跨既有航道連續(xù)鋼桁架橋架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

黃永銀,宗寧雯,華智健

(江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司，江蘇 宜興 214231)

1 工程概況

昆山青陽港航道整治工程按Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，通航凈空為60 m×7 m，原青陽港航道上的金浦橋老橋位通航凈空不滿足Ⅲ級通航要求，采用原位改建方案。新建金浦大橋的孔跨布置為：(30.2+54+90+54+31.5)+(2×30.65) m，橋梁全長328.08 m。

橋梁位于縱坡3.4%、半徑1 600 m的凸型豎曲線上，主跨橋墩位于水中，主跨90 m，河道寬約120 m。鋼桁架橋建筑效果如圖1所示，結(jié)構(gòu)效果如圖2所示。

主橋主梁采用等高度鋼箱梁，采用整幅單箱三室斷面，箱梁中心線處梁高2.2 m，底板水平布置，頂板設(shè)2.0%雙向橫坡，鋼箱梁橋面寬33.9 m(見圖3)。采用全焊接。全橋橫向設(shè)置兩片桁架，桁架之間無橫撐。上下弦桿及腹桿均采用四邊形鋼箱截面。鋼箱梁、鋼桁架均全焊接結(jié)構(gòu)。

2 架設(shè)方案選擇

主橋所跨青陽港航道為五級航道，是當(dāng)?shù)刂匾膬?nèi)河運(yùn)輸航道，施工時無法連續(xù)封航。該橋位于城市中心位置，橋位兩側(cè)緊鄰城市建筑和公園綠化，無法利用兩側(cè)場地進(jìn)行大面積施工，鑒于以上受限條件，鋼箱梁采用工廠大節(jié)段制作并水運(yùn)至橋位，河中預(yù)留40 m通航孔，在通航孔兩側(cè)河岸及岸上地面設(shè)置滑移臨時墩和滑移梁，利用浮吊吊裝+滑移的架設(shè)方案，邊跨鋼梁分段采用滑移方案，中跨鋼梁浮吊吊裝方案，鋼桁架桿件采用汽車吊在橋面直接吊裝，該方案保留了航道的通航功能，降低了對航道運(yùn)輸影響，同時將吊裝工作面置于河道，避開了地面吊裝站位對場地的要求。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 滑移支架的設(shè)計與布置

根據(jù)施工方案，將鋼橋劃分為3個施工分區(qū)(見圖4)施工流程如圖5所示，0號墩～2號墩，3號墩～5號墩為滑移區(qū)，2號墩～3號墩為吊裝區(qū)(見圖6)。分別在3個分區(qū)設(shè)置滑移支架和吊裝支架，地面支架采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，支架之間設(shè)置滑道梁；水中支架立柱采用鋼管樁沉樁。

共設(shè)置2組滑移軌道進(jìn)行滑移施工，滑移軌道間距為23.28 m，每組軌道下方設(shè)置雙排鋼管柱，雙排鋼管柱間距2 m(見圖7)。

滑移支架由滑移軌道梁、分配梁、鋼管柱組成，軌道梁為φ900 mm×600 mm×16 mm×28 mm的箱形梁，分配梁。分配梁為H400×300以上型鋼，鋼管柱間用P180×6斜撐連接，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。軌道梁上設(shè)置軌道(43 kg/m級的鋼軌)，軌道和軌道梁通過壓板連接。

3.2 滑移施工原理

滑移區(qū)每鋼梁節(jié)段滑移時設(shè)置4個滑靴，如圖8所示。滑靴為H300×300×10×15型鋼組成，滑靴位于鋼梁內(nèi)隔板處，滑靴底部設(shè)置有限位，鋼梁尾部設(shè)置頂推機(jī)構(gòu)，頂推鋼梁節(jié)段向前滑移(見圖9)。

3.3 滑移施工技術(shù)及分析

3.3.1 滑移施工技術(shù)

滑移施工主要通過液壓爬行器作為驅(qū)動裝置，在橋體上設(shè)置多個頂推點(diǎn)，液壓爬行器同時進(jìn)行驅(qū)動作業(yè)，促使結(jié)構(gòu)在滑移軌道上實(shí)現(xiàn)整體滑移作業(yè)。該驅(qū)動裝置屬于組合式結(jié)構(gòu)，兩端分別與滑移軌道和構(gòu)件相連，其中與構(gòu)件或者胎架相連側(cè)為鉸接形式。

采用滑移進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)橋體安裝工程，具備很多優(yōu)勢：橋體自重大，安裝空間有限，使用滑移施工，能夠很好的解決這一問題，滑移設(shè)備體積小，承載能力大，適合用于在狹小空間內(nèi)，進(jìn)行滑移工作；橋體滑移過程中，通過多點(diǎn)頂推，實(shí)現(xiàn)整體滑移，多個受力點(diǎn)的布置，能夠有效的分散下部支撐結(jié)構(gòu)的豎向荷載；保證了滑移施工質(zhì)量，可靠性高、安全性好。

液壓滑移施工[1]主要采用三個設(shè)備：1)液壓爬行器；2)液壓泵源系統(tǒng)；3)同步控制系統(tǒng)。

其中，液壓爬行器采用自鎖型爬行器，該爬行器具有同步性好、精準(zhǔn)度高的優(yōu)點(diǎn)。其夾緊軌道，形成反力，繼而使設(shè)備推移，完成滑移作業(yè)。

