鋼混組合工字鋼梁架設(shè)施工技術(shù)

鐘 長(zhǎng) 海

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

鋼混組合工字鋼梁是近幾年交通運(yùn)輸部極力推廣的橋梁結(jié)構(gòu)，屬于新技術(shù)應(yīng)用范疇，其與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土預(yù)制T梁相比具有自重輕、結(jié)構(gòu)受力條件較好、能夠提高國(guó)家鋼鐵戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備等特點(diǎn)。常規(guī)使用的組合工字鋼梁的架設(shè)方法主要有汽車(chē)吊法(要求作業(yè)場(chǎng)地平整，起吊高度有限)、橫向頂推法(要求在橋跨部位搭設(shè)臨時(shí)支架，起吊設(shè)備分片吊裝拼接)。

由我公司承建的太行山高速公路是河北省太行山區(qū)重要旅游通道組成部分，是連接河北省省會(huì)與冀中南經(jīng)濟(jì)區(qū)中邢臺(tái)、邯鄲兩市的快速交通走廊，邢臺(tái)段全線(xiàn)長(zhǎng)約83.7 km，雙向四車(chē)道，整體路基寬約25 m，雙向四車(chē)道設(shè)計(jì)。主線(xiàn)大中橋梁共計(jì)97座，其中,大百工1號(hào)大橋、東牛莊大橋、東柏山大橋、沙河1號(hào)大橋、沙河2號(hào)大橋、沙河3號(hào)大橋等6座橋梁上部構(gòu)造均采用鋼混工字組合梁結(jié)構(gòu)，鋼材用量約2萬(wàn)t。鋼混工字組合橋梁主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

鑒于太行山高速公路鋼混組合工字鋼梁橋多處于地形陡峻的山區(qū)，最大墩柱高度達(dá)70多m，采用以上常規(guī)施工方法在該工程中無(wú)法實(shí)施。項(xiàng)目部經(jīng)研究決定，采用組合工字鋼梁專(zhuān)用架橋機(jī)進(jìn)行單跨分兩聯(lián)兩次架設(shè)完成，解決了目前常規(guī)架設(shè)施工技術(shù)無(wú)法實(shí)施的問(wèn)題，施工安全可靠，工效較高。筆者介紹了具體的施工技術(shù)。

表1 鋼混工字組合橋梁技術(shù)參數(shù)表

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

橋梁跨徑40 m，組合梁橋面寬度分2×12.22 m和2×12.75 m兩種?，F(xiàn)澆橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋面板下設(shè)6 mm厚永久鋼模板形成組合結(jié)構(gòu)。鋼混工字組合梁采用4片工字鋼，由2片外主梁和2片內(nèi)主梁組成，實(shí)腹式工字型結(jié)構(gòu)。鋼主梁之間通過(guò)橫梁和橫向聯(lián)系加強(qiáng)其橫向聯(lián)系，端橫梁、中橫梁采用實(shí)腹式橫梁，焊接工字形截面[1]；橫向聯(lián)系采用框架式橫梁。鋼梁中心線(xiàn)處的梁高為2.05 m，梁間距為3.3 m。

鋼橋梁分單幅一聯(lián)3×40 m和單幅一聯(lián)4×40 m兩種形式，一聯(lián)由三(四)個(gè)制作段栓接組成，其中A制作段長(zhǎng)46.87 m，B制作段長(zhǎng)40 m，C制作段長(zhǎng)33.13 m。工字組合鋼梁通用結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

各制作段在鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)內(nèi)分節(jié)制作、運(yùn)輸，于橋位安裝現(xiàn)場(chǎng)分梁片組焊成一體，利用架橋機(jī)架設(shè)安裝。鋼梁架設(shè)步驟見(jiàn)圖2。

圖1 橋?qū)?2.22 m鋼混組合梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖(跨中)

3 總體施工方案

根據(jù)太行山高速公路邢臺(tái)段總進(jìn)度計(jì)劃，各鋼橋需全線(xiàn)同步展開(kāi)安裝施工。由于6座橋相距約34 km，且工程地點(diǎn)為太行山區(qū)，所處地形起伏大，不便于吊裝施工。考慮到鋼橋特點(diǎn)和工期要求，6座鋼橋全部采用專(zhuān)用架橋機(jī)進(jìn)行架設(shè)。

