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中承式提篮拱桥钢拱肋安装施工技术

减小字体 增大字体 作者:沈凯  来源:本站整理  发布时间:2020-1-13 9:45:44


沈 凯
上海公路桥梁(集团)有限公司 上海 201400
摘要:上海奉贤金汇港桥主桥为中承式提篮拱桥,主桥拱肋为砼边拱肋与钢箱主拱肋两种形式组成,其中钢 - 混结合段预埋件需与砼边拱肋一同施工,因此施工时钢结构预埋段的定位直接影响了后续钢拱肋安装的精度。同时为了减少对航道的影响,主桥钢结构均考虑采用两台 400T 履带吊分别位于河道两岸进行单机吊装,施工前结合现场实际情况对机械行走及吊装部位进行合理布置,通过计算得出最不利工况下吊机所需的最大地基承载力,提前进行地基处理,确保吊机在吊装过程中不发生地基失稳的情况。研究成果可对同类工程提供一定的参考。
关键词:中承式提篮拱;钢 - 混结合段;钢拱肋;安装;地基承载力DOI:10.19569/j.cnki.cn119313/tu.201712141 正文:
0引言
钢拱桥施工过程中,钢结构的吊装为工程的施工重点。选择合理的吊装设备及工艺将影响整个工程的施工进度及质量,同时对施工过程中安全管理工作也产生较大影响。
金汇港桥主跨105m,一跨跨越河道,为特大桥。桥梁钢构件有长度大、重量大等特点,施工前需结合吊装设备起重能力、现场场地等情况合理进行钢结构的分段,保证整个工程能够顺利实施。
1工程概况
金汇港主桥采用30m+105m+30m中承式双飞燕提篮拱桥,现有金汇港河道宽度约为80m。主桥上部结构由拱肋、风撑、钢横梁及钢纵梁、吊杆、系杆、预制桥面板及整体化桥面系组成。
主 拱 拱 轴 线 采 用 二 次 抛 物 线 , 主 拱 矢 高 3 0 m , 矢 跨比 f/L=1/3.5,主 拱 向 内 侧倾斜8°,桥面以上主拱采用2片1800mmx2800mm的钢箱截面(Q345qD),桥面以下主拱及拱座采用1800mmx2800mm的砼箱形截面(C50);边拱拱轴线采用二次抛物线,矢高6m,矢跨比f/L=1/5,边拱向内侧倾斜8°,采用1800mmx2000mm砼(C50)实心矩形截面。主梁采用钢-砼叠合梁,边跨梁高 1950mm,主跨梁高1750mm,桥面板采用300mm厚(中部250mm,端部300mm)的钢筋砼预制板。主拱与主梁之间采用吊杆连接,吊杆间距为6m,共设13对吊杆,两片拱肋之间在跨中布置S形横撑。两边拱端部设置水平系杆拉索(系杆线形与桥梁纵断面平行),以平衡拱桥的推力。
2钢结构吊装方案
2.1分段方案及设备选型
金汇港主桥拱肋、风撑、横梁、纵梁、边跨主梁均为钢结构,分段前根据图纸要求先进行钢结构加工方案设计,并经过设计确认。由于本工程采用陆上运输,按照构件最大宽度不超过6m的原则进行分段。
NG1~4、SG1~4为主拱肋分段,FC1~FC2为风撑分段,Q1~Q9为主桥桥面梁分段,W1~5为西侧边跨结合梁分段,E1~5为东侧边跨结合梁分段(见图1),具体分段参数详见表1。
图1主桥钢结构分段平面示意图
表1各分段参数一览表
选择采用2台400t履带吊,在主臂超起工况下,在金汇港两岸同时吊装,直至主跨合龙,所有钢结构分段构件均采用单机吊装。
2.2吊装工况流程