首先爬行器與軌道夾緊，液壓缸伸缸，推動鋼結(jié)構(gòu)朝既定方向滑移300 mm；然后滑移構(gòu)件不動，液壓缸縮缸，夾緊裝置與軌道脫離，從而夾緊裝置向相應(yīng)方向移動300 mm；此為一個滑移工序，在整個橋梁頂推滑移的過程中，為使構(gòu)件達(dá)到相應(yīng)位置，其工作內(nèi)容即由多個此類滑移工序組成，通過反復(fù)伸缸，縮缸操作，構(gòu)件滑移至目標(biāo)位置，此時頂推滑移作業(yè)完成(見圖10)。

3.3.2 滑移施工模擬分析

通過仿真分析表明，橋體滑移順序，上部構(gòu)件的安裝順序?qū)蝮w結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形有著顯著影響。故有必要對昆山金浦橋鋼結(jié)構(gòu)的安裝全過程進(jìn)行施工模擬分析。在橋梁安裝施工分析中，通過使用有限元分析軟件，根據(jù)施工方案將橋體拆分成幾個部分，按照施工順序依次激活對應(yīng)部分，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際安裝方法進(jìn)行施工模擬[2-4]，模擬鋼結(jié)構(gòu)橋體在整個施工安裝過程中，隨著荷載及邊界條件的改變，構(gòu)件剛度及其內(nèi)力的變化情況。

本工程的施工過程由15個安裝步驟和3個卸載步驟組成，通過有限元分析軟件分析得出每個施工步驟過程中結(jié)構(gòu)的變形及各個桿件的內(nèi)力，應(yīng)力等數(shù)據(jù)信息，通過這一系列分析，有利于找出施工過程中最大變形及應(yīng)力發(fā)生位置，從而確定最不利部位，有助于提前預(yù)警，并在實(shí)際施工過程中做好監(jiān)測預(yù)防工作，相應(yīng)部位做好加強(qiáng)措施，確保施工質(zhì)量及安全性。

圖11,圖12為施工過程中較為典型的數(shù)值模擬分析結(jié)構(gòu)。結(jié)合整個施工階段數(shù)值模擬分析來看，在整個施工過程中，構(gòu)件最大變形為36 mm，鋼橋最大應(yīng)力為55 MPa，均發(fā)生在卸載完成時。數(shù)值結(jié)果表明，此施工方案中的施工工藝具備切實(shí)可行性，滑移及卸載過程中橋體變形，桿件應(yīng)力均能滿足設(shè)計要求。

3.4 滑移質(zhì)量控制措施

滑移質(zhì)量的控制主要分為三個階段：滑移前準(zhǔn)備及檢查；滑移過程中質(zhì)量控制；落梁及糾偏施工。在頂推滑移之前，需對滑移過程中所用設(shè)備及輔助設(shè)施做好安全檢查工作；對夾具進(jìn)行預(yù)加載，使每個夾具處于基本相同的鎖緊狀態(tài)。

橋梁的頂推滑移采用分級加載的方式進(jìn)行，壓力荷載按照20%，40%，60%，80%，90%，100%的順序逐級施加，在結(jié)構(gòu)即將滑移時停止推進(jìn)工作，保持現(xiàn)有壓力荷載，對滑移設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步安全檢查，并檢查結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保施工安全性，繼而繼續(xù)進(jìn)行滑移作業(yè)。

滑移過程中，監(jiān)測實(shí)時壓力及荷載變化情況，確保施工安全性，須確保各個滑移設(shè)備同步滑移，爬行器相對誤差小于20 mm，減少爬行器的同步滑移誤差對結(jié)構(gòu)的影響。

在滑移過程中，為保證滑移施工的安全可靠性，在鋼桁架與軌道交接處設(shè)置橫向限位擋塊，以確保在鋼桁架滑移過程中不至滑出軌道。且由于爬行器類型為液壓爬行器，其對軌道的沖擊性較小，使整個滑移過程的質(zhì)量及安全性得到進(jìn)一步保證。

橋體是通過滑移繼而就位的，橋墩上存在墊塊和支座，橋體置于墊塊及支座上進(jìn)行滑移，故其滑移到位后，其標(biāo)高高于設(shè)計狀態(tài)，需進(jìn)行落梁就位工作。在每組滑靴對應(yīng)的軌道梁位置各布置一組落梁反力架，用于調(diào)整結(jié)構(gòu)豎向與水平位置，調(diào)整過程中也務(wù)必講究同步性。

4 結(jié)語

昆山金浦橋?qū)儆谶B續(xù)桁架鋼結(jié)構(gòu)橋，由于其所處安裝環(huán)境受限，故采用“分段滑移+分段吊裝”的施工方式進(jìn)行安裝?；浦Ъ艿脑O(shè)計與布置，很好的保證了滑移過程中橋體結(jié)構(gòu)受力的合理性，而且頂推滑移技術(shù)具有極強(qiáng)的可操作性，在狹小的施工環(huán)境內(nèi)，減少了安裝時間，提高了施工精度，保證了施工的安全性，具有良好的經(jīng)濟(jì)社會效益。通過有限元分析軟件對施工全過程進(jìn)行模擬分析，得出此種施工方案具備極高的可行性，為以后此類工程的施工提供了充分的理論依據(jù)。