考慮到單個(gè)制作段尺寸大、重量大，施工便道無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)輸要求，故將全橋鋼梁在工廠(chǎng)分節(jié)制作，運(yùn)至橋頭路基臨時(shí)存放區(qū)，用吊機(jī)組拼工字鋼梁，然后將其吊裝至軌道運(yùn)梁平車(chē)運(yùn)梁，送至前方架橋機(jī)架設(shè)[2]。該專(zhuān)用架橋機(jī)設(shè)計(jì)為前支腿為固定、縱向移動(dòng)式步履式架橋機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地條件、架設(shè)重量及鋼梁尺寸并結(jié)合架設(shè)施工安全性等要求，最終決定采用半幅兩次架設(shè)完成。

主要施工工序：

(1)工字組合鋼梁在工廠(chǎng)內(nèi)分節(jié)段制作，運(yùn)至橋頭路基臨時(shí)存放區(qū)；

(2)搭建鋼梁拼裝平臺(tái)，利用門(mén)機(jī)或移動(dòng)式汽車(chē)吊將分節(jié)段梁片拼焊成一體；

(3)安裝雙導(dǎo)梁步履式架橋機(jī)并完成過(guò)孔工況；

(4)吊機(jī)吊裝鋼梁至運(yùn)梁平車(chē)運(yùn)至架橋機(jī)

圖2 3×40 m鋼混工字組合梁架設(shè)步驟示意圖

下方；

(5)從橋頭一端往另一端架設(shè)鋼梁，用高強(qiáng)螺栓將每?jī)蓚€(gè)梁段栓接為一體；

(6)吊機(jī)喂梁，架橋機(jī)依次安裝鋼梁，先完成一幅面(左或右)的安裝，最終完成全部鋼梁的安裝。

4 架橋機(jī)的選型

考慮到6座橋梁的安裝高度及現(xiàn)場(chǎng)地形條件，全部采用專(zhuān)用架橋機(jī)架設(shè)法進(jìn)行鋼梁的安裝。鋼梁制作段在梁場(chǎng)進(jìn)行拼接，制作段拼接后分梁片進(jìn)行架設(shè)，在橋上完成中間梁片端橫梁、中橫梁的焊接和橫向連接系的栓接[3]。

鋼梁各制作段分梁片進(jìn)行架設(shè)，各制作段中的最大架設(shè)單元尺寸及重量見(jiàn)表2。

表2 鋼梁分梁片制作尺寸及重量表

表2的數(shù)據(jù)顯示，A制作段梁片為最大單元件，最大架設(shè)單元尺寸為46.87 m×3.9 m×2.4 m，最大架設(shè)單元件重量約為72 t。

為方便架橋機(jī)過(guò)孔并確保架橋機(jī)過(guò)孔安全，選用長(zhǎng)度78 m以上的架橋機(jī)，起重量在120 t以上，中托、后支腿設(shè)置橫梁和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，鋪設(shè)軌道驅(qū)動(dòng)架橋機(jī)前移過(guò)孔。

該項(xiàng)目選用的架橋機(jī)為非標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品，為提高架橋機(jī)使用范圍、滿(mǎn)足后續(xù)其它工程項(xiàng)目亦可使用，選用了起吊能力為2×40 m/180 t的專(zhuān)用橋架機(jī)。

架橋機(jī)前支腿支撐在蓋梁擋墻上，中心距為11.3 m。中支腿自帶橫移系統(tǒng)和縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，位于已架設(shè)的鋼梁上，中心距為11.3 m。為便于架橋機(jī)過(guò)孔，設(shè)置中托和后支腿過(guò)孔軌道，軌道中心距為9.9 m，與運(yùn)梁車(chē)共用軌道。

4.1 架設(shè)順序

(1)該工程項(xiàng)目鋼梁長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，一聯(lián)之內(nèi)A段、B段鋼梁懸出橋墩6.87 m，段間接縫未處于蓋梁中心且鋼梁幅面寬度幾乎等同于蓋梁內(nèi)開(kāi)襠尺寸，架橋機(jī)前支腿無(wú)法布置于蓋梁梁面上，只能考慮布置于蓋梁兩側(cè)的擋塊上。

(2)設(shè)計(jì)專(zhuān)用架橋機(jī)的支腿跨距等同于蓋梁擋墻中心距，前支腿為固定形式(標(biāo)準(zhǔn)型式為帶橫移軌道)。

(3)單幅鋼梁的架設(shè)順序。單段鋼梁分三次架設(shè)，先架設(shè)1-2號(hào)梁片，再架設(shè)3-4號(hào)梁片，最后架設(shè)中間的端梁、中橫梁和橫向聯(lián)系，吊裝順序見(jiàn)圖3、4。

