跨海大橋整孔預(yù)制箱梁架設(shè)精確定位技術(shù)

宋小三

(中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司，湖北武漢 430050)

0 引言

利用橋梁溝通全球交通，是全世界橋梁界專家的夢(mèng)想。跨海、跨江及跨具有特殊性海洋氣候的河流，成為實(shí)現(xiàn)該夢(mèng)想的極具重要的一環(huán)。但由于跨海、跨江大橋建設(shè)必須面臨高溫、多雨、濕度大、颶風(fēng)頻繁、風(fēng)速較大方面的影響，使在水上施工的有效作業(yè)時(shí)間很短。除此之外建設(shè)跨海大橋還必須應(yīng)對(duì)建設(shè)總體管理、工程技術(shù)、環(huán)境保護(hù)和海上安全的種種挑戰(zhàn)，使跨海大橋施工必須面臨極大的挑戰(zhàn)。為克服此種種不利影響，在制訂施工方案措施時(shí)應(yīng)盡可能減少水上作業(yè)時(shí)間，變水上施工為陸上施工。大跨裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，該種技術(shù)在跨海橋梁施工中有著很大的施工優(yōu)勢(shì)。采用預(yù)制構(gòu)件法施工具有施工質(zhì)量高、大大縮短工期等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于施工受風(fēng)浪、氣候、運(yùn)輸?shù)榷喾矫嬉蛩刂萍s的跨海大橋的建設(shè)。

近年來(lái)世界上采用了不同架梁方式在沿海及海峽上修建了多座大橋。我國(guó)已經(jīng)建成通車的東海大橋、杭州灣跨海大橋、青島膠州灣跨海大橋和即將建成通車的象山港大橋的上部結(jié)構(gòu)施工中，均采用了平行的兩組預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁(一為上行線，一為下行線梁)，先以簡(jiǎn)支的預(yù)制箱梁形式吊裝到墩頂，然后通過(guò)簡(jiǎn)支變連續(xù)技術(shù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)箱梁，在預(yù)制箱梁架設(shè)過(guò)程中由于各種環(huán)境的影響，箱梁架設(shè)的精度顯得尤為重要和困難，本文主要針對(duì)箱梁架設(shè)過(guò)程中采用的精確定位技術(shù)進(jìn)行闡述，并提出最優(yōu)的跨海大橋預(yù)應(yīng)力混凝土整孔預(yù)制箱梁的精確定位施工方法。

1 預(yù)應(yīng)力箱梁整孔預(yù)制與架設(shè)總體方案概述

東海大橋、杭州灣跨海大橋、青島膠州灣跨海大橋和寧波象山港跨海大橋分別為長(zhǎng)70 m(70 m，60 m，60 m)、重2 000 t(2 200 t，2 000 t，1 500 t)的單箱單室后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。

1.1 梁場(chǎng)預(yù)制箱梁

在以上四座跨海大橋的箱梁預(yù)制施工中，均采用了整體鋼模板制梁工藝，箱梁預(yù)制工序如下［5］:

1)調(diào)試底模，外側(cè)模就位，綁扎普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力束安裝;

2)整體起吊安裝混凝土梁底板及腹板普通鋼筋;

3)整體吊裝鋼內(nèi)模;

4)整體吊裝橋面板鋼筋;

5)安裝錨下預(yù)應(yīng)力端部墊板;

6)混凝土現(xiàn)澆施工;

7)混凝土灑水養(yǎng)護(hù)，模板拆除，穿束，張拉;

8)橫移臺(tái)車起頂梁，橫移至梁體存放臺(tái)座。

1.2 箱梁海上運(yùn)輸及架梁

1)在梁場(chǎng)內(nèi)利用橫縱移臺(tái)車將待架混凝土箱梁通過(guò)先橫移再縱移再橫移至出海碼頭前端。

2)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁架設(shè)。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的架設(shè)均利用專用運(yùn)架一體船進(jìn)行。具體的施工方法如下:

a.運(yùn)架一體船棧橋取梁;

b.運(yùn)架一體船運(yùn)輸預(yù)應(yīng)力混凝土梁航行至橋梁中心線處;

c.運(yùn)架一體船通過(guò)采用拋錨船拋設(shè)錨，收放錨進(jìn)行調(diào)位;

d.調(diào)位完成后，將梁體安放于調(diào)位裝置上。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁整孔架設(shè)精確定位技術(shù)

