大跨度超寬橋面無(wú)背索斜拉橋鋼箱梁施工技術(shù)

1、大跨度超寬橋面無(wú)背索斜拉橋鋼箱梁施工技術(shù)李曉倩張?jiān)兺躏@鶴摘要本文結(jié)合亞洲第一寬雙索面無(wú)背索斜拉橋-鄭州賈魯河大橋(跨度為 30+120+40m30+120+40m 寬度為 5555 成施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了超寬橋面無(wú)背索斜拉橋鋼箱梁制造、安裝施工技術(shù)，為公司乃至國(guó)內(nèi)同類橋鋼箱梁施工提供借鑒。關(guān)鍵詞超寬橋面斜拉橋鋼箱梁施工技術(shù)1引言無(wú)背索斜拉橋是近年來(lái)逐步發(fā)展的一種新橋型，其以良好的力學(xué)性能、優(yōu)美的景觀，為橋梁建設(shè)中最有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型之一。世界上第一座大跨度無(wú)背索斜拉橋是西班牙的Alamillo橋，跨度200m,建成于1992年，此橋型新穎美觀，在藝術(shù)上堪稱杰作。目前國(guó)內(nèi)建成的無(wú)背索斜拉橋有長(zhǎng)沙洪山

2、大橋、長(zhǎng)春輕軌伊通河斜拉橋、哈爾濱太陽(yáng)島斜拉橋、白鷺大橋等等。無(wú)背索斜拉橋橋塔僅有單側(cè)索，為確保主塔處于良好的受力狀態(tài)，塔身一般都設(shè)計(jì)成傾斜的，塔身后傾的巨大重力需通過(guò)主梁來(lái)平衡。鄭州市賈魯河大橋?yàn)殡p索面無(wú)背索斜拉橋，其中中跨跨中100m為鋼箱梁，橋梁寬為55米，其超寬橋面堪為亞洲之最，本橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，本文主要介紹主梁中鋼箱梁施工技術(shù)，為今后超寬橋面無(wú)背索斜拉橋鋼梁施工提供借鑒。2工程概況鄭州賈魯河大橋主橋?yàn)?30+120+40)m無(wú)背索斜拉橋，橋梁全寬55m,主塔為預(yù)應(yīng)力混凝土斜塔，上塔柱高60m,向后傾斜30。，斜拉索水平傾角24。，全橋共計(jì)18根，縱向間距10m,主梁采用鋼混縱

3、向組合結(jié)構(gòu)，縱向布置為30+120+40m其中中跨跨中100m為鋼梁，鋼梁與混凝土梁結(jié)合處設(shè)鋼混結(jié)合過(guò)渡GA段，與鋼混段連接的節(jié)段為GBGD段，其余節(jié)段均為標(biāo)準(zhǔn)段GC共11個(gè)節(jié)段。鋼梁為主縱梁、小縱梁、中橫梁、小橫梁、正交異性鋼橋面板及大懸挑組成的鋼構(gòu)架。鋼梁斷面圖如圖1所示。3鋼箱梁施工方案3.1鋼箱梁制作方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、 設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)范要求， 本工程鋼箱梁縱、 橫向進(jìn)行分段， 在車(chē)間內(nèi)進(jìn)行板單元制作，在預(yù)拼裝場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝，預(yù)拼裝時(shí)將板單元組焊成運(yùn)輸塊體，塊體采用陸運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)。圖1鋼梁斷面圖3.1.1板單元制作頂板單元、底板單元、橫隔板單元、腹板單元、橫聯(lián)單元、錨箱單元、挑臂

