五跨連續(xù)半漂浮體系鋼箱梁安裝工藝

五跨連續(xù)半漂浮體系鋼箱梁安裝工藝

1鋼箱梁的吊裝杭州海大橋北航道大橋是一座五跨半浮游生態(tài)的傾斜鋼箱梁橋。項(xiàng)目全長(zhǎng)為70m160m448m160m70m908m。北航道橋型布置如圖1所示。主梁為栓焊流線形扁平鋼箱梁,梁高3.5m(中心線),鋼箱梁橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距3.75m,鋼箱梁內(nèi)設(shè)置兩道中縱腹板,其距鋼箱梁中心線間距為8.50m,如圖2所示。全橋主梁鋼箱梁劃分為九類(A～I(xiàn))67個(gè)梁段進(jìn)行架設(shè)安裝。A梁段48個(gè),梁段長(zhǎng)15m,最大吊裝重量約3042kN;B梁段4個(gè),梁段長(zhǎng)15m,吊裝重量約2603kN;C梁段4個(gè),梁段長(zhǎng)8.75m,吊裝重量約1656kN;D梁段2個(gè),梁段長(zhǎng)6.5m,吊裝重量約2060kN;E梁段2個(gè),為邊跨合龍段,梁段長(zhǎng)7.5m,吊裝重量約1591kN;F梁段2個(gè),梁段長(zhǎng)8.75m,吊裝重量約2227kN;G梁段2個(gè),梁段長(zhǎng)13.75m,吊裝重量約2940kN;H梁段2個(gè),梁段長(zhǎng)7.15m,吊裝重量約1683kN;I梁段1個(gè),為中跨合龍段,吊裝重量約801kN。主梁B8、B9、B10、B11、B12、B13號(hào)墩墩頂節(jié)段均采用安裝支架或托架,浮吊起吊至支架或托架上,水平滑移就位。其余標(biāo)準(zhǔn)梁段均采用CQ—320t步履式橋面吊機(jī)吊裝,主梁節(jié)段間均為現(xiàn)場(chǎng)栓焊連接,即頂板U肋采取高強(qiáng)螺栓栓接,其余均為焊接。2對(duì)稱吊裝梁段安裝鋼箱梁安裝工藝流程為:墩頂塊支架搭設(shè)→浮吊吊裝0號(hào)塊鋼箱梁→安裝橋面吊機(jī)→對(duì)稱吊裝標(biāo)準(zhǔn)梁段并安裝斜拉索→至輔助墩時(shí)完成次邊跨合龍→對(duì)稱吊裝標(biāo)準(zhǔn)梁段并安裝斜拉索至邊墩→完成邊跨合龍→中跨合龍。3安裝工藝、鋼箱梁3.1梁內(nèi)支架設(shè)計(jì)主塔橫梁頂鋼箱梁0號(hào)塊由C+D+C三片梁段組成,全長(zhǎng)24m,橫梁寬8.5m,0號(hào)塊支架采用落地鋼管支架,由4根?1200mm×δ16mm鋼管立柱、?800mm×δ10mm鋼管平聯(lián)、HM588型鋼縱梁以及25a工字鋼墊梁、不銹鋼板及四氟滑板組成的縱橫向滑移裝置組成,支架支承在塔座上。輔助墩墩頂塊F梁段長(zhǎng)度僅8.75m,兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度不大,故設(shè)計(jì)采用懸臂托架式支架。支架以焊接在墩身預(yù)埋鋼板上的雙拼45a工字鋼牛腿作為下支撐點(diǎn),牛腿頂面設(shè)HM588型鋼橫梁,橫梁上設(shè)2根間距為90cmHM588型鋼縱梁,縱梁靠近墩身端焊接固定在墩頂預(yù)埋件上?？v梁上同樣設(shè)25a工字鋼墊梁,墊梁以上為滑板支座系統(tǒng)。邊墩墩頂塊H梁段長(zhǎng)7.15m,向主塔側(cè)懸臂伸出,支架采用鋼桁架式托架,懸臂托架與墩身預(yù)埋件焊接固定。桁架上弦桿件采用雙拼45a工字鋼,下弦桿及斜撐采用雙拼25a工字鋼,支架墊梁及滑移裝置的設(shè)置同輔助墩墩頂支架。3.2梁段吊裝及吊裝墩頂塊鋼箱梁采用浮吊吊裝,根據(jù)浮吊吊裝橋面吊機(jī)的起吊高度,選擇“穩(wěn)強(qiáng)3號(hào)”1300t浮吊,單個(gè)主鉤最大起吊高度為73m,吊重650t;副鉤最大起吊高度為78m,吊重200t。根據(jù)墩頂塊各種梁段吊裝需要,設(shè)計(jì)專用吊架,吊點(diǎn)可根據(jù)梁段需要調(diào)節(jié)。0號(hào)塊先吊裝D梁段就位,精確調(diào)整好平面位置及高程,安裝并張拉臨時(shí)固結(jié)裝置,然后吊裝C梁段于D梁段兩端對(duì)接。梁段橫移及縱移采用手拉葫蘆及千斤頂。