徽水河大橋主梁安裝施工關(guān)鍵技術(shù)研究

趙偉

摘 要：徽水河大橋是S11蕪黃高速公路的重要工程，該橋采用了低塔組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，為了研究組合梁斜拉橋采用塔吊進(jìn)行不對(duì)稱吊裝施工的可行性，以徽水河大橋?yàn)橐劳虚_展了主梁基于塔吊施工關(guān)鍵技術(shù)的研究。研究表明在塔梁固結(jié)條件下，低高度組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)的鋼主梁重量較小，利用塔吊采用先中跨后邊跨的方式進(jìn)行不對(duì)稱拼裝合理可行，吊裝時(shí)故根據(jù)塔吊的吊裝能力和作業(yè)半徑合理選取吊裝重量，對(duì)于額定吊裝重量過(guò)大區(qū)域可采用散件拼裝的方式采用先主梁后橫梁的方式進(jìn)行安裝。

關(guān)鍵詞：組合梁;斜拉橋;塔吊安裝;不對(duì)稱懸臂施工

0 引言

斜拉橋是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式，具有良好的跨越性能和承載能力，被廣泛地應(yīng)用在跨江、河及峽谷中。鋼板組合梁斜拉橋是在中小跨徑斜拉橋中較常見的主梁形式，但低高度組合梁和低橋塔形式形結(jié)合的低塔組合梁斜拉橋的應(yīng)用較少[1-2]。

斜拉橋橋塔較低時(shí)一般為部分斜拉橋結(jié)構(gòu)體系，拉索和主塔只承擔(dān)橋梁結(jié)構(gòu)的一小部分重量，其他荷載均由主梁自身承擔(dān)，因此主梁的剛度一般較大。對(duì)于主梁剛度較小的低塔斜拉橋工程的研究和工程實(shí)踐均較少[3-4]。

對(duì)于中小跨徑斜拉橋的施工方法一般包括懸臂施工法、轉(zhuǎn)體施工法和支架施工方法。對(duì)稱懸臂施工法是最常見的施工方法，利用懸臂掛籃或懸臂吊機(jī)進(jìn)行主梁的澆筑或安裝，可適應(yīng)于跨河、跨谷施工，適應(yīng)性相對(duì)較好。轉(zhuǎn)體施工主要適應(yīng)于跨線橋梁施工，先平行被跨越路線施工后旋轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置。支架法施工采用支架完成主梁施工后進(jìn)行拉索安裝，這種方法適合于采用支架搭設(shè)較為便利的地形地貌[5]。

傳統(tǒng)的對(duì)稱懸臂法、轉(zhuǎn)體法和支架法施工，主梁在施工過(guò)程中一般塔梁兩側(cè)的重量拉索主梁上的重量基本平衡。采用不對(duì)稱懸臂拼裝施工方法的相關(guān)研究和應(yīng)用均較少。為了研究低塔組合梁斜拉橋采用不對(duì)稱懸臂拼裝法進(jìn)行施工的可行性，本文以S11蕪黃高速徽水河大橋?yàn)橐劳袑?duì)組合梁的不對(duì)稱懸臂施工法進(jìn)行研究。

1 依托工程概況

1.1 項(xiàng)目總體概況

S11蕪湖至黃山高速公路路基工程施工WHLJ-9標(biāo)起訖樁號(hào)為K81+225～K92+190，線路全長(zhǎng)10.965 km，其中ZK85+557、YK85+563徽水河大橋左幅全長(zhǎng)175 m，右幅全長(zhǎng)205 m（引橋30 m）?；账哟髽?yàn)樽笥曳蛛x式布置，兩幅路基凈距約為20 m，單幅橋面寬度為12.25 m，見圖1。左、右幅大橋采用相同的結(jié)構(gòu)形式，主橋跨徑布置為（48+80+40）m，采用塔梁固結(jié)體系。主梁采用鋼板組合梁形式，索體采用鋼絞線拉索，拉索為空間扇形索面布置，小樁號(hào)側(cè)橋塔設(shè)置5對(duì)拉索，大樁號(hào)側(cè)橋塔設(shè)置4對(duì)拉索。拉索在塔上通過(guò)鞍座連續(xù)跨越錨固，梁端采用鋼錨箱錨固。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主梁采用鋼板組合梁結(jié)構(gòu)，鋼主梁為兩根“工”字型鋼縱梁和“工”字型鋼橫梁組成，鋼梁主梁橫向間距為11.75 m。