4、單元等均在專用的工裝設(shè)備上完成組焊。3.1.2節(jié)段制作板單元制作完成后，在設(shè)置了橋梁豎向線形的整體組裝胎架上按輪次進(jìn)行節(jié)段的整體組裝焊接及預(yù)拼裝， 采用多節(jié)段連續(xù)匹配組裝、焊接和預(yù)拼裝同時(shí)完成的方案。在節(jié)段制作中， 按照“縱梁錨箱底板單元一兩側(cè)底板單元一縱梁兩側(cè)箱體隔板一腹板單元一錨箱塊體初定位一兩側(cè)箱體隔板一兩側(cè)箱體腹板一橫梁?jiǎn)卧唤M焊中間頂板一組焊兩側(cè)頂板一組“挑臂塊體1一組焊挑臂塊體2”的順序，實(shí)現(xiàn)立體階梯形推進(jìn)方式逐段組裝與焊接。組裝時(shí)，重點(diǎn)控制橋梁的線形、鋼梁幾何形狀和尺寸精度、錨點(diǎn)的位置精度，相鄰接口的精確匹配等。3.2鋼箱梁安裝方案3.2.1工程整體施工過(guò)程從工期、安全、費(fèi)用、施

5、工條件等多方面綜合考慮，本橋采用塔梁同步施工方法，即是將鋼箱梁的施工和索塔的澆筑同步進(jìn)行，完成對(duì)應(yīng)節(jié)段的鋼箱梁和索塔后，即張拉此段斜拉索，再施工下段鋼箱梁和索塔。整體施工步序如圖2所示。上一節(jié)段塔柱模板爬升、鋼筋綁扎、一曲一.塔柱施工：等強(qiáng)度時(shí)間固定處理預(yù)應(yīng)力施工澆筑-等強(qiáng)度時(shí)間一鋼箱梁施工：支架安裝鋼箱梁吊裝焊接4無(wú)損檢測(cè)4驗(yàn)收 fI斜拉索施工：斜拉索掛索 A 張拉*F節(jié)段施工圖2工程整體施工步序3.2.2鋼箱梁吊裝方案鋼箱梁節(jié)段塊體在制作完成后陸運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)拼裝后進(jìn)行吊裝。本工程鋼箱梁采用“胎架支撐原位拼裝工藝”進(jìn)行安裝，即在鋼箱梁下方設(shè)置臨時(shí)支撐胎架，在臨時(shí)支撐體系上原位安

6、裝所有構(gòu)件以達(dá)到初始位形。根據(jù)本工程的制作分段、結(jié)構(gòu)形式及現(xiàn)場(chǎng)吊裝環(huán)境情況，橋下采用2臺(tái)200t汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝，吊裝順序如圖3和圖4。TBKT1ZTBKT1ZKT5ZKT4ZKT3ZKT2ZKT1Z合攏段）KT1YKT2YKT3YKT4YKT5YTBKT1YTBKT1Y不TFTWTFTW丁riTVVUrriTVVUrijivuvmijivuvmWTIvwiyvwiyITUITUMT7VTT3MT7VTT3*n1田oLU_LILI_76312455421367圖 3 3 鋼箱梁施工橫向安裝順序葉岳-/7/IJ圖 4 4 鋼箱梁施工縱向安裝順序4主要施工技術(shù)支撐胎架4支撐胎架形式本工程鋼箱梁采用胎

7、架支撐原位拼裝，GA2GC豉架高度約9.5m,GA1GC4段支架高約12mo均采用6ml4m標(biāo)準(zhǔn)段支架，在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際高度再臨時(shí)進(jìn)行加高，加高支架部分與原有標(biāo)準(zhǔn)段支架結(jié)構(gòu)形式一致，加高部分與原有支架頂部的鋼板進(jìn)行焊接。根據(jù)各支承段的受力特點(diǎn)，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的支承環(huán)境，支架立置在鋼箱梁橫向分段處，主肢采用325X10鋼管，橫斷面以及側(cè)面的連接均采用89X4的鋼管，連接時(shí)采用焊接形式，承重梁為2H400X200X8X13鋼焊接而成，頂部設(shè)置4200X10調(diào)節(jié)鋼管。6m標(biāo)準(zhǔn)段支架如圖5所示。4支撐胎架制作支架制作時(shí)，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙加工，支架材質(zhì)為Q235B法蘭盤(pán)為Q345B節(jié)點(diǎn)板與鋼管立柱采用6mmz面

