要求圓滿完成了雙層、雙線共28跨箱梁施工。實(shí)踐驗(yàn)證該技術(shù)已十分成熟，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)類似工程具有良好的推廣價(jià)值。