滬通長(zhǎng)江大橋天生港專(zhuān)用航道橋三主肋柔性拱合龍施工技術(shù)

袁小龍，薛志武

(1.中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121； 2.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

滬通長(zhǎng)江大橋天生港專(zhuān)用航道橋采用剛性梁柔性拱結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示，跨徑布置為(140+336+140)m，全長(zhǎng)616m。柔性拱采用三主肋結(jié)構(gòu)，箱形截面，內(nèi)寬1 200mm，內(nèi)高1 400～2 004mm，板厚44～48mm。主肋橫向間距17.25m，總寬34.5m，矢高60m，拱肋間設(shè)K型平聯(lián)或桁式橋門(mén)架。拱肋施工總體采用梁上拼裝、豎轉(zhuǎn)到位、跨中合龍工藝，合龍段長(zhǎng)1m，單節(jié)重約2t。

圖1 專(zhuān)用航道橋橋型布置(單位：m)

2 拱肋合龍總體施工方法及重難點(diǎn)分析

如圖2所示，3，4號(hào)墩拱肋依次豎轉(zhuǎn)到位后，通過(guò)調(diào)整上、下層扣索索力及設(shè)置端部合龍調(diào)位系統(tǒng)來(lái)精確實(shí)現(xiàn)合龍口姿態(tài)調(diào)整。按先兩邊后中間的順序進(jìn)行合龍，結(jié)構(gòu)上采取馬板臨時(shí)固定措施進(jìn)行桿件對(duì)接安裝。

圖2 拱肋合龍示意

拱肋合龍施工重難點(diǎn)分析如下。

1)拱肋為三主肋結(jié)構(gòu)，橫向剛度較大，平面內(nèi)剛度小。轉(zhuǎn)體到位時(shí)端部橫向無(wú)約束，易錯(cuò)位，端部下?lián)陷^大，合龍節(jié)點(diǎn)位移和轉(zhuǎn)角調(diào)整難度較大。

2)拱肋跨度大，合龍點(diǎn)空間坐標(biāo)影響因素多，順橋向拱肋長(zhǎng)度偏差受溫度、拱肋制造與架設(shè)偏差的影響，豎直方向偏差受風(fēng)荷載、日照的影響，拱肋軸線偏差受日照和臨時(shí)荷載等影響。順橋向與豎直向相互制約，合龍點(diǎn)位置難以控制。

3)工程位置常年風(fēng)速接近6級(jí)，且合龍口位置距離江面高度約130m，風(fēng)荷載影響更甚，拱肋合龍前處于大懸臂狀態(tài)，合龍口抖動(dòng)，橫移等難以消除。

4)合龍精度要求高，合龍段由工廠按設(shè)計(jì)圖制作，現(xiàn)場(chǎng)用馬板臨時(shí)固結(jié)，在空中實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)合龍，難度較大。

3 拱肋合龍敏感性分析

合龍調(diào)位過(guò)程中，前端索作為主牽引索，承擔(dān)拱肋轉(zhuǎn)起和標(biāo)高調(diào)整功能，后端索作為輔助索，用以調(diào)整拱肋線形和前端轉(zhuǎn)角，改善拱肋應(yīng)力狀態(tài)。通過(guò)分析建模計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 拱肋轉(zhuǎn)體合龍時(shí)整體位移與應(yīng)力

由于豎轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)可將索力偏差控制在±50kN，經(jīng)計(jì)算分析，合龍口高程最大偏差13mm，里程最大偏差26mm(合龍口拉開(kāi))，轉(zhuǎn)角最大偏差0.004rad；拱肋組合應(yīng)力：最大拉應(yīng)力117.7MPa，最大壓應(yīng)力-136.4MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

以上是在理想狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果，在受到外部荷載作用時(shí)，由于超大跨度和柔性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合龍口很易產(chǎn)生偏差，需設(shè)置合龍口工裝以糾正偏差。以下對(duì)合龍口進(jìn)行敏感性分析，以確定工裝參數(shù)和方式。

3.1 合龍口橫橋向調(diào)位

當(dāng)合龍口出現(xiàn)橫向偏位后，需在合龍口加橫橋向荷載以調(diào)整拱肋橫向錯(cuò)位。分別施加50，100，200kN荷載，結(jié)果如圖4所示。

