跨墩龍門架在橋梁加寬改造中的應用

高占波

(遼寧大通公路工程有限公司 沈陽市 110179)

近年來,車流量日益增大,國省干線上的一些橋梁由于多年運營,病害突顯,影響公眾通行需求,大部分橋梁開始進行維修加寬改造。然而,一些跨越較大河流的橋梁受到施工場地限制,如何制定和選擇施工方案,順利完成改造施工成為加寬改造的核心問題。文章分析總結紅廟子遼河大橋維修改造工程這一成功案例采用的關鍵施工技術,以便廣大施工技術人員探討研究。

1 工程案例

紅廟子遼河大橋位于鞍山市臺安縣京撫線(G102)K330+068處,建成于1975年。該橋跨徑布置為23m×20m+14m×30m+29m×20m,跨徑總長1460m,橋梁全長1465m,屬特大橋,交角為90°。橋面凈寬10.5m,左、右側各設置0.4m寬的防撞墻。上部結構為T型梁橋,其中跨徑20m為鋼筋混凝土簡支T梁,跨徑30m為后張法預應力混凝土簡支T梁,每孔均為7片梁。30m跨上部結構橫向布置如圖1所示。

圖1 30m跨上部結構橫向布置圖(單位:mm)

改造后拆除原橋上部20mT梁,更換為后張法預應力混凝土T梁,先簡支后結構連續體系,采用三孔一聯和四孔一聯,每孔8片梁,墩頂采用預應力筋連續。30m跨增加一片T梁,共8片梁,由簡支體系轉換為結構連續體系,采用三孔一聯和四孔一聯,墩頂采用預應力結構連續。改造后橋面凈寬為12m,左右側各設置0.483m防撞墻。改造后的30m跨上部結構橫向布置見圖2。

圖2 改造后30m跨上部結構橫向布置圖(單位:mm)

2 方案選擇

2.1 地形條件

該橋加寬改造施工關鍵點是30mT梁部分,24孔～37孔位于遼河主道,施工季節正值汛期,水位較高,水流較急,河面較寬。現場地形如圖3所示。

圖3 現場地形

2.2 方案選擇

(1)汽車起重機架梁法。該方法是中小跨徑橋梁上部結構安裝的常用方法。汽車起重機作業作業靈活,但需要寬闊作業面,現場需要修筑便道或便橋,修筑鋼棧橋費用高,工期長,對該工程而言,經濟性較差。

(2)跨墩龍門吊架梁法。跨墩龍門吊4個支點分別設置于蓋梁兩端,既可橫向移動80噸重的30mT梁,也可安裝新梁。經過現場調查和支點承載力驗算,該方法較為可靠。

(3)綜上所述,該工程選擇跨墩龍門吊架梁法更為經濟實用。

3 龍門架選擇及支點確定

為節約成本,充分利用現有設備,采用2臺規格50噸、跨徑15m的龍門吊進行改造拼裝。根據施工圖設計,蓋梁與加固后橋寬同為13m,蓋梁不能為龍門架腿提供可靠支點,加固蓋梁的同時需將蓋梁橫向加長,蓋梁加長長度根據龍門架及各結構尺寸最終確定。改建后橋寬13m,每側預留0.1m空隙,支腿寬度0.275m,支腿外側預留0.1m臨邊安全距離,故確定蓋梁每端加長0.475m,需將原施工圖蓋梁每端加長長度由0.35m變更為0.825m。經強度、剛度和承載力驗算,各項指標滿足施工要求。原蓋梁梁端見圖4,設計變更后蓋梁梁端見圖5。

圖4 原設計蓋梁梁端(單位:m)

圖5 變更后蓋梁梁端(單位:m)

龍門架支點確定后,根據構件尺寸可確定龍門架跨度及高度。因此確定龍門架凈跨度為:13m+0.2m=13.2m。龍門架支腿高度依據設計文件確定,梁高h1=1.79m,(墊石+支座高度)h2=0.35m,運梁車高度h3=1.2m,梁的起吊高度(梁離開車的高度)h4=0.3m,總高度H1=1.79m+0.35m+1.2m+0.3m=3.64m,另需考慮材料運送通行要求,混凝土車高h5=4m,預留h6=0.5m安全距離,確定最終支腿高度H2=1.79m+0.35m+4m+0.5m=6.64m。全部參數確定后,對龍門架進行改造,改造安裝后龍門架如圖6所示[1]。

圖6 改造安裝后龍門架

4 龍門架行走

該橋14孔～27孔共計14孔舊橋T梁需要橫向移動,14片新預制T梁需要安裝,龍門架在第1孔相鄰的兩個蓋梁上安裝完成,每孔T梁橫向移動完成,龍門架縱向移動是技術關鍵之處。

4.1 行走系統組成

行走系統由行走軌道、驅動裝置、承載裝置組成。行走軌道采用普通常規鋼軌,鋪設于舊梁頂面,采用鉆孔植筋臨時錨固于舊梁頂面。驅動裝置采用兩臺龍門吊行走天車,每臺行走裝置配置1臺15kW同步減速電機作為動力控制系統。承載裝置采用升降式塔架,分為外塔架和內塔架,內塔架底端安裝4臺單缸千斤頂,行程50cm,同時配置1臺液壓油泵控制千斤頂。根據行走裝置輪距寬度確定兩根軌道中心距離為2.1m。驅動裝置安裝于行走軌道上,將承載裝置焊接于驅動裝置上。龍門架行走時,采用塔架頂升裝置將龍門架升起,將龍門架頂升后,內置塔架底端用方木墊實,以防行走時千斤頂回油,塔架下落,同時將門架桁梁和行走系統用鋼絲繩和手拉葫蘆鎖緊固定。行走系統如圖7、圖8所示。

