王建紅WANG Jian-hong
(中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部,上海 200000)
太倉港疏港鐵路專用線工程太倉港特大橋跨越蕩茜涇航道時(shí)采用1-112m 單線下承式鋼桁梁橋式方案,該鋼桁梁全長113.5m,主桁采用無豎桿整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角桁架,節(jié)間長度為11.2m,桁高12.6m,主桁中心距7m,全橋重約900t。主桁上弦共9 個(gè)節(jié)段,下弦共10 個(gè)節(jié)段。橋面由橫梁、縱梁、人行道、軌道板組成。
鋼桁梁常見的施工方法有浮運(yùn)架設(shè)法、縱向拖拉法(頂推施工法)、懸臂施工法、門吊施工法等,遇復(fù)雜環(huán)境可以考慮多種施工方法聯(lián)合使用。
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況,并結(jié)合設(shè)計(jì)特點(diǎn)、既有施工方法和相關(guān)專家咨詢意見,制定了以下四種方案進(jìn)行比選:
方案一:浮吊+汽車吊原位拼裝方案。施工工藝介紹:在河道中間和岸上設(shè)置臨時(shí)支架,河道上方鋼構(gòu)件使用浮吊吊裝,岸上鋼構(gòu)件使用汽車吊吊裝,先安裝橋面系,再安裝腹桿、上弦桿等構(gòu)件,河道上方部分腹桿和上弦桿在地面拼成,分塊吊裝。為減少臨時(shí)支架數(shù)量,下弦桿每2 個(gè)節(jié)間組合成一段進(jìn)行吊裝。
方案二:浮托頂推法施工方案。施工工藝介紹:在河道一側(cè)岸上設(shè)置鋼桁梁拼裝支架及滑移軌道,使用吊機(jī)異位拼裝,拼裝完成后頂托鋼桁梁滑移至最大懸挑,利用設(shè)有支撐架的駁船作為臨時(shí)支墩繼續(xù)滑移至對岸,再注水下沉使駁船脫離鋼桁梁,鋼桁梁落在橋墩上,使用千斤頂落梁。
方案三:導(dǎo)梁拖拉步履式滑移施工方案。施工工藝介紹:在河道一側(cè)岸上設(shè)置鋼桁梁拼裝支架及滑移軌道,對岸和河中設(shè)置臨時(shí)支架,使用吊機(jī)異位拼裝導(dǎo)梁及鋼桁梁,拼裝完成后從對岸拖拉鋼桁梁,拖拉到位后,使用吊機(jī)拆除導(dǎo)梁,再用千斤頂落梁。
方案四:吊機(jī)+鋼棧橋原位拼裝施工方案。施工工藝介紹:在橋的上下游一側(cè)搭設(shè)鋼棧橋,河中和岸上設(shè)置臨時(shí)支架,將吊機(jī)開至棧橋上吊裝鋼桁梁桿件,架設(shè)完成后拆除鋼棧橋。
方案一所用材料相對較少,成本較低,但在吊裝施工階段須對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行檢算,確保構(gòu)件受力安全可控。
方案二、方案三施工時(shí)河中仍需設(shè)置臨時(shí)支架,且拖拉或頂推設(shè)備費(fèi)用較高。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查,主墩44#、45#墩兩側(cè)水系發(fā)達(dá)、地質(zhì)條件較差,表層土多為淤泥質(zhì)軟土,支架基礎(chǔ)處理成本較高。
方案四施工難度較小,河中需搭設(shè)鋼棧橋和臨時(shí)支架,對蕩茜河水位影響較大,且貝雷片、鋼管樁租賃量較大,施工成本較高。
經(jīng)對比分析,綜合考慮施工難易程度、安全風(fēng)險(xiǎn)、工程造價(jià),最終采用浮吊+汽車吊原位拼裝法進(jìn)行施工。
根據(jù)鋼桁梁構(gòu)件重量、蕩茜河兩側(cè)既有道路寬度和河道與長江閘口相連等因素,經(jīng)檢算確定選用QY50K-Ⅱ汽車吊和80t 浮吊進(jìn)行鋼桁梁吊裝作業(yè),再根據(jù)兩者的吊裝性能合理劃分吊裝區(qū)域。河道水深約3.3m,已封航且無其余船只通過,滿足浮吊施工需求,將河道兩岸道路封閉,無外來車輛、人員進(jìn)入施工現(xiàn)場。(圖2)