鋼縱梁梁高為1.5 m，標(biāo)準(zhǔn)橫梁梁高為1 m，鋼橫梁間距為3.6 m，鋼縱梁和鋼桁梁之間均采用焊接形式進(jìn)行連接。

主橋橋面板全寬12.25 m，板厚25 cm，支撐在由鋼主梁及橫梁組成的梁格體系上?；炷翗蛎姘迮c鋼主梁通過(guò)布置于鋼主梁及橫梁頂面的φ22圓柱頭剪力釘結(jié)合后共同受力。橋面橫坡由支撐預(yù)制板的鋼主梁間的高差形成。橋面板分為預(yù)制和現(xiàn)澆兩部分，現(xiàn)澆部分為預(yù)制板間現(xiàn)澆縫、鋼主梁頂現(xiàn)澆帶。預(yù)制板與鋼梁接觸部分在鋼梁邊緣粘貼寬7.5 cm，厚1 cm的丙烯三元橡膠條進(jìn)行調(diào)平和止?jié){。

主橋拉索采用環(huán)氧涂層鋼絞線拉索，拉索在梁段采用鋼錨箱進(jìn)行錨固，錨箱外掛在鋼主梁外側(cè)。拉索在塔上采用夾持型鞍座進(jìn)行錨固，拉索穿過(guò)鞍座錨固在橋塔兩側(cè)，用鞍座的夾持力提供抗滑錨固效果。

2 主梁不對(duì)稱懸臂拼裝施工方法

徽水河大橋地處皖南山區(qū)，大橋跨越徽水河及G205國(guó)道，兩側(cè)均為陡峭的峽谷，施工建設(shè)條件復(fù)雜，傳統(tǒng)的支架法施工和利用橋面板吊機(jī)進(jìn)行懸拼對(duì)稱安裝工藝均較難適應(yīng)本項(xiàng)目的建設(shè)?？紤]到本項(xiàng)目主梁采用鋼板組合梁結(jié)構(gòu)，鋼主梁自重較小，且橋梁的跨徑不大，在項(xiàng)目建設(shè)時(shí)橋塔施工的塔吊選型綜合考慮主梁吊裝的需求，選用塔吊型號(hào)為川建M1000塔吊，最大起吊能力50噸。

在主梁安裝時(shí)利用塔吊對(duì)主梁進(jìn)行吊裝，根據(jù)塔吊的起吊能力和起吊半徑的能力，靠近塔根部分節(jié)段利用塔吊整體安裝，遠(yuǎn)離橋塔位置的節(jié)段利用塔吊進(jìn)行散件安裝。采用塔吊施工時(shí)，每個(gè)橋墩兩側(cè)的主梁無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步對(duì)稱安裝，需要采用非對(duì)稱安裝的方法進(jìn)行施工。

基于塔吊施工的特點(diǎn)，本橋的安裝施工工藝如下：

（1）每個(gè)鋼梁節(jié)段的縱向長(zhǎng)度為7.8 m，橫梁間距為3.6 m，對(duì)應(yīng)橋面板分為2塊3.6 m。單個(gè)梁段的基本施工流程為n號(hào)塊鋼梁起吊安裝完成，n號(hào)拉索安裝并進(jìn)行一張，n號(hào)塊橋面板安裝并澆筑濕接縫，濕接縫達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行n號(hào)拉索二張。依次完成1號(hào)塔對(duì)應(yīng)的1～5#梁段安裝和2號(hào)塔對(duì)應(yīng)的1～4#梁段安裝。