圖7 門架行走系統

圖8 門架行走示意圖

4.2 門架行走

門架移位前,先檢查兩側支腿是否離開蓋梁頂面30cm,兩側腿與梁板邊緣橫向距離是否達到10cm,前后墩頂部固定支腿的纜風繩是否全部松開并收起,以及天車是否捆綁固定于橫梁上。全部項目檢查確認無誤后,準備行走。

行走時由專人負責,統一指揮,兩側支腿安排專人看護,以防支腿刮蹭防撞墻或梁板翼緣。門架行走至下一蓋梁頂端,提前在支腿底部墊上油枕,緩慢降落升降架,放下兩側支腿頂部的纜風繩,將纜風繩固定于前后兩個墩柱上,采用手拉葫蘆對拉緊,松開橫梁與起落架的捆綁繩,移開起落架,松開捆綁天車的鋼絲繩,進行調試。起落架移動到后一個墩頂,按照相同的方式向前移動門架[2-3]。

5 梁板橫移

5.1 橫移準備

龍門架在相鄰兩個墩頂就位穩定后,鑿除舊橋橋面、防撞墻、濕接縫混凝土。按照圖紙要求,鑿除原橫隔梁混凝土時須精細施工,禁止損壞原鋼筋。鑿除原支座墊石,重新澆筑支座墊石并安裝臨時支座,正式起吊前先試吊合格。

5.2 T梁橫移

該項目T梁主要有兩種,20mT梁最大截面尺寸為1083mm×1650mm,30mT梁最大截面尺寸為1750mm×900mm。采用鋼絲繩兜底的方式將邊梁捆綁牢固,龍門吊適當受力,龍門架先提起邊梁橫向移動,移動順序為由邊至中。移動一片,支撐固定一片,橫移就位后加固舊梁。切斷梁板橫隔梁及濕接縫連接鋼筋,重新綁扎橫隔梁連接處鋼筋,原橫隔梁處鋼筋扳直后與對應的鋼筋單面焊接,濕接縫施工細節處理與橫隔梁相同,T梁橫移如圖9所示。

圖9 T梁橫移

6 新梁安裝

舊梁橫移就位后,新梁通過已完成半幅橋面借助專用運梁車運至橋上,用兩臺龍門架將新梁兜底捆綁后緩慢吊起,然后橫向移動至安裝位置,緩緩放下就位到安裝好的臨時支座上,將新、舊梁橫隔梁鋼筋進行焊接,檢查確認固定牢固后,松開天吊,取下鋼絲繩,新梁安裝完成。新梁安裝如圖10所示。新梁安裝完成后,依次焊接橫隔梁鋼筋、濕接縫鋼筋,安裝模板澆筑混凝土。

圖10 新梁安裝

7 施工控制要點

(1)龍門吊要選擇正規生產廠家生產制造,經技術質量監督局檢驗合格的產品投入使用[2]。

(2)蓋梁加長要考慮橋梁全寬,并保證龍門架支腿成橋外側邊緣留有10～15cm安全距離,并進行蓋梁承載能力驗算。

(3)所有工作全部通過舊橋上部來完成,施工時要考慮材料運輸通道和通行高度。

(4)根據施工工藝,需要采取半幅施工方法,即每孔7片梁,先拆除半幅1號至4號梁,按照1號到4號的順序將4片梁橫移就位,然后再施工左半幅,按照7號到6號的順序將梁依次橫移到改建后8號到7號的位置,最后通過已經完成的左半幅橋面將新梁運到安裝孔,將梁安裝至加寬后的5號梁位置。

(5)龍門架支腿高度要根據現場實際情況確定,主要包含蓋梁頂面至改造后橋面高度、運梁炮車高度、新預制梁高度等參數,由此確保新梁安裝時,龍門架能夠順利將新梁從運梁車上吊起。

(6)由于半幅施工,龍門架行走軌道不能位于龍門架中心線處,避免偏向一側導致龍門架不平衡。要根據力矩平衡原理,準確計算出龍門架頂升行走時天車停留位置和力矩小的一側需要配重重量[2]。

(7)龍門架工作前,要安排專人檢查纜風繩固定情況以及門架上起吊天車是否解除限制[3]。

(8)頂升裝置將龍門架頂起后,內置頂升架底端要用枕木墊實,以防行走過程中液壓油缸漏油。

8 成本對比分析

該工程共計完成98片舊梁橫移動,新安裝14片T梁,總費用約60萬元,平均每片梁約5400元,每片梁混凝土平均33m3,因此每立方米混凝土橫移及安裝單價為165元。按照當前市場價格,架橋機安裝梁板每立方米混凝土價格約120元,因此對于舊橋加寬,需要把舊梁按照“一拆一安”的過程進行折算,每立方米價格為240元。通過調研比對發現,采用跨墩龍門架經濟合理,安全可靠。

9 結語

近年來,隨著交通量日益增長,大部分位于國省干線的橋梁已不能滿足通行需求。建設資金有限的條件下,在中短期內改善交通通行狀況,應優先選擇經濟實用的橋梁加固維修方案。通過紅廟子遼河大橋改造工程案例分析,跨墩龍門架成功應用并順利完成舊梁橫移和新梁安裝任務,可為此類橋梁改造加固總結經驗數據,以供相關研究人員參考借鑒。