圖2 吊裝區(qū)域劃分圖
浮吊前纜固定在水中鋼管樁上,后纜樁設(shè)于河道堤岸與道路間護(hù)坡上,纜樁為打入土中的φ245*10 圓鋼管,鋼管入土深度1m 左右,牢固可靠。橋面下弦桿由臨時(shí)支架臨時(shí)固定,腹桿和上弦桿用沖釘及普通螺栓臨時(shí)固定,最后置換高強(qiáng)螺栓。
圖1 跨蕩茜涇1-112m 鋼桁梁立面示意圖
①橋面橫梁整根吊裝,下弦桿每兩個(gè)節(jié)間在地面拼裝后作為一個(gè)吊裝單元;②橋面縱梁整根吊裝;③汽車吊吊裝區(qū)域,腹桿和上弦桿單根吊裝;浮吊吊裝區(qū)域,每兩根腹桿和一根上弦桿組成一個(gè)吊裝單元;④上平聯(lián)交叉處一根通長吊裝,另一根分兩段吊裝,橋門架整段吊裝。
汽車吊安裝支座上分段→汽車吊安裝兩側(cè)端橫梁→汽車吊安裝邊跨下弦桿→汽車吊安裝邊跨縱梁和橫梁,浮吊安裝次邊跨下弦桿→浮吊繼續(xù)向跨中安裝橋面系→浮吊安裝跨中橋面系→浮吊安裝中跨腹桿和上弦桿分塊→浮吊安裝橋門架和橫聯(lián)→浮吊繼續(xù)安裝腹桿和上弦桿分塊→浮吊安裝橫聯(lián)和平縱聯(lián)→浮吊和汽車吊按上述步驟向兩側(cè)繼續(xù)安裝→安裝最后一跨腹桿及上弦桿。
①下弦桿吊裝工況:50t 汽車吊吊裝兩節(jié)下弦桿(重量為16t),吊裝半徑7m,汽車吊允許最大吊裝荷載為18.2t>16t,滿足要求。(圖3)
圖3 兩節(jié)下弦桿吊裝示意圖
②上弦桿及腹桿組合構(gòu)件吊裝工況:50t 汽車吊吊裝上弦桿及腹桿組合構(gòu)件(重量為8t),吊裝半徑10m,汽車吊允許最大吊裝荷載為9t>8t,滿足要求。(圖4)
圖4 上弦桿及腹桿組合構(gòu)件吊裝示意圖
③浮吊最不利吊裝工況:吊裝FD13a 桿件時(shí)不僅半徑最遠(yuǎn),而且受河道和橋梁位置關(guān)系影響,最不利于浮吊站位;此工況下浮吊桅桿與水平面呈50 度夾角,浮吊可吊20t,分段重量為19t,起重量、高度符合要求,且浮吊不影響已安裝結(jié)構(gòu)。(圖5)
圖5 FD13a 桿件吊裝平面示意圖
臨時(shí)支架的定位精度、剛度及穩(wěn)定性對鋼桁梁的安裝精度及結(jié)構(gòu)安全影響很大,支架的搭設(shè)作為重點(diǎn)進(jìn)行控制。施工過程中嚴(yán)格控制鋼管樁垂直度和接樁質(zhì)量。插打深度不低于計(jì)算深度(15m),確保結(jié)構(gòu)受力可靠。
①導(dǎo)向架配合全站儀精確定位。浮吊吊起鋼管樁,將鋼管樁下部安放在導(dǎo)向架槽口內(nèi),由駕駛?cè)藛T調(diào)整鋼管樁垂直度;粗略調(diào)直后,測量人員使用全站儀對樁位進(jìn)行粗測,浮吊駕駛員按照測量人員指令將鋼管樁移至指定位置,待浮吊及鋼管樁穩(wěn)定后,在鋼管樁正對全站儀側(cè)懸掛反光貼,使用全站儀測量鋼管樁的角度和距離,對其進(jìn)行精確定位。鋼管樁精確定位后緩慢放松吊機(jī)鋼絲繩,直至鋼管樁落于河床面,并再次檢查樁的位置和垂直度。
②振動(dòng)下沉。確定樁位與樁的垂直度滿足要求后,啟動(dòng)振動(dòng)錘進(jìn)行振動(dòng),每次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間不宜超過10~15min,過長則振動(dòng)錘易遭到破壞,太短則難以下沉。每根樁下沉應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,不可中途停頓或有較長停歇時(shí)間,以免樁周土恢復(fù)導(dǎo)致后續(xù)下沉困難。