因運(yùn)架一體船在架梁過(guò)程中受潮水、海浪、風(fēng)力等諸多不利因素的影響，箱梁架設(shè)時(shí)不能一次落梁到設(shè)計(jì)位置，因此架梁對(duì)位分兩步:第一步為運(yùn)架一體船架設(shè)初定位，第二步為落梁后精確對(duì)位。

2.1 運(yùn)架一體船架梁初定位

運(yùn)架一體船航行至橋中線附近，距待架梁橋孔約250 m時(shí)，先拋?zhàn)跃儒^，再利用2艘拋錨船拋尾部三個(gè)錨及船首三個(gè)錨，外側(cè)的兩個(gè)艏錨呈交叉八字形，船體中線處的艏錨和艉錨應(yīng)垂直橋中線方向拋出。艏錨或艉錨的兩錨間夾角約65°～70°，錨繩長(zhǎng)300 m～400 m［2］。三個(gè)艉錨及三個(gè)艏錨完全拋好后，起自救錨，將箱梁提升至梁底高出墩頂墊石頂約2 m，通過(guò)收放錨將運(yùn)架一體船拖進(jìn)橋位，慢速下落混凝土梁，在梁底距離臨時(shí)支座頂面80 cm左右時(shí)停止下放，調(diào)整錨繩，微調(diào)對(duì)位，調(diào)整箱梁平面偏差(偏差需保證在臨時(shí)支座可調(diào)范圍即不大于±15 cm)和四角高差使四個(gè)臨時(shí)支座頂面與對(duì)應(yīng)處的梁底距離基本相等(偏差不得大于5 mm)，并平穩(wěn)落梁至臨時(shí)支座上。落梁完成后對(duì)于坡度大于2%的箱梁在底端采用型鋼進(jìn)行臨時(shí)支撐。

架梁至臨時(shí)支座上后要檢查同一側(cè)梁端兩側(cè)底部高差不得大于1 cm。然后用角鋼或槽鋼對(duì)臨時(shí)支座進(jìn)行鎖定，防止箱梁水平方向移動(dòng)。

2.2 箱梁架設(shè)后的精確定位

由于各種不利因素的影響，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁安裝后的平面偏差一般不能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，因此必須研制出一套預(yù)應(yīng)力混凝土梁安裝后的平面偏差調(diào)整裝置，降低梁體安放的控制難度，落梁偏差只需在15 cm以內(nèi)，東海大橋采用:每片70 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)墩頂臨時(shí)支座四套，每套由一臺(tái)700 t鋼砂頂、四氟板、不銹鋼板、橡膠支座及大小鋼托盤組成［3，4］。水平方向位置調(diào)整采用50 t手動(dòng)液壓千斤頂，50 t千斤頂通過(guò)后置千斤頂頂座錨固于大托盤豎邊。臨時(shí)支座見(jiàn)圖1。

杭州灣跨海大橋?qū)Χ枕斦{(diào)位裝置進(jìn)行了優(yōu)化，主要是對(duì)大小托盤的四個(gè)擋邊進(jìn)行了降低，不但節(jié)約了材料而且方便了施工，該優(yōu)化設(shè)計(jì)在青島膠州灣跨海大橋和寧波象山港跨海大橋均得到了廣泛的應(yīng)用，具體見(jiàn)圖2。

圖1 臨時(shí)支座

圖2 墩頂調(diào)位裝置的優(yōu)化

箱梁放置于臨時(shí)支座上并檢查合格后，采用50 t手動(dòng)液壓千斤頂進(jìn)行70 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的縱橫向調(diào)位。

