連續鋼混梁架設幾種特殊工況的解決措施研究

孫洪亮

(中鐵四局集團第五工程有限公司機械化分公司 江西九江 332000)

1 工程概況

貴州省都勻至安順公路第31標段內共有五座大橋，多為橋隧相連施工工況。其中龍灘大橋和紅巖箐大橋設計為鋼—混工字組合梁構造，橋梁結構均由縱梁、橫梁和小縱梁采用高強度螺栓連接為整體結構，鋼梁上鋪設混凝土預制蓋板與鋼梁上的焊接鉚栓通過膨脹混凝土連接。龍灘大橋設計跨度為50 m，最大縱坡為3.8%，橫坡為2%，平面曲線R＝2 400 m。全橋右線共3聯:3×50 m＋4×50 m＋3×50 m；全橋左線共3聯:3×50 m＋3×50 m＋3×50 m。紅巖箐大橋右線共6聯:4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋4×40 m ＋3×40 m ＋3×30 m；左線共6聯:4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋3×40 m＋3×40 m，最大縱坡3.9%，橫坡為2%，平面最小曲線R＝4 600 m。蓋梁長11.65 m，寬度最小1.7 m(紅巖箐大橋連續墩)，組合梁墊梁石中心距5.1 m，工字梁中心距蓋梁邊緣為0.725 m。

2 橋梁施工中的特殊施工狀況

都安T31標段鋼混連續橋梁與簡支結構橋梁相比，存在梁體伸出橋墩蓋梁的情況，且懸臂端位置處的橫梁和小縱梁構造使橋梁施工難度增加，主要體現在架橋機在蓋梁上的站位處理、架梁施工工序和橋梁懸臂位置的拼接安全方面。除此之外還存在以下非常規施工狀況:

(1)龍灘大橋與鋼混梁拼裝梁場之間有黃泥坡隧道與鋼混橋梁，隧道內凈空小同時線路呈“S”形，且左線隧道曲線與鋼混梁曲線反向設置；橋梁上走行在預制橋面板上，對鋼混梁運梁車的設計和使用要求高。隧道內和橋梁上運輸斷面見圖1～圖2。

圖1 運輸斷面(單位：mm)

圖2 鋼混工字梁運輸狀態(單位：mm)

架梁施工順序為:橋機通過右線隧道施工右線橋→架完右線退出右線隧道→架橋機通過左線隧道→施工左線橋。

(2)龍灘大橋與紅巖箐大橋末孔橋梁為進隧道架梁工況，且橋臺距隧道入口距離小，對架梁施工造成影響。

(3)紅巖箐大橋中間連續支點位置蓋梁寬度僅有1.7 m，受橫聯影響，架橋機前支腿支撐無法滿足落梁空間要求。

(4)橋梁預制混凝土板無法實現跨度內全部安裝，導致架橋機前中支點距離加大，施工難度增加。

3 架橋機結構確定與特殊施工工況解決措施

3.1 架橋機結構

在確定架橋機結構時主要考慮以下幾點:(1)鋼混工字組合梁整體寬度10.8 m，最大長度約56.07 m(伸出蓋梁約6.1 m)；(2)架橋機需要通過隧道并在隧道出口和進口架梁；(3)連續橋梁蓋梁位置以及懸臂伸出前端橫聯對施工工藝有影響；(4)能夠適應30 m、40 m和50 m三種跨度以及不能整跨鋪板施工[1－3]。

經過施工方案探討論證后的DJ型單臂架橋機結構從功能上能夠滿足以上施工要求。利用該機施工具有以下特點:(1)柱體相對機臂可以進行水平旋轉，便于通過隧道；(2)柱體與機臂相對位置方便調整便于變跨施工；(3)柱體升降功能方便坡橋架設；(4)具備鋪板作業能力；(5)通過調整鋼混梁懸臂橫聯由架前安裝變為架后安裝，優化了施工作業程序。該機首跨架梁作業現場見圖3。

圖3 DJ型鋼混梁單臂架橋機首跨架設作業

3.2 幾種特殊工況的施工措施

3.2.1 鋼混工字梁運輸通過隧道與橋梁

鋼混梁主受力結構為三組2.2 m高的拼焊工字縱梁，工字鋼梁之間設置102 mm高差形成2%的橋梁橫坡。每間隔5 m左右設置一組橫聯，工字鋼梁與橫聯形成井字形框架受力結構，同時鋼混梁頂部橫向鋪裝兩組厚度250 mm預制混凝土橋面板做為運梁車走行通道，整體鋼混組合梁運輸時的支撐成為控制點。采取以下措施滿足使用要求[4－6]。

(1)采用4臺(兩主兩從)4軸線分體式輪胎運梁車進行模塊化組合，同時滿足整體工字鋼混梁通過隧道時車體高度限制(工字梁底面距地面1 120 mm)和運梁車分載梁剛度與強度要求。