（2）基于塔吊安裝特點(diǎn)，各梁段的安裝順序采用先中跨側(cè)主梁安裝后邊跨側(cè)主梁吊裝。以2號(hào)梁段為例，先利用塔吊整體起吊安裝中跨側(cè)2號(hào)主梁，并定位于1號(hào)主梁焊連;后利用塔吊起吊邊跨側(cè)2號(hào)鋼梁并進(jìn)行定位安裝。

（3）由于塔吊安裝于橋塔根部靠近中跨側(cè)，故中跨側(cè)所有鋼梁均具備塔吊整體起吊安裝的條件。邊跨側(cè)4號(hào)、5號(hào)鋼主梁需要采用散件拼裝進(jìn)行吊裝。散拼吊裝按照先內(nèi)側(cè)、后外側(cè)，先向塔側(cè)、后背塔側(cè)的順序，依次吊裝主縱梁和橫梁。

3 不對(duì)稱懸臂拼裝過(guò)程受力分析

3.1 主塔抗裂性能分析

由于采用不對(duì)稱懸臂施工的方式，施工過(guò)程橋塔兩側(cè)梁段重量不平衡，橋塔可能會(huì)出現(xiàn)較大順橋向彎矩，從而產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，造成橋塔混凝土開裂問(wèn)題，有必要通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)橋塔彎矩分布及其抗裂性能開展分析。

有限元計(jì)算結(jié)果表明，不對(duì)稱吊裝過(guò)程中，1#橋塔散拼安裝完成邊跨5#鋼梁、但中跨5#鋼梁節(jié)段尚未安裝時(shí)，橋塔縱橋向彎矩最大，見圖2-a），最大彎矩為3 610 kN·m，從塔頂?shù)綐蛩蠙M梁（塔梁固結(jié)處）縱橋向彎矩逐漸增大，從橋塔上橫梁到塔底縱橋向彎矩水平基本不變。由于此時(shí)邊跨側(cè)重量較大，因此橋塔中跨側(cè)受拉。相應(yīng)階段的橋塔中跨側(cè)應(yīng)力情況見圖2-b），可見，在不對(duì)稱吊裝荷載的作用下，橋塔最大拉應(yīng)力約為2.4 MPa，拉應(yīng)力數(shù)值較小，從名義應(yīng)力水平判斷，其抗裂性可滿足要求。

3.2 主梁受力特點(diǎn)分析

由于采用塔梁固結(jié)體系，因此鋼主梁受力特點(diǎn)表現(xiàn)為塔梁固結(jié)處應(yīng)力略高于其他區(qū)段。不對(duì)稱吊裝過(guò)程中，鋼主梁應(yīng)力基本均在100 MPa以下。施工過(guò)程中，1#橋塔和2#橋塔最后一對(duì)斜拉索張拉階段鋼主梁應(yīng)力最大，最大應(yīng)力約為109 MPa，見圖3，發(fā)生在塔梁結(jié)合處下緣。

4 結(jié)論

結(jié)合徽水河大橋的建設(shè)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)低塔組合梁斜拉橋采用塔吊進(jìn)行主梁安裝施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，研究得到以下主要結(jié)論：

（1）徽水河大橋建設(shè)條件復(fù)雜，組合梁的鋼梁部分重量較小，可采用塔吊進(jìn)行鋼梁的安裝。鋼梁采用塔吊安裝時(shí)可根據(jù)塔吊的吊裝能力和工作半徑選擇采用整體安裝或散件拼裝。

（2）有限元計(jì)算結(jié)果表明，本橋采用不對(duì)稱懸臂拼裝施工過(guò)程中主塔受力狀態(tài)較好，在不對(duì)稱荷載作用下橋塔滿足抗裂性要求，施工過(guò)程安全可靠。

（3）研究形成的徽水河大橋主梁的安裝施工方法很好地利用塔吊實(shí)現(xiàn)了主梁的便捷施工，適應(yīng)了建設(shè)條件的研究，并降低了主梁的安裝成本，可為類似結(jié)構(gòu)的施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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