由于預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁安放后，沒(méi)有預(yù)留調(diào)整梁體標(biāo)高的措施，故四個(gè)臨時(shí)支座安放后的頂面標(biāo)高務(wù)必滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)由于存在鋼砂頂壓縮、多層抄墊鋼板間間隙、鋼板翹曲的影響，箱梁安裝完成后的四個(gè)臨時(shí)支座頂面標(biāo)高與原始狀態(tài)有可能有超過(guò)規(guī)范允許的偏差，為降低以上因素的影響采用了鋼砂頂預(yù)壓［6］、盡量不使用翹曲的鋼板等措施，盡管如此，箱梁架設(shè)落梁后吊具拆除前還是應(yīng)測(cè)量梁底標(biāo)高是否在設(shè)計(jì)安裝范圍內(nèi)，如果超出設(shè)計(jì)規(guī)范允許，則應(yīng)采用運(yùn)架一體船將箱梁提起，調(diào)整臨時(shí)支座抄墊鋼板的厚度，重新落梁。

箱梁標(biāo)高在檢查符合設(shè)計(jì)要求后，就可安裝調(diào)位千斤頂支座及調(diào)位千斤頂。在調(diào)位千斤頂安裝前應(yīng)將滑移構(gòu)架與鋼砂頂之間的限位槽鋼或角鋼取出。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁體在縱橫向移動(dòng)定位時(shí)，兩個(gè)方向不允許同時(shí)進(jìn)行，一般按先縱向后橫向的順序進(jìn)行施工。

具體調(diào)位施工時(shí)需注意以下事項(xiàng):

1)對(duì)于有坡度箱梁精調(diào)定位時(shí)，必須在待移箱梁底端設(shè)置支撐，通過(guò)塞填和抽取鋼板來(lái)調(diào)節(jié)，移梁過(guò)程中必須確保箱梁與支撐間的間隙不大于3 cm。

2)縱移時(shí)兩端的移梁負(fù)責(zé)人必須持對(duì)講機(jī)，確保信號(hào)暢通。

3)移梁前必須在橡膠板、鋼墊板、鋼砂頂及大小托盤間用石筆劃線，并在移梁過(guò)程中觀察有無(wú)錯(cuò)動(dòng)。

4)箱梁縱橫移時(shí)，必須保證四個(gè)臨時(shí)支座同步頂進(jìn)，不得單獨(dú)頂其中的一個(gè)或兩個(gè)支座，采用油壓表讀數(shù)和位移雙控，四個(gè)臨時(shí)支座最大不同步偏差不得大于5 mm。

5)每個(gè)臨時(shí)支座的頂推不得頂偏，確保居中和方向正確，嚴(yán)防斜向頂推。

6)移梁就位后，應(yīng)將臨時(shí)支座的大托盤與小托盤之間放置限位槽鋼或角鋼。

2.3 體系轉(zhuǎn)換

1)一聯(lián)箱梁架設(shè)完成，調(diào)整到偏差符合規(guī)范要求且徐變達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，對(duì)本聯(lián)箱梁濕接頭預(yù)留的預(yù)埋件間焊接槽鋼，預(yù)應(yīng)力穿束、濕接頭普通鋼筋施工、濕接頭模板就位，濕接頭混凝土現(xiàn)澆，混凝土灑水養(yǎng)護(hù);2)待一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁濕接頭混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工和管道壓漿;3)管道壓漿達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)強(qiáng)度后移除墩頂臨時(shí)支座，體系轉(zhuǎn)換完成［1］。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)四座跨海大橋預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁架設(shè)施工過(guò)程中采用的精確定位技術(shù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，成功總結(jié)出了一套可行的拋錨定位技術(shù)和研制出了一套精確調(diào)位設(shè)備，對(duì)今后同類型橋梁架設(shè)定位方法具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］宋小三.杭州灣跨海大橋70 m箱梁先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工技術(shù)［J］.公路，2006(9):111-113.

［2］宋小三.杭州灣跨海大橋70 m箱梁架設(shè)施工技術(shù)研究［J］.公路，2006(9):124-126.

［3］沈陽(yáng)云，鄭 機(jī).超大型混凝土預(yù)制箱梁運(yùn)輸與安裝［J］.世界橋梁，2004(sup):70-73.

［4］周貴平.東海大橋70 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工技術(shù)創(chuàng)新［J］.橋梁建設(shè)，2005(2):70-73.

［5］趙劍發(fā)，王 毅，譚國(guó)順.海上大型預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁整孔預(yù)制與架設(shè)技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2006(3):37-41.

［6］段立波.青島海灣大橋淺水高墩區(qū)箱梁架設(shè)施工技術(shù)［J］.公路，2009(9):125-126.