圖3 架設(shè)1-2號(hào)梁片示意圖

圖4 架設(shè)3-4號(hào)梁片示意圖

(4)先完成單幅面鋼梁的架設(shè)，再將架橋機(jī)退回至起點(diǎn)，并通過(guò)橫移軌道將架橋機(jī)移至另一幅面進(jìn)行鋼梁的架設(shè)。

4.2 架橋機(jī)前支腿受力分析

(1)鑒于該方案架橋機(jī)為非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，故需對(duì)其前支腿最大承重進(jìn)行驗(yàn)算(吊梁時(shí)吊點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)，分梁片吊裝時(shí)前支腿受力不對(duì)稱(chēng))。吊裝方式、受力情況見(jiàn)圖5、6。

(2)鋼梁分梁片架設(shè)，選用40 m/180 t架橋機(jī)，自重約140 t，單個(gè)前支腿最大受力約為：N=140/4+43.2×8.95/11.3=69.2(t)。

(3)對(duì)前支腿受力情況進(jìn)行分析，對(duì)擋塊混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。查C30混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=14.3 N/mm2。單根前腿與擋墻的接觸面積為：300 mm×300 mm=90 000 mm2，因此，其對(duì)擋墻的壓強(qiáng)為：

f=69.2×104/90 000=7.7(N/mm2)

抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。

4.3 運(yùn)梁平車(chē)的選型

運(yùn)梁平車(chē)采用自行式軌道平車(chē)，在架橋機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家訂做，軌距9.9 m，載重120 t。前后車(chē)輪組設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)軌道將梁片從梁場(chǎng)運(yùn)輸?shù)綐蛭弧?/p>

5 鋼梁安裝的施工方法

5.1 總體施工工藝流程

鋼板組合梁采用40 m/180 t 架橋機(jī)逐跨安裝。6座橋均在橋端部設(shè)置鋼梁組拼場(chǎng)地并為架橋機(jī)拼裝提供作業(yè)面。拼裝場(chǎng)內(nèi)設(shè)置龍門(mén)吊，鋼梁節(jié)段利用龍門(mén)吊在拼裝場(chǎng)內(nèi)拼接為一體，然后利用運(yùn)梁平車(chē)經(jīng)橋面運(yùn)輸至架橋機(jī)架設(shè)區(qū)域，采用架橋機(jī)拼裝完成。

考慮到架橋機(jī)的架設(shè)能力及架橋機(jī)支腿需要立在擋塊上，因此，架橋機(jī)在架設(shè)時(shí)需先進(jìn)行左邊兩根梁整體的架設(shè)定位，然后進(jìn)行右邊兩根梁的架設(shè)定位，最后安裝中間橫向聯(lián)系。一跨拼裝完成后縱移至下一跨開(kāi)始鋼板組合梁的架設(shè)[4]。

5.2 架橋機(jī)的組拼

雙導(dǎo)梁步履式架橋機(jī)由主梁總成、前支腿、中支腿、后支腿、前天車(chē)、后天車(chē)、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等幾部分共同構(gòu)成一個(gè)完整的承載結(jié)構(gòu)體系。

圖5 架橋機(jī)安裝工字鋼梁圖

圖6 架橋機(jī)安裝工字鋼梁最不利受力示意圖

架橋機(jī)屬重型橋梁架設(shè)設(shè)備。為保證架橋機(jī)的正常工作，必須對(duì)照廠(chǎng)家使用說(shuō)明書(shū)的相關(guān)內(nèi)容并嚴(yán)格依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)章制度進(jìn)行拼裝操作。

5.3 鋼梁的現(xiàn)場(chǎng)拼裝

工字組合鋼梁分節(jié)段從廠(chǎng)家運(yùn)至橋頭路基臨時(shí)存放區(qū)。利用工字型鋼梁段拼裝專(zhuān)用胎架進(jìn)行工字型鋼梁的兩兩二次拼裝。安裝兩個(gè)工字型鋼梁之間的橫梁和橫向連接系及鋼模板。拼裝完成后的工字型鋼梁需進(jìn)行外形尺寸及工字型鋼梁相關(guān)參數(shù)(預(yù)拱度、平面線(xiàn)形、橫坡等)的驗(yàn)收并需合格。焊接工字型鋼梁對(duì)接縫和橫梁對(duì)接縫及鋼模板對(duì)接縫。探傷工字型鋼主梁對(duì)接縫和橫梁對(duì)接縫。探傷合格后，進(jìn)行工字型鋼梁整體涂裝處理。安裝螺栓連接板，橋位工字型鋼梁段通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接[5]。

