浅谈钢管砼拱桥无支架法整体吊装施工新工艺

傅科奇,黄 亮,胡祥森

(浙江省交通规划设计研究院,杭州 310006)

1 概 述

当钢管砼系杆拱桥上跨既有高等级道路或高等级航道时,因路面交通或航道交通繁忙,不允许设置施工支架和长时间封道封航时,对上跨拱桥的施工工艺提出了较高的要求。为满足钢管砼系杆拱桥无支架先拱后梁的施工要求,本文提出了采用浮吊无支架法整体吊装钢管拱肋和系梁劲性骨架的全新施工方法。工程实践证明,该施工方法具有施工成本低、工期短、资源利用率高、对被交线影响小等优点,具有良好的社会和经济效益。

2 工程概况

某工程桥梁右偏110°跨越既有三级航道 (净空要求60 m×7 m),主桥一跨过河设计为钢管砼系杆拱结构,计算跨径100 m,矢高20 m。拱肋采用哑铃型钢管砼,截面高260 cm;全桥设四道 “K”型撑和一道 “一”字型撑,设吊杆18对,吊杆间距510 cm;系梁采用箱型断面,高280 cm,宽125 cm;端横梁采用箱型断面,高280 cm,宽375 cm;中横梁采用矩形断面高220 cm,宽50 cm;系梁和横梁均设计为预应力砼结构。本桥结构示意图见图1。

图1 拱桥结构示意图(单位:cm)

桥下既有三级航道为区域航道主干线,交通十分繁忙,相关部门要求桥梁施工尽量减小对航道通航的影响,为确保安全不允许在水面区域设立施工支架。因此,明确本桥施工必须采用一种无支架先拱后梁的施工方案,且临时封航作业时间越短越好。为确保施工安全和质量,最大限度的节约施工成本,缩短工期,降低施工难度,相关部门组织了多次施工方案专家论证会。

3 施工方案比选

钢管砼系杆拱桥典型的无支架法先拱后梁施工方法有缆索分段吊装拼接施工法、分段浮吊塔扣施工法和拱肋整体竖向提升施工法[1]。

3.1 缆索分段吊装拼接施工法[2]

在拱脚附近临时搭设高达25 m以上施工索塔,钢管拱肋、风撑等构造借助缆索吊机分多段吊装,在空中拼接合拢。该方法具有施工工艺成熟,有专门的施工机械设备,拱肋化整为零起吊重量小,施工风险较低等优点。缺点在于临时施工索塔组拼难度较大,耗用材料较多;空中拱肋对接接头多、难度大;拱肋线形调整复杂等。

3.2 分段浮吊塔扣施工法[3]

单片拱肋分三段制作后,采用浮吊设备先吊装拱脚附近第一段拱肋,拼装就位后,安装地锚扣索并拉紧稳固;再吊装施工另一侧拱脚附近第一段拱肋;最后吊装中间段拱肋,空中拼接合拢,加设侧向风缆,保证单片拱肋的稳定。利用相同办法施工另一片拱肋,最后吊装风撑,与拱肋焊接形成空间稳定结构。此方案技术上可行,相比缆索吊装施工方案经济,但高空作业量大,拱肋空中拼接施工风险较大;拱肋线形难控制;水上作业工期较长,影响航道通航。

3.3 拱肋整体竖向提升施工法[4]

将两片拱肋和横撑在岸边膺架上根据设计要求拼接安装为整体,托运至浮船整体浮运到桥位后,利用浮船和膺架的提升设备整体提升到位,与拱脚预埋段拼接合拢。此方案优点在于拱肋拼装焊接方便,焊缝施工质量保证,线形容易控制,对通航影响小。缺点在于需要根据施工要求改装特殊浮船等设备耗费较大,整体拱肋从岸上搬运至浮船难度较大,且提升后四个拱脚同时对位拼接对施工工艺要求比较高。

4 本桥施工

4.1 方案总体布置原则

通过对桥址区域现场条件考察结合施工机具设备能力等,比较同类拱桥施工方案,拟在浮吊分段吊装方案的基础上,提出单片拱肋与系梁劲性骨架整体吊装方案:先在岸上搭支架拼接单片拱肋钢管,再将原系梁结构焊接劲性骨架,钢管拱肋与系梁劲性骨架连接成整体,然后整体浮吊安装就位。

此方案施工要点在于受现场吊装能力限制,拱肋和系梁劲性骨架总重量不能太大,要在现场调研基础上确定施工方案;拱肋吊装过程中受劲性骨架荷载作用,拱肋吊点必须经过详细计算确定,拱肋钢管与系梁劲性骨架间要用型钢临时连接确保吊装过程结构的稳定;拱肋和劲性骨架吊装过程中要经历平翻和竖转,要求采用多点辅助吊协调配合,确保结构稳定;单片拱肋吊装到位后,要及时临时固定拱脚和架设风缆,确保单片拱肋结构安全。