(2)運梁車分載梁設置三個接觸面與工字鋼混梁中心重合，中心接觸面設置轉動芯盤，兩側接觸面設置聚四氟乙烯摩擦板。該結構滿足通過隧道曲線走行梁體與運梁車靈活轉動要求。

(3)為了保證兩套獨立驅動輪胎運梁車速度與動力匹配需要，運梁車采用液力變矩器裝置，通過遙控器的一發雙收實現走行與轉向同步功能。

3.2.2 連續鋼混梁施工工藝

(1)連續鋼混梁施工工藝流程:①架橋機過孔；②運梁車運輸工字整體鋼梁到架橋機尾部；③工字整體鋼梁架設；④鋪設預制橋面板(一號柱后面幾塊無法鋪設)；⑤架橋機過孔一號柱到前橋臺；⑥鋪設一號柱后面的橋面板，接口位置橋面板待與下孔工字整體鋼梁對接后鋪設；⑦架橋機過孔，架梁前完成橋面板與鋼梁混凝土砂漿連結；⑧安裝拼裝掛籃平臺；⑨架設下孔工字整體鋼梁并完成對接；⑩拆除拼裝掛籃平臺，鋪設橋面板，架橋機過孔架梁[7]。

(2)調整鋼混梁懸臂位置橫梁和小縱梁安裝順序，由架設前安裝變為鋼混梁安裝就位后安裝。一號柱柱體結構采用單肢雙柱分離支撐，位于鋼混梁三榀工字梁空檔處，且采用大行程伸縮結構適應大坡道橋梁施工。在施工工藝上通過以上安裝順序調整，在架橋機過孔作業時一號柱體可以直接縱移過孔，避免了在橋臺位置柱體換位高空作業施工步驟，簡化了架橋機施工工藝，提高了施工效率和安全性。

(3)橋梁懸出蓋梁進行鋼梁對接屬于高空危險狀況，采用施工掛籃平臺保證安全作業。該掛籃平臺設置了雙層作業面以方便使用電動扭矩扳手擰緊摩擦型高強螺栓，采用尾部與工字梁上蓋板快速緊固定位機構，考慮了懸臂端橫聯安裝以及工字鋼混梁對接前后的安拆方便等問題。可利用行車扁擔梁整體吊裝安拆三組平臺掛籃。掛籃施工平臺見圖4。

圖4 工字鋼混梁懸拼對接施工平臺

(4)在鋼混梁吊重扁擔上增加了能夠實現預制板吊裝旋轉及橫移功能的機構。橫移功能通過扁擔上設置的齒輪齒條機構實現，考慮到機構拆裝頻繁因素，預制板的旋轉通過人工完成，見圖5。該機構在預制板鋪設完成后可方便拆卸來實現吊梁作業轉換。由于工字鋼混梁的吊裝扁擔無法通過架橋機一號柱體，所以一號柱后面的幾塊板需要在架橋機過孔工序進行鋪設[8－10]。

圖5 鋪設預制橋面板示意(單位：mm)

3.2.3 進出隧道口架梁施工

(1)運梁車馱運架橋機通過隧道并進行3 m距離架梁，二號柱通過旋轉功能將柱體變窄使其滿足通過隧道要求；將尾部隧道內的機臂高度降低實現吊梁高度空間。這兩點保證了架橋機能夠實現紅巖箐大橋出隧道口3 m進行架梁施工。二號柱出隧道后由斜角旋轉至垂直，再后退到橋臺后就位支撐?？紤]到原施組架設紅巖箐大橋工字鋼混梁運輸需要通過三座隧道，同時龍灘大橋和紅巖箐大橋之間還有一座7孔40 m預應力混凝土T梁的仡佬地大橋需要架設的實際情況，出于對施工工期和施工難度兩個角度考慮，將架梁施組更改為在紅巖箐大橋后方設置鋼梁拼裝場反向架梁的施組，提高了鋼混梁施工進度，降低了施工難度。

(2)龍灘大橋和紅巖箐大橋末孔橋梁均為進隧道口架梁作業，受隧道洞口影響，架橋機的臂架部分不能前伸導致架梁跨度增加，架橋機的引導段需要承受架梁荷載才能完成末孔架設。如圖6所示，上圖為紅巖箐大橋末孔30 m過孔狀態，下圖為龍灘大橋50 m末孔架梁狀態。經過計算，引導段結構的抗彎與抗剪強度滿足規范要求。

圖6 進隧道口末跨過孔與架梁作業工況(單位：mm)

3.2.4 連續梁中間跨1.7 m蓋梁一號柱站位

采用與龍灘大橋末孔施工相同的處理措施，支點位置的橫聯放在鋼梁落梁就位后，橋機完成過孔后安裝。

3.2.5 橋面板無法實現跨度內全部安裝解決措施

(1)按照正常施工程序，連續工字鋼混梁的構造導致一號柱柱體后面的部分橋面板需要在過孔階段進行，施工效率受到一定的影響。為了提高施工效率，將過孔過程中的鋪板工序與下孔橋梁的預制板鋪設合并到一個工序。作業狀態計算簡圖見圖7。

