海控湾特大桥64m箱梁节段预制拼装关键施工技术及分析

王君楼

[摘要] 海控湾特大桥主跨为（16×64m）跨节段预制拼装预应力混凝土双线简支箱梁。各预制梁段间用湿接缝连接，张拉钢绞线成孔，采用上行式SX64/2200型移动支架施工。移动支架在使用过程中分工作状态和拖拉状态两大工况，在此两个工作状态下，临时支撑墩稳定性和滚筒标高的控制、移动支架拼装和拆除、箱梁节段拼装和线形控制、移动支架曲线过孔、高墩大风对移动支架的影响是桥梁施工的关键，采用MIDAS有限元软件建模对移动支架拖拉及施工过程进行分析和控制，结果表明：临时支撑墩钢管立柱与墩台连接可靠，变形及应力满足规范要求;根据各工况计算的箱梁节段拼装理论挠度指导施工中的标高控制，以满足线形规范要求;移动支架曲线过孔和梁段的运输吊装满足要求;对移动支架的风荷载验算，倾覆力矩小于稳定力矩，满足规范要求。

[关键词] 桥梁工程;移动支架施工;预制拼装;稳定性;线形控制

[中图分类号]  TU758.11[文献标识码]     A[文章编号]

0 工程概况

成昆铁路米攀段海控湾特大桥位于攀枝花市，本桥采用（2×24+8×32+16×64+3×32+1×24）m的桥跨布置，其中从10#墩到26#墩为16孔64m跨度节段预制拼装预应力混凝土双线简支箱梁，计算跨度64m，梁长为65.5m。每孔梁分15个节段，用60cm湿接缝连接，最后张拉钢绞线成孔，采用上行式SX64/2200型移动支架施工。

一孔节段预制拼装梁全长65.5m，节段长度1#段2.75m、2#段3.8m;单个节段最重182.03t，一孔梁总重2128.8t。箱梁梁高5.601m，顶板宽10.1m，底板端头宽6m，普通段宽5.5m。全桥节段拼装16孔，共预制异性变截面段1#段32节、2#段32节，普通段共计176节。

2 施工方案及重难点

2.1 施工总体方案

节段拼装法施工工艺原理是把整孔箱梁顺桥向分割成梁段，在节段预制构件场进行梁段预制，达到一定龄期后运至移动支架上，按一定的顺序摆放拼装成符合设计要求的桥梁形状，然后穿钢铰线、安装湿接缝模板、浇筑湿接缝混凝土，待混凝土达到设计强度和弹模后进行张拉压浆，完成整孔箱梁的拼装架设，移动支架通过过孔程序移至下一孔作业。

2.2 工程重难点

移动支架在使用过程中分工作状态和拖拉状态两大工况，工作状态是预制节段在支架上拼装直到整孔梁施工完成的阶段;拖拉状态是支架完成一孔梁的架设任务后拖拉到下一个孔位的施工阶段。在此两个工作状态下，有如下5个工序是移动支架施工的重难点：

1）由于拖拉水平力，需26--29#墩顶搭设临时钢管立柱，并与墩台可靠连接，确保临时支撑墩的稳定性和滚轮箱的标高。

2）移动支架本身的拼装和拆除。移动支架运输、现场拼装与拆除是本桥施工顺利进行的关键。

3）箱梁节段拼装、线形控制，梁段在移动支架上的组拼、湿接缝的施工、箱梁张拉、线形的控制是本桥的控制要点。

4）移动支架曲线（R≥2200m）过孔和梁段的运输吊装是安全监控的重点。

5）高墩大风对移动支架的影响。需要对最不利情况的横向抗倾覆稳定性进行检算。

3 关键工程技术分析

3.1 临时支撑墩稳定性控制

移动支架在30#台尾拼装，从前导梁开始，一次拼装46m，且向26#墩方向边拼边拖，直至到位。从30#墩到26#墩顶孔跨布置为3×32m+24m跨，这四孔除26#～27#一孔用石渣填平外，其余均为未架孔跨，在拖拉支架时需在26#～29#每个墩顶搭设临时钢管立柱并设置滚轮箱。墩顶搭设的临时钢管立柱，在拖拉状态受到竖向荷载和拖拉水平力，对临时支墩进行单独设计并计算最大竖向（水平）变形、垫梁最大组合应力、最大剪切应力、钢管柱最大组合应力、钢管柱连接系最大组合应力、钢管柱单根承受的最大竖向