圖4 橫橋向敏感性分析

根據(jù)分析可知，配備≥200kN的橫向調(diào)位裝置可滿足合龍口精確調(diào)位要求。

3.2 合龍口豎向調(diào)位

通過(guò)豎向調(diào)位裝置對(duì)合龍口加豎向荷載以調(diào)整豎向錯(cuò)位，分別施加50，100kN荷載，對(duì)應(yīng)的位移值及位移變化量結(jié)果如表1、圖5所示。

圖5 合龍豎向調(diào)位

表1 豎向荷載作用下合龍口位移 mm

由分析可知，合龍口在100kN豎向荷載作用下可進(jìn)行292mm的高差調(diào)整，轉(zhuǎn)體提升系統(tǒng)可將合龍口兩側(cè)拱肋高差調(diào)整至≤20mm，故配置≥100kN的豎向調(diào)位裝置可滿足合龍口精確調(diào)位。

3.3 合龍口順橋向調(diào)位

當(dāng)合龍口順橋向空間無(wú)法滿足嵌補(bǔ)段安裝要求時(shí)，在合龍口施加順橋向荷載，調(diào)整合龍口間距，分別計(jì)算拉力-100，-200，-300，-600，-800kN作用下合龍口靠攏位移量(合龍口間隙變小為負(fù)值)及推力100，200，300，600，800kN作用下合龍口遠(yuǎn)離位移量(合龍口間隙變大為正值)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 順橋向敏感性分析

由分析可知，合龍口在800kN順橋向荷載作用下，可進(jìn)行±200mm的寬度調(diào)整。轉(zhuǎn)體提升系統(tǒng)可將合龍口寬度調(diào)整至不大于設(shè)計(jì)值±40mm的寬度，配置≥800kN的順橋向調(diào)位裝置可滿足合龍口精確調(diào)位要求。

4 合龍口調(diào)位系統(tǒng)

如圖7所示，合龍口調(diào)位系統(tǒng)由橫向、豎向和縱向調(diào)位裝置組成。

圖7 合龍口調(diào)位系統(tǒng)

橫向調(diào)位裝置由預(yù)先焊接在拱肋端部的耳座和10t手拉葫蘆組成。合龍口粗定位后，人工利用鋼絲繩將橫向調(diào)位裝置對(duì)拉張緊，如圖8所示，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整手拉葫蘆來(lái)消除合龍口橫向錯(cuò)位。

圖8 合龍口軸偏調(diào)整

豎向調(diào)位利用轉(zhuǎn)向滑輪組架體作為調(diào)整反力架，轉(zhuǎn)體扣索調(diào)整鎖定后，測(cè)量拱肋合龍口兩端高程差。如圖9所示，如4號(hào)墩側(cè)拱肋端部高度大于3號(hào)墩側(cè)，將架體轉(zhuǎn)下橫跨拱肋鎖定3號(hào)墩側(cè)銷(xiāo)軸后，4號(hào)墩側(cè)支腿中間裝入20t千斤頂反頂，端部高度調(diào)整到位后，將支腿與拱肋剛接。反之，將架體轉(zhuǎn)下后，現(xiàn)場(chǎng)焊接4號(hào)墩側(cè)耳座與支腿連接，拆除3號(hào)墩側(cè)架體銷(xiāo)軸后在支腿中間裝入20t千斤頂反頂，高度調(diào)整到位后再將支腿與拱肋剛接。

圖9 合龍口高差調(diào)整

縱向調(diào)位裝置包括80t油缸和鎖定裝置。在合龍口拱內(nèi)預(yù)先固定1根鋼管，用于合龍口過(guò)小時(shí)頂開(kāi)，如圖10所示。合龍口過(guò)大時(shí)，利用千斤頂張拉兩側(cè)精扎螺紋鋼縮小合龍口，待調(diào)整到位后，用4組帶球形螺母的精軋螺紋鋼和中間撐桿鎖定合龍口，安裝嵌補(bǔ)段。

圖10 合龍口臨時(shí)固結(jié)