8、角焊縫，除立桿外其他桿件采用螺栓連接，加勁板倒角距離為20mm支架的單節(jié)制彳高度為6m,支架節(jié)與節(jié)之間通過(guò)法蘭盤(pán)、螺栓連接。4.1.3支撐胎架安裝臨時(shí)支架安裝前，對(duì)實(shí)地進(jìn)行考察和測(cè)量，對(duì)安裝基礎(chǔ)不符合要求的，進(jìn)行平整、硬化或加鋪鋼板，根據(jù)橋梁中心線、支架軸線和節(jié)段的劃分，用經(jīng)緯儀或全站儀確定臨時(shí)支架的縱橫坐標(biāo)及標(biāo)高。6000Imu)圖56m標(biāo)準(zhǔn)段支架圖為確保支架穩(wěn)定， 在支架主肢底端加焊一塊700*700*20的鋼板， 四周采用M16X120mm膨脹螺栓與路面基礎(chǔ)固結(jié)。據(jù)計(jì)算分析可知，單個(gè)主肢最大受力為FZ=548.6kN,施加給擴(kuò)大基礎(chǔ)的壓強(qiáng)為P=548.6kN/(0.7X0.7)=1.12

9、MPa。鋼箱梁節(jié)段安裝完成后，選擇部分支架設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，用來(lái)對(duì)整個(gè)支架的沉降狀況及穩(wěn)定性進(jìn)行觀測(cè)。臨時(shí)支架調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)段與千斤頂進(jìn)行， 主要用于鋼箱梁吊裝時(shí)調(diào)節(jié)鋼箱梁標(biāo)高和安裝結(jié)束后進(jìn)行鋼箱梁整體卸載。支架采用汽車(chē)吊吊裝，通過(guò)預(yù)埋螺桿與攬風(fēng)繩進(jìn)行支架臨時(shí)固定，臨時(shí)固定后，采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀或者全站儀進(jìn)行垂直度校正，采用全站儀進(jìn)行支架頂部標(biāo)高測(cè)量。支撐胎架受力計(jì)算荷載取值與邊界條件荷載主要考慮上部塊體的自重與臨時(shí)支撐的自重，選取1.35的荷載增大系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。臨時(shí)墩為鋼管立柱，柱腳為固定支座(約束Ux、Uy、Uz)。有限元結(jié)果分析對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立有限元計(jì)算模型，拼接過(guò)程只考慮自重效應(yīng)，荷

10、載安全系數(shù)取1.35,計(jì)算結(jié)果如圖6所示。根據(jù)計(jì)算， 結(jié)構(gòu)的X方向最大變形DX為2.27mm,Y方向最大變形DY為0.31mm,Z方向最大變形DZ為-4.22mm；則按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003,結(jié)構(gòu)的變形滿足要求。結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力約為-144.44MPa,位于頂部分配梁的跨中位置，小于桿件的設(shè)計(jì)應(yīng)力310MPa因此應(yīng)力滿足要求。地基處理根據(jù)勘測(cè)資料以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，施工現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)高低不平，土質(zhì)松軟，地處淤泥地，給本工程鋼箱梁運(yùn)輸、支架原位拼裝帶來(lái)了極大的不便，因此支架基礎(chǔ)、吊裝作業(yè)區(qū)均需進(jìn)行地基處理。圖6支架受力變形分析圖地基處理要求由模型計(jì)算可得支架單管對(duì)混凝土基礎(chǔ)壓力548.6

11、kN,單個(gè)擴(kuò)大基礎(chǔ)受力1969.2kN,底部基礎(chǔ)受力P=(F+G)/S=(1969.2+2.5M60.3X10)/16=130.575kPa.基礎(chǔ)底部壓實(shí)承載能力應(yīng)不小于200kPa,基礎(chǔ)需做地基承載力試驗(yàn)；GA、GDGC5-GC7處支架位置采用擴(kuò)大基礎(chǔ)4m4m擴(kuò)大基礎(chǔ)區(qū)域采用8%K泥土換填1.5m；支架周?chē)溆鄥^(qū)域硬化5cm混凝土，橋梁兩側(cè)設(shè)置排水溝，防止雨水或者養(yǎng)護(hù)水浸泡支架基礎(chǔ)；GBGC邵段支架位于賈魯河河道內(nèi)，該區(qū)域汛期過(guò)水，且局部存在地質(zhì)硬層，為提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性，支架基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁基礎(chǔ)，混凝土樁規(guī)格800,樁深約14m,頂部設(shè)埋板與支架焊接，埋板尺寸P700mm20mm埋板底部設(shè)