圖7 40 m跨度橋梁調整后的架梁工況(單位：mm)

(2)由于架梁狀態發生改變，需要對鋼混工字組合梁自身的承載能力進行檢算，計算包括(1)中架梁作業時二號柱集中荷載作用和橋梁自重均布載荷作用的組合。原始載荷數據見表1。

2)擴孔鉆頭切削齒磨損嚴重不均勻，其領眼段切削齒的切削能力幾乎全部喪失，而擴孔段切削齒磨損較小，還具備較強的切削能力；

表1 原始載荷數據 t

圖7中，Q1＝14.5＋133/2＝81 t；Q2＝25.8＋133/2 ＝92.3 t；m0＝4.6 t；m3＝9.6 ＋0.8 ＝10.4 t。根據力的平衡條件，可以計算出一號柱與二號柱支點反力分別為125.52 t和246.7 t。

橋梁考慮橋面板自重與鋼梁自重，均布線荷載q＝8.68 t/m，跨度40 m，按連續梁計算，則自重荷載彎矩Mq:

Mq＝φqL2/8 ＝1.05 ×8.68 ×402/8 ＝1 822.8 t·m

架梁作業二號柱集中載荷產生的彎矩MP:

MP＝φ2Pab/L＝1.05×246.7×7×33/40＝1 496 t·m

跨中彎矩值:

MZ＝20 ×1 496/33 ＝906.7 t·m

鋼橋跨中總彎矩:

M＝Mq＋MZ＝1 822.8＋906.7＝2 729.5 t·m

組合鋼梁慣性矩Ia＝32 885 130 903.993 mm4；抗彎模量w＝3×I/920＝107 234 122 mm3，可得鋼梁彎曲應力為:

40 m跨度工序調整后的組合鋼梁強度經驗算滿足要求。

(3)紅巖箐大橋最后一聯為30 m跨度鋼梁，且為進隧道口架梁工況。經研究橋梁結構，30 m架梁作業時將二號柱站位調整到距離后面蓋梁前2.65 m位置，見圖8。

圖8 30 m跨連續橋梁末孔進隧道口架梁作業調整(單位：mm)

調整后的架梁工況主要驗算架橋機主梁引導段最大彎曲應力。末孔梁重70 t，經計算機臂引導段最大彎曲應力值193 MPa，小于Q345B鋼材許用應力值257 MPa；剛度指標為L/410，滿足安全架梁要求。

4 橋梁施工安全及其它

(1)橋梁上部構造特點

T31標段鋼主梁采用工廠分節段預制，節段間采用高強螺栓工地現場連接；橋面板為預制鋼筋混凝土結構，后澆混凝土濕接縫。鋼梁上翼緣兩側與橋面板之間設置聚丙乙烯墊條，抗壓強度要求不低于0.5 MPa。工地墊條采用可靠措施固定在翼緣板和小縱梁邊緣，保證在預制橋面板吊裝及混凝土澆筑過程中，工地墊條不發生移動。在鋼主梁上翼緣板、小縱梁上翼緣板及支點橫隔板上翼緣板均布設剪力釘。每塊橋面板預留4個方孔與剪力釘配合以提高鋼混梁整體連接穩定性能[11－12]。

(2)橋面板構造對施工的影響

該橋梁的構造特點對施工造成以下幾點影響:①在架好的橋面上運輸鋼梁時橋面板會不會被壓裂；②運梁車在橋面上運梁過程中使得橋面板產生位移可能導致發生安全事故；③架梁施工過程中橋面板與鋼梁的分離狀態直接導致橋梁的鋼結構部分應力增加。

(3)施工前及施工中的控制

為確保在施工中對鋼混梁自身不構成破壞，在施工前結合施工荷載對不同跨度橋梁受力狀態進行檢算。經設計院檢算及貴州省高速公路總監辦專家評審，橋梁各項指標均滿足安全施工要求，施工方案安全可行。

施工過程中為了提高施工效率，保證施工工期，在鋼梁就位后即刻進行橋面板的鋪設。利用夜間澆筑橋面板方孔與鋼梁上的剪力釘組部分，混凝土強度達到施工強度后才允許過孔運梁作業，確保了橋梁施工安全。

5 結束語

都安T31標段龍灘大橋和紅巖箐大橋已架梁結束，連續鋼混工字組合梁與簡支構造鋼混橋梁比較而言有其特殊性，需針對具體工況結合設備自身特點，在確保施工安全的前提下制定出合理的橋梁架設施工工藝，提高了施工效率。希望本文能夠為山區橋隧相連環境下鋼混組合橋梁施工提供有價值的參考。