5 合龍口姿態(tài)調(diào)整

5.1 合龍口初步調(diào)整

在合龍前，通過(guò)調(diào)整主索將合龍口標(biāo)高基本調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高，調(diào)整輔助索將合龍口轉(zhuǎn)角基本調(diào)至設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角。調(diào)整完后張緊纜風(fēng)繩至50kN/根，防止合龍口出現(xiàn)振動(dòng)，并消除部分橫向偏差。

另外，合龍時(shí)受外界環(huán)境條件、加工制作精度、結(jié)構(gòu)實(shí)際自重、安裝誤差等因素的影響，合龍口實(shí)際狀態(tài)與計(jì)算值存在一定的誤差，初步調(diào)整后的合龍口相對(duì)高差及橫向偏差控制在20mm以?xún)?nèi)，相對(duì)豎向位移偏差控制在40mm以?xún)?nèi)。

5.2 合龍口精確調(diào)整

1)橫向相對(duì)偏差調(diào)整 通過(guò)橫向調(diào)位裝置將橫向偏差控制在5mm以?xún)?nèi)。

2)豎向相對(duì)高差及轉(zhuǎn)角調(diào)整 合龍口豎向相對(duì)高差及轉(zhuǎn)角的精確調(diào)整先通過(guò)計(jì)算機(jī)PID精確調(diào)控扣索索力實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行調(diào)整時(shí)，以拱肋前端標(biāo)高控制及轉(zhuǎn)角控制為主，以索力控制為輔，且索力調(diào)整不宜過(guò)大或過(guò)小，以免結(jié)構(gòu)應(yīng)力超標(biāo)，當(dāng)調(diào)整至合龍口兩側(cè)高差在20mm以?xún)?nèi)時(shí)，再通過(guò)豎向調(diào)位裝置調(diào)整高差至5mm以?xún)?nèi)。

3)縱向相對(duì)偏差調(diào)整 通過(guò)縱向調(diào)位裝置將合龍口寬度調(diào)整至1 020～1 030mm。

6 合龍段安裝

合龍段位于4號(hào)墩側(cè)節(jié)點(diǎn)S21和S22之間，長(zhǎng)1m，單節(jié)重約2t。為使合龍對(duì)接順利準(zhǔn)確，拱肋在工廠內(nèi)試拼裝，合龍拱肋按設(shè)計(jì)線形和加工余量預(yù)裝。合龍順序?yàn)橄葍蛇吂袄吆笾虚g拱肋。

選擇氣溫平穩(wěn)時(shí)段精調(diào)合龍口線形，縱向預(yù)留2～3cm間隙。合龍段吊裝就位后，與一側(cè)拱肋進(jìn)行焊接，然后通過(guò)調(diào)整拉索索力并輔以千斤頂、手拉葫蘆等設(shè)備，將合龍段另一側(cè)與拱肋精確匹配對(duì)位，并用馬板臨時(shí)固結(jié)，最后完成合龍段焊接。

拱肋提升通過(guò)錨固在主梁上的卷?yè)P(yáng)機(jī)及合龍端口上方設(shè)置的轉(zhuǎn)向滑輪實(shí)現(xiàn)。兩側(cè)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步提升，配合拱頂手拉葫蘆，拱肋垂直進(jìn)入合龍口。通過(guò)手拉葫蘆和緊線器精確調(diào)整合龍口各項(xiàng)指標(biāo)。碼板固定后對(duì)環(huán)向?qū)雍缚p實(shí)施手工焊接，焊接工藝嚴(yán)格按工藝試驗(yàn)確定的要求進(jìn)行。

經(jīng)實(shí)測(cè)，拱肋橫橋向整體偏差和三片拱肋高程相對(duì)偏差均控制在10mm以?xún)?nèi)；合龍段吊裝就位后，軸偏為2mm，高差為1mm。

7 結(jié)語(yǔ)

大跨三主肋柔性拱結(jié)構(gòu)平面剛度較小，合龍口影響因素較多，且合龍精度要求高，合龍難度較大。本工程實(shí)施過(guò)程中通過(guò)敏感性分析及精度控制指標(biāo)確定合龍口調(diào)整工裝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)合龍口姿態(tài)及拱肋整體線形的精確控制，效果良好。