准备工作(河中钢管桩打入及临时支墩安装)→W3、E3吊装→W2、E2吊装→NG1、NG4吊装→NG2与NG3(合龙段)吊装→W4、E4吊装→W5、E5吊装→SG1、SG4吊装→SG2与SG3(合龙段)吊装→W1、E1吊装→FC1与FC2吊装→临时水平系杆拉索张拉→拆除临时支墩及钢管桩→从两边向中间依次吊装中横梁及连系次梁→主桥安装完成。
2.3各类钢结构吊装工艺
吊装实施前将每道工序工况进行了起重能力计算,特别对已安装完成的构件进行了空间位置关系的分析与对比,保证钢结构吊装能够连续作业。
1)临时支墩基础施工
在钢拱肋安装前需要在河道中打入4组钢管桩作为临时支墩基础,打入机具采用荷兰ICE免共振液压锤,利用400t履带吊在河岸边直接打入,吊机最大工作半径为56m,额定起重量为74.5t,吊装重量为12.57t,可以满足施工要求。
2)钢-混结合段吊装
钢-混结合段为主桥钢拱肋吊装施工的基准点,安装精度必须能够满足规范及施工要求,该钢构件重量为15t,底部采用钢管定型支撑(见图2),同时拱肋为内倾8°,为保证安装时的稳定性,在定型支架上方采用组合方钢进行加固处理(见图3)。 图3 方钢加固示意图3)钢拱肋吊装
单片拱肋制作时共分为4段,其中合龙段运至现场进行焊接拼装后,利用岸上400t履带吊单机进行吊装(见图4)。
图4 合龙段吊装工况示意图
4)风撑吊装
FC1、FC2风撑段采用工厂整段制作,出厂前在工厂内对吊点实体模演后确定。由于构件超宽,需分成两段运输,运至现场拼装后整体吊装。由于钢拱肋为内倾8°,在风撑起吊前,需在临时支墩处先设置横向临时横撑,将两片钢拱肋临时连接牢固,避免吊装风撑时对钢拱肋产生向内较大的拉力。风撑焊接牢固后再将临时横撑拆除。
5)临时系杆拉索安装
在钢拱肋及风撑全部安装完毕后,整个拱桥体系会产生一部分的水平推力,为此将在钢拱肋体外设置了4道临时水平系杆拉索。
由于本阶段桥面系未形成,需解决临时系杆拉索过河的问题。利用已完成的钢拱肋布置若干道垂直向的钢丝绳,水平向设置一道过河钢丝绳,两者通过卸扣连接牢固,在水平向钢丝绳上固定好吊环,在吊环内通过卷扬机将临时系杆拉索牵引过河(见图5)。
图5 临时系杆拉索过河示意图
6)钢箱横梁吊装
提篮拱桥结构设计较为轻盈,设计意图为“先拱后梁”的施工顺序,该施工方法将大大增加施工难度。已经安装完成的风撑、吊杆均会影响横梁在吊装过程中的空间位置,因此需考虑采取换钩的措施来进行安装,具体步骤如下所示。
步骤1:将Q5钢横梁吊至图示(见图6),单机吊装吊钩位置在拱肋边附近,钢横梁一斜搁置在相邻Q4横梁上,并且稳固。
图6 吊装步骤1
步骤2:另一台吊车在横梁另一端进行抛牢,并且稳固,吊装吊车松钩,在横梁另一端准备进行抬吊吊装(见图7)。
图7 吊装步骤2
步骤3:利用两台吊机在钢横梁两端的吊点进行双机抬吊将钢横梁安装到位(见图8)。
图8 吊装步骤3
相邻横梁安装后,立即安装两横梁间的纵梁,采用拉结码板和手拉葫芦进行拼接,最终桥面钢结构形成整体(见图9)。焊接顺序:先焊两钢梁间横梁腹板的连接焊缝,次焊连接构件的上下翼板连接焊缝,对接焊缝应两个焊工对称同方向同速进行焊接。现场安装焊缝的焊接,纵向焊缝从跨中向两端对称施焊,以减少焊接变形和焊缝约束应力。
图9 钢结构吊装完成示意图
3稳定性分析
1)地基处理
履带吊按本方案中的配重、臂长配置时,自重按450吨计算,超起配重按260吨计算,故总最大自重为710吨。经计算,履带吊超起吊装工况下,考虑单侧履带受力的情况下对地基承载力要求最高,要求达到25.4t/m2的地基承载力。通过在履带吊底部增设专用路基箱板(见图10),降低对地基承载力的要求,实际换算结果所需地耐力为8.03t/m2。