輔助墩及邊墩墩頂塊鋼箱梁吊裝前,首先測(cè)量調(diào)整支架臨時(shí)支點(diǎn)高程,然后浮吊吊裝鋼箱梁落梁于托架上,用手拉葫蘆臨時(shí)固定,待次邊跨及邊跨合龍時(shí)再進(jìn)行精確調(diào)整。3.3橋面吊機(jī)的吊裝標(biāo)準(zhǔn)段鋼箱梁采用CQ—320t步履式橋面吊機(jī)吊裝,吊機(jī)前三角長(zhǎng)12.45m,后三角長(zhǎng)15m,高8m,寬17m,總重約120t。橋面吊機(jī)在碼頭拼裝完畢,利用“穩(wěn)強(qiáng)3號(hào)”浮吊整體吊裝上橋面并進(jìn)行1.3倍超載試吊,受0號(hào)塊長(zhǎng)度影響,一次只能吊裝一臺(tái)橋面吊機(jī),待吊機(jī)吊裝同側(cè)1號(hào)梁段到位完成連接并張拉斜拉索后,吊機(jī)前移至距梁端75cm處,才能吊裝另一側(cè)橋面吊機(jī)并安裝同側(cè)1號(hào)梁段。從2號(hào)塊鋼箱梁開(kāi)始,駁船浮運(yùn)鋼箱梁定位,主、邊跨兩側(cè)架梁機(jī)同步、對(duì)稱采用四點(diǎn)起吊鋼箱梁安裝。從B2/Z2號(hào)索開(kāi)始,架梁機(jī)起吊Bi/Zi梁段就位,調(diào)整梁段斜率,與Bi-1/Zi-1梁段臨時(shí)連接,精確調(diào)整相鄰梁段間縫寬至設(shè)計(jì)值,完成全截面焊接,第一次張拉Bi/Zi索;向前架梁機(jī)就位,起吊Bi+1/Zi+1梁段,完成臨時(shí)連接,第二次張拉Bi/Zi索。依次循環(huán)進(jìn)行A、G類梁段安裝。由于杭州灣水域潮大流急,鋼箱梁吊裝選擇在高平潮時(shí)運(yùn)梁船舶就位。為了確保大橋在6月底臺(tái)風(fēng)來(lái)臨之前實(shí)現(xiàn)合龍,施工期間通過(guò)采用定位船的方法,保證梁船隨到隨吊。架梁機(jī)吊裝鋼箱梁側(cè)面示意圖如圖3所示。3.4中跨合龍段、斜拉索安裝選擇溫差較小、風(fēng)速較小的時(shí)段,宜選在夜晚19:00～20:00時(shí),架梁機(jī)起吊次邊跨合龍段BH1梁段就位,與前一梁段B9臨時(shí)連接,根據(jù)監(jiān)控指令測(cè)量并調(diào)整合龍塊前段高程,調(diào)整完畢立即馬板進(jìn)行栓焊連接。測(cè)量組連夜測(cè)量BH1與B10梁段理論連接面的里程,每隔3h測(cè)一次,直到凌晨5:00,最終由監(jiān)控小組確定裁剪的點(diǎn)位,并用油漆標(biāo)記在箱梁頂板上,不少于5個(gè)點(diǎn)。白天按測(cè)量點(diǎn)位劃線裁剪BH1鋼箱梁背塔側(cè),裁剪完畢,將B10梁段向BH1梁段移動(dòng),保持間距約10cm。夜間20:00～21:00,環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定,再次測(cè)量B10梁段與BH1梁段接口高差,通過(guò)B9箱梁斜拉索張拉來(lái)調(diào)整,達(dá)到合龍的目的。標(biāo)高及軸線調(diào)整完畢,將B10梁段縱移到位,保證接縫寬度6～8mm,立即馬板并進(jìn)行栓焊連接。次邊跨合龍段安裝完畢,安裝Z10梁段,同時(shí)安裝輔助墩墩頂塊箱梁配重塊,并安裝斜拉索,在B10拉索張拉前完成壓重塊安裝。邊跨合龍塊施工工藝與次邊跨合龍工藝相同,但邊跨合龍塊鋼箱梁不需裁剪。中跨合龍段施工時(shí),由于鋼箱梁安裝期間相鄰兩天溫差基本相近,合龍前一天選擇溫差較小、相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)段多次(每3小時(shí)一次)精確測(cè)量鋼箱梁懸臂端NZ14、SZ14梁段之間的距離,測(cè)量時(shí)間選在夜間22:00～凌晨5:00,根據(jù)該長(zhǎng)度在運(yùn)梁船上將ZH1梁段兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行二次下料切割,裁剪時(shí)每端面須比理論計(jì)算合龍長(zhǎng)度下短1cm以方便對(duì)接,下料切割要求切口平順以利對(duì)接合龍。