淺談系桿拱拱肋安裝工法

檀建武

(湖南永藍高速公路有限公司,湖南永州 425000)

對于大跨徑提籃式鋼管混凝土系桿拱橋,有“先梁后拱”和“先拱后梁”兩種施工方法。“先梁后拱”法采用傳統支架法先施工系梁,待系梁完成后在系梁上拼裝拱肋,這種方法工藝簡單,施工安全快捷;但是當主跨區受到限制需要跨越河道或者公路時,支架法施工系梁顯然無法完成,這時必須采用“先拱后梁”法施工。由于“先拱后梁”法在國內施工并不多見,因此有必要對這種工藝進行探討,本文對江蘇青陽港系桿拱拱肋安裝案例進行簡要分析。

1 工程概況

青陽港提籃式鋼管混凝土系桿拱橋,計算跨長96 m,矢跨比為1/5,拱肋平面內矢高為19.2 m,拱肋采用懸鏈線線型,拱肋橫截面采用啞鈴型鋼管混凝土截面,截面高度為3m,沿程等高布置。單片拱肋每延米重量1 128.36 kg,拱圈鋼結構總重量為346.46 t,拱肋內混凝土約430.2m3,拱圈總重量為1 378.96 t。經過對施工環境的多次考察及與航道、海事部門多次交涉并與設計單位的多次溝通后,確定采用“先拱后梁”法進行施工。

經過多次論證,最終確定了“大節段整體垂直提升法”安裝拱肋。見圖1。

2 “大節段整體垂直提升法”施工方案

兩個主墩之間(塔架中心距墩身中心距離為17.42m)設置鋼管桁架結構的提升塔,提升塔采用4根φ610×8mm鋼管樁,鋼管樁間橫聯采用16 a槽鋼;塔背設2根平衡索(φ28鋼絲繩),塔頂設提升平臺,上設10 t卷揚機和滑車作為提升系統,鋼絲繩采用5(定)6(動)走12線滑車組進行走線。

拱肋進場后,利用岸邊搭設的臨時碼頭和拼裝支架進行拱肋中段(雙肋)的拼裝,然后將拱肋浮運至橋位,利用提升系統將拱肋中段整體提升到位,最后合龍。

圖1 大節段垂直提升法拱肋吊裝

3 拱肋拼裝及提升

3.1 鋼管拱邊段拼裝

3.1.1 拱肋節段劃分

本橋鋼管拱肋為啞鈴型斷面,單個拱圈劃分為3個節段(不含兩個拱腳預埋段),拱肋中段設置在拱頂部,長約61m,重約214 t(含橫撐)。鋼拱肋節段劃分見圖2。

3.1.2 拱肋邊段拼裝支架(提升塔)搭設

拱肋邊段拼裝直接利用提升塔搭設拼裝平臺,進行邊段拱肋的拼裝。提升塔主要采用φ800×8螺旋鋼管樁,拱肋支架鋼管布置在節段分段線位置兩側,每排4根,即每段拱肋重量均由4根鋼管樁來承受,單片拱肋提升重量由8根鋼管樁承受。每個拱肋節段分段線位置的4根鋼管樁之間用φ245×6的鋼管及14型鋼作為平聯和剪刀撐連接成空間桁架結構,邊段拼裝平臺處先設置2 32承重橫梁。拱肋拼裝支架布置見圖3。

圖2 拱肋節段劃分示意圖(單位:cm)