5.4 運(yùn)梁平車(chē)及軌道的安裝

運(yùn)梁平車(chē)采用自行式軌道平車(chē)，軌距9.9 m，載重120 t。運(yùn)梁平車(chē)軌道布置于已安裝的鋼梁中間兩片工字梁頂部，軌道底部按間距90 cm布置枕塊，枕塊采用倒扣箱形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為50 cm，箱內(nèi)高度以高出剪力釘高度為宜(≥24 cm)。運(yùn)梁平車(chē)軌道采用P43軌，連接梁場(chǎng)運(yùn)梁軌道并與之同軌距、同高程布置。

5.5 架橋機(jī)過(guò)孔

架橋機(jī)過(guò)孔以生產(chǎn)廠(chǎng)家的說(shuō)明書(shū)為準(zhǔn)，簡(jiǎn)要過(guò)孔步驟為：

(1)架橋機(jī)拼裝完畢，檢查各機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，查看旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向是否正確。將主梁調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)，做好過(guò)孔準(zhǔn)備。

(2)架橋機(jī)前支腿及后支腿同時(shí)頂升，使架橋機(jī)主梁脫離中托系統(tǒng)。

(3)架橋機(jī)中托系統(tǒng)自動(dòng)行走至前支腿后方，然后將前后支腿液壓系統(tǒng)下落，使主梁落至中托系統(tǒng)反拖輪組上。

(4)鋪設(shè)鋼軌，架橋機(jī)前腿提升，天車(chē)移至尾部，橋機(jī)準(zhǔn)備過(guò)孔。

(5)架橋機(jī)通過(guò)后支輪箱組和中托反拖輪箱組的驅(qū)動(dòng)自平衡過(guò)至下一孔，同時(shí)利用中托橫移系統(tǒng)做橫向調(diào)整至橋墩正上方完成過(guò)孔。

5.6 工字鋼梁的架設(shè)

采用運(yùn)梁小車(chē)將鋼梁運(yùn)至架橋機(jī)架設(shè)位置后，用架橋機(jī)前天車(chē)將工字型鋼梁在前吊點(diǎn)處提升，使其脫離前運(yùn)梁平車(chē)。架橋機(jī)前天車(chē)與后運(yùn)梁平車(chē)配合送梁前行，直至工字型鋼梁后吊點(diǎn)進(jìn)入后天車(chē)可起吊作業(yè)面，后天車(chē)吊起鋼梁。架橋機(jī)前后天車(chē)配合前行將工字型鋼梁吊至待架設(shè)位置。架橋機(jī)前后天車(chē)配合利用天車(chē)橫移系統(tǒng)將工字型鋼梁安裝就位。至此，鋼梁架設(shè)完成。

重復(fù)以上步驟完成整個(gè)橋位工字型鋼梁架設(shè)。

6 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

太行山高速公路邢臺(tái)段鋼混工字梁均采用專(zhuān)用架橋機(jī)架設(shè)，所完成的橋梁包括大百工1號(hào)大橋、東牛莊大橋、東柏山大橋、沙河1號(hào)大橋、沙河2號(hào)大橋、沙河3號(hào)大橋等6座橋梁，工字梁鋼材用量約2萬(wàn)t，實(shí)施工效可達(dá)兩天一跨，滿(mǎn)足工期要求。

7 結(jié) 語(yǔ)

該組合鋼混工字鋼梁采用專(zhuān)用架橋機(jī)進(jìn)行施工，屬施工技術(shù)創(chuàng)新，解決了目前常規(guī)施工技術(shù)存在較大風(fēng)險(xiǎn)、施工周期長(zhǎng)、施工成本太高而無(wú)法滿(mǎn)足要求等問(wèn)題。該專(zhuān)用架橋機(jī)取得的有益效果是：該設(shè)備施工工效高、結(jié)構(gòu)合理、制造工藝通用、安全可靠、移動(dòng)靈活、安拆方便，滿(mǎn)足施工要求。該組合工字梁架設(shè)施工工藝與現(xiàn)行施工技術(shù)相比，可以減少汽車(chē)吊安裝施工平臺(tái)修筑、橫向頂推安裝搭設(shè)臨時(shí)支架工程量、減少焊接高空作業(yè)等，為類(lèi)似工程的安裝施工提供了一種思路，值得借鑒。