為使合龍段鋼箱梁順利進(jìn)入接口,在SZ14、NZ14梁段兩接口處鋼箱梁縱腹板端部用規(guī)格為55mm(寬)×5(厚)mm的扁鐵做導(dǎo)向,扁鐵焊接固定在中腹板上,上、下端伸出梁頂、底板約15cm,并背向接縫處彎成10°角,為減少滑動(dòng)的摩擦阻力,在扁鐵表面涂抹黃油,防止鋼箱梁端口碰撞變形,如圖4所示。斜拉索張拉千斤頂在中跨14號(hào)索位置做好準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作就緒,ZH1梁段運(yùn)輸拋錨就位,海事部門(mén)對(duì)橋位上下游進(jìn)行監(jiān)護(hù),暫時(shí)封航。兩臺(tái)橋面吊機(jī)同時(shí)下放吊架,與ZH1梁段吊耳連接,緩慢起吊鋼箱梁,起吊時(shí)間選在白天,要求風(fēng)力不得超過(guò)5級(jí)。兩臺(tái)橋面吊機(jī)同步起吊ZH1梁段,當(dāng)ZH1梁段頂部接近N(S)Z14梁底時(shí),保持高差約50cm,調(diào)整好ZH1梁段水平,等到夜間,根據(jù)前期觀測(cè)并確定的合龍環(huán)境溫度下(不超過(guò)25℃),4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步起升,每塊扁鐵位置安排2人觀察箱梁有無(wú)碰撞,縱向用撬棍或手拉葫蘆調(diào)整位置,直到ZH1梁頂板順利越過(guò)Z14箱梁底板,然后沿扁鐵向上滑動(dòng),最終就位。ZH1梁段吊裝的同時(shí)測(cè)量NZ14和SZ14梁段與ZH1梁接口處高程,ZH1梁段到位后,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整合攏標(biāo)高,當(dāng)高差在10mm以內(nèi)時(shí),利用馬板調(diào)節(jié);當(dāng)高差超過(guò)10mm時(shí),依靠張拉Z14拉索來(lái)調(diào)節(jié)。由于軸線相對(duì)偏差很小,故不需要調(diào)整。線形及標(biāo)高調(diào)整完畢,立即栓焊連接鋼箱兩側(cè)接縫,要求兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行,調(diào)梁及環(huán)縫焊接工作要求在凌晨6:00以前必須完成。ZH1兩側(cè)接口環(huán)縫焊接完畢,立即安裝好主塔橫梁處豎向支座螺栓并解除鋼箱梁索塔處的臨時(shí)約束,第二次張拉B14、Z14號(hào)索,然后進(jìn)行BH2、B11號(hào)梁段永久壓重塊安裝施工,橫向抗風(fēng)支座、縱橫向阻尼限位裝置安裝在中跨合龍前完成,最后拆除架梁機(jī)。中跨合龍段吊裝如圖5所示。3.5梁段索力檢測(cè)施工控制主要以控制主梁標(biāo)高、控制截面彎矩和斜拉索索力為主,優(yōu)化調(diào)整也就以這三個(gè)因素建立控制目標(biāo)函數(shù)(和約束條件),通過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)誤差對(duì)橋梁變形和受力的影響分析,應(yīng)用優(yōu)化方法調(diào)整本梁段與未來(lái)梁段的安裝索力以及未來(lái)梁段的安裝標(biāo)高,使成橋狀態(tài)最大限度地接近理想設(shè)計(jì)成橋狀態(tài),并且保證施工過(guò)程中受力安全,必要時(shí)還可對(duì)已施工梁段的索力進(jìn)行調(diào)整。北航道橋鋼箱梁通過(guò)以上施工控制方法,合龍后軸線偏差為8mm,索力不需要進(jìn)行二次調(diào)整。4鋼箱梁施工監(jiān)控方案杭州灣跨海大橋北航道橋鋼箱梁安裝工藝的成功應(yīng)用,為今后其他同類橋梁施工提供借鑒,結(jié)合北航道橋鋼箱梁安裝工藝總結(jié)以下幾點(diǎn)。(1)墩頂塊鋼箱梁支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,材料用量少,安裝及拆卸簡(jiǎn)單。(2)鋼箱梁的工地連接采用栓焊連接,即頂板U肋采用高強(qiáng)螺栓連接,其余在工地連接均采用焊接,避免現(xiàn)場(chǎng)的仰焊及減少焊接工作量,便于確保焊接的