③接樁。樁打入至距導(dǎo)向架施工平臺(tái)0.5~1.0m 高度時(shí),移去振動(dòng)錘進(jìn)行接樁。經(jīng)檢查接樁質(zhì)量符合要求后繼續(xù)打樁,直至設(shè)計(jì)深度。鋼管樁的入土深度以樁尖標(biāo)高和貫入度兩個(gè)指標(biāo)作為停錘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制,以樁尖設(shè)計(jì)標(biāo)高為主,當(dāng)樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高而貫入度仍較大時(shí)應(yīng)繼續(xù)錘擊,待貫入度接近控制貫入度時(shí)方可停止。接樁時(shí),為保證焊接質(zhì)量,下節(jié)樁的剩余高度除留出接續(xù)高度外,還應(yīng)留出焊工操作空間高度,一般下節(jié)樁的剩余高度以50~80cm為宜。
鋼管樁的插打精度很大程度上取決于作業(yè)人員的細(xì)心程度、技術(shù)熟練程度、樁的制作誤差、機(jī)械、導(dǎo)向架平臺(tái)等,同時(shí)也受地基、水中作業(yè)等客觀條件影響,因此在施工過程中應(yīng)全面考慮各種因素,以滿足鋼管樁縱橫向偏差不超出D/5,傾斜度小于全長的1/100 的要求。
鋼桁梁采用原位分節(jié)段拼裝,其線型控制是重點(diǎn)。本橋梁采用施工預(yù)測控制法對梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)、變形進(jìn)行控制。利用Midas civil 2019 建立計(jì)算模型,根據(jù)具體的施工工況和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)力、變形分析計(jì)算,得出預(yù)測值。
臨時(shí)支架的變形控制是梁體線形控制的重要因素之一,吊裝前計(jì)算每個(gè)支架在施工過程中所受的最大承載力,并對臨時(shí)支架進(jìn)行預(yù)壓,消除支架及基礎(chǔ)的非彈性變形值,得到準(zhǔn)確的支架彈性變形值。
鋼桁梁使用過程中在荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生撓度,因此鋼梁在桿件安裝的過程中需要設(shè)置預(yù)拱度,實(shí)際拼裝時(shí)還要考慮臨時(shí)支架的彈性變形值。桿件吊裝前,根據(jù)設(shè)計(jì)安裝線形確定支架上每個(gè)墊座上碼板頂標(biāo)高,碼板的高度約為150mm,沿下弦桿件寬度通長布置,根據(jù)碼板頂標(biāo)高控制鋼桁梁下弦底板的標(biāo)高。
在臨時(shí)支架和主桁上設(shè)置觀測點(diǎn),鋼桁梁安裝過程中對構(gòu)件的軸線及標(biāo)高進(jìn)行全過程跟蹤測量。在下節(jié)段安裝前,對相鄰的前節(jié)段構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核測量,若發(fā)現(xiàn)存在誤差及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整完成后再安裝下節(jié)段構(gòu)件,以免造成線型累計(jì)偏差,確保線型符合設(shè)計(jì)要求。在墊座兩側(cè)放置200T 的千斤頂,調(diào)節(jié)鋼桁梁安裝時(shí)的高程偏差。
①太倉港特大橋跨蕩茜涇1-112m 鋼桁梁為大跨度簡支橋梁結(jié)構(gòu),施工正處于汛期,施工難度較大,采用浮吊+汽車吊原位拼裝施工方案對河道防汛影響較小。
②通過施工預(yù)測控制法有效控制了鋼桁梁拼裝線型精度,保證了線路的平順性和行車平穩(wěn)性。
③采用浮吊+汽車吊原位拼裝方案減少了措施工程量,既節(jié)約了成本又縮短了工期,且施工過程安全有序,符合方案比選的安全、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)原則,可供類似工程借鑒。