圖3 拱肋拼裝支架布置示意圖

提升反力架設置在拱頂,采用型鋼和鋼管焊接而成。由于支架結構較復雜,采用空間有限元程序,按照反力架的實際設計結構和邊界條件建立支架的空間仿真模型進行計算。

3.1.3 拱肋節段安裝、調整

1)拱肋節段吊裝。拱肋節段由專業鋼結構廠家制作,并通過水運至橋位處,然后由吊車安裝,每個拱肋節段預先在廠內焊接2個吊耳,以方便現場采用鋼絲繩吊索吊裝。

2)拱肋節段位置調整。根據圖紙給出的拱軸線和拼裝預拱度,計算拱肋在支架拼裝狀態下頂面各控制點理論坐標值,包括楔形鋼支承塊的特征點坐標值。在起吊系統不受力狀態下,通測拱肋頂面前后2個控制點坐標并測量控制斷面的垂直度,根據實測垂直度和標高,與理論值比較計算出調整值后,將拱肋略微提起,依據調整值通過手動千斤頂及在支承塊上加墊薄鋼板調整拱肋軸線。再次通測拱肋頂面各控制點坐標和控制斷面的垂直度,如此反復調整直至達到設計精度,之后在支承塊上焊接側面限位擋塊臨時固定(預留5mm間隙)。

3.2 拱肋中段拼裝、浮運、提升

3.2.1 拱肋中段拼裝

中段拱肋長度約61m,廠內制作時分成3段。單元構件在工廠內按預定檢驗項目,在廠內先平面預拼,檢查線型合格后,焊接拱肋腹板,聯接臨時法蘭角鋼,再立體試拼,試裝橫撐,檢驗合格后即可進行表面防護和涂裝,并準備吊裝運往工地。

拱肋進場后,兩艘并排相靠的駁船駛入預先搭好的拼裝棧橋下面,再進行中段拱肋的拼裝。拼裝方法和控制標準與邊段拱肋的拼裝相同。

3.2.2 拱肋中段浮運、就位

拱肋中段拼裝完成并驗收合格后,收集及分析歷年氣候及近期天氣情況,確定提升日期,同時與航道、海事部門聯系封航事宜。拱肋浮運及就位安排在上午,拱肋提升安排在下午,考慮1 d內完成。

移位時,先將拖輪與駁船連接,緩慢將駁船拖至提升塔前,對準臨時通航孔,將錨繩布置在另一側防撞裝置上,均勻、平穩地收緊錨繩,將駁船緩慢地駛入提升塔之間,將下游側錨繩安裝,調整駁船中心至橋軸線豎直投影重合,完成駁船布錨就位。

3.2.3 拱肋中段提升方案

提升系統安裝完成后,按照每個點64 t的起吊能力進行試吊,試吊主要對卷揚機的起吊能力、點動和剎車性能,提升系統其他構件包括滑車組、轉向滑車的運轉情況,提升塔的受力性能進行測試,確保提升一次成功。

搭載拱肋中段的駁船就位后,連接提升索與拱肋吊點,先試吊起20～30 cm,檢查人員對提升架、橫梁、反力架、提升系統、塔頂位移等進行重點檢查。提升過程要勻速、對稱。豎向提升到位后,用手拉葫蘆進行拱肋縱向調整對位,同時對拱肋標高和軸線進行反復調整,調整到位后即可用碼板將中段拱肋一端焊接固定,另一端仍由提升系統提著,吊車就位安裝合龍段,合龍段一端可與拱肋先行固定,另一端則必須在合適的溫度下進行合龍。見圖4。

合龍段長度初步考慮為1.5m,為了使合龍(體系轉換)迅速完成,同時為了減少合龍的工作量,提高線型精度,合龍段以先鋼管后腹板的順序進行安裝,即合龍時先安裝鋼管,合龍后再焊接腹板,最終完成拱肋的安裝。見圖5。

圖4 中段拱肋垂直提升

圖5 拱肋合龍段安裝(先鋼管后腹板)

4 結束語

青陽港系桿拱從水中拱肋支架搭設到拼裝,直至最后安裝完成僅用了35 d的時間,拱肋安裝誤差為7 mm,達到了1 cm的規范要求,為同形式同工法施工樹立了良好的典范。

[1]TJG B 01 2003,公路工程技術標準[S].

[2]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]鐘圣斌,王國鼎.橋梁計算示例集—拱橋(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4]王慧東.橋梁墩臺與基礎工程[M].北京:中國鐵道出版社,2005.