12、置2根25的錨筋，澆筑在灌注樁內(nèi)，混凝土樁基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行試樁，試樁根數(shù)1根。支架與灌注樁連接如圖9所示?；炷凉嘧稘仓r(shí)預(yù)留500mm高度進(jìn)行二次澆筑，鋼筋籠頂部放置一個(gè)埋件板，下部錨筋與鋼筋籠綁扎點(diǎn)焊，與埋板焊接固定，然后進(jìn)行二次澆筑，澆筑高度與埋板齊平。安裝支架時(shí)支腿底部鋼板與預(yù)埋板焊接固定。根據(jù)樁頂反力及施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，經(jīng)計(jì)算，本工程GB-GC4段混凝土樁需貫入地下有效樁長(zhǎng)12m(實(shí)際按14.3m),承載能力滿足GBGC4支架單管對(duì)基礎(chǔ)的壓力要求。汽車(chē)吊作業(yè)區(qū)域壓實(shí)后，鋪50cm碎石，整平。地基處理后上表面與地表面齊平。鋼箱梁吊裝作業(yè)地基換填處理及擴(kuò)大基礎(chǔ)如圖7所示。T? ?123000

13、123000TT1皿ggrITOi*1MMLIM-itcMICM)IIHI修值_皿j圖7支架擴(kuò)大基礎(chǔ)及換填處理布置圖基礎(chǔ)強(qiáng)度復(fù)核基礎(chǔ)復(fù)核計(jì)算GAGBGC6曲支腿最大受力548.6kN,底部墊板70cmX70cm,條基支腿處受力b1=548.6/70X70=1.19MPav30MPa擴(kuò)大基礎(chǔ)能滿足支腿承載要求。GAGBGCGD單個(gè)支架最大柱底合力為支架二處，條基最大受力1969.2kN,擴(kuò)大基礎(chǔ)底部受力(r2=(F+G/S=(1969.2+2.5X16X0.3M0)/16=130.575kPa.基礎(chǔ)底部壓實(shí)承載能力應(yīng)不小于200kPa,基礎(chǔ)需做地基承載力試驗(yàn)(經(jīng)實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)承載能力大于200kPa

14、,滿足要求)。4.2.2.2吊車(chē)站位地基承載計(jì)算汽車(chē)吊站位區(qū)域，壓實(shí)后鋪50cm碎磚，經(jīng)計(jì)算抗壓(T300kPa。200t汽車(chē)吊自重71t,配重69t,最大吊重約40t。 支腿下設(shè)路基板， 路基板尺寸2mX2成吊裝時(shí)對(duì)地面壓力P=(71+69+40)X1.4/4X4=15.75t/m2=157.5kPa。所以，吊裝區(qū)域場(chǎng)地基礎(chǔ)可以滿足200t汽車(chē)吊吊裝要求。5鋼箱梁施工控制對(duì)于斜拉橋，在主梁節(jié)段施工過(guò)程中，一般需要實(shí)行“雙控”，即主梁標(biāo)高控制和斜拉索索力控制，為了保證斜拉橋的施工質(zhì)量，使斜拉橋?qū)嶋H狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)相符合，節(jié)段施工末狀態(tài)的主梁標(biāo)高與斜拉索索力與理想值之間的誤差應(yīng)控制在可接受范圍內(nèi)。由于本文篇幅有限，不再對(duì)主梁標(biāo)高和斜拉索索力控制進(jìn)行分析研究。鋼箱梁安裝完畢拉索張拉完成后對(duì)整橋進(jìn)行線形觀測(cè)，在端梁處橋中心線設(shè)