此方案优点在于拱肋不再分段吊装对接,而是直接在预拼场加工成型,线形容易控制,焊接质量保证;拱肋与系梁劲性骨架形成整体后提高了整体刚度,保证拱肋搬运及吊装施工的安全和施工精度;单片拱肋和系梁劲性骨架总重约120 t,利用2台150 t浮吊一次吊装,水上作业时间短对通航影响小;系梁采用劲性骨架加强后,方便后续系梁悬挂支模浇筑砼,系梁线形易于控制。

4.2 主要工艺流程

无支架法整体吊装方案主要施工流程为:场地搭支架拼装1、2号钢管拱肋及系梁骨架;吊装1号钢管拱肋及系梁骨架,架风缆固定,拱脚临时固定;吊装2号钢管拱肋及系梁骨架,架风缆固定,拱脚临时固定;安装拱肋风撑,拆除风缆。

4.2.1 拱肋拼装

在岸边选择合适场地搭支架拼接拱肋及系梁劲性骨架,用槽钢临时加强拱肋与系梁劲性骨架的连接,通过计算确定单片拱肋两个合理吊点 (吊点设在4#和15#杆与拱肋交点处附近位置)并对吊点进行局部加强。单片拱肋和系梁劲性骨架总重约120 t,相关构造详见图2。

图2 拱肋及系梁劲性骨架示意图(单位:cm)

4.2.2 拱肋整体吊装

在预拼场地利用两台150 t浮吊起吊拱肋及劲性骨架整体构造,拱肋采用捆绑式整体吊装,在吊点处焊接吊装限位卡槽,防止吊装时钢丝绳跑位。

吊点的设置:根据浮吊的有关参数 (船长36 m,宽20 m,扒杆长度为45 m,起吊能力为150 t,起吊最佳角度60°时,垂直起吊高度为39 m),考虑浮吊的起重高度和起吊重量及拱肋变形量等因素,经过理论计算确定浮吊的吊点设在4#和15#杆与拱肋交点处附近位置。吊点位置处浮吊起重高度为32 m,两吊点水平间距56 m[5],满足浮吊能力要求。浮吊构造见图3。

图3 浮吊构造示意图 (单位:cm)

综合考虑吊装时的安全性及钢丝绳的安装拆卸方便,浮吊吊点位置采用Φ 47钢丝绳捆绑拱肋两周通过限位钢板限位后吊到浮吊吊钩上。起吊过程中通过浮吊吃水线控制两台浮吊吊力,做到两台浮吊同时加力,保证拱肋受力均匀且相同。

4.2.3 拱肋稳定措施

拱肋起吊后浮运到桥位处,利用墩顶拱脚限位板、定位板等构造和千斤顶等相关设备精确就位,拱脚劲性骨架和墩顶预埋槽钢临时焊接固定。计算确定单片拱肋设置4道风缆,固定点位于拱顶往下各12.5 m(平距)处,水平间距25 m,左右对称,锚点固定在河堤上,风缆位置的布置不能影响后续拱肋的安装施工。详见图4。

图4 拱肋稳定措施示意图

5 结 语

钢管砼拱桥无支架先拱后梁施工技术难度高、施工投入较大,本文提出的无支架法整体吊装施工技术是高效、经济解决上跨拱桥先拱后梁无支架施工的重要技术手段之一。本工程因地制宜,采用2台150 t浮吊整体吊装单片拱肋及系梁劲性骨架构造的施工方法较好的解决了本桥上跨高等级航道要求无支架先拱后梁施工的技术难题,同时保证了施工质量、缩短了施工工期,减少了航道的封航时间,节约了工程造价,提高了经济和社会效益,为今后同类型桥梁的施工提供了宝贵的经验。如加以研究施工配套新材料和新设备,本施工方法可以加速实现钢管砼系杆拱桥无支架法先拱后梁施工的标准化、现代化。

[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]张瑞森.无支架先拱后梁系杆拱桥施工技术[J].铁道标准设计,2005,(7):49-53.

[3]赵谦.浮吊无支架法吊装大跨度钢管拱肋施工技术[J].安徽建筑,2004,(1):43-44.

[4]薛重阳.系杆拱桥无支架施工法的施工控制技术[J].山西交通科技,2005,(3):64-66.

[5]虞建成.系杆拱桥空间内力分析[J].华东公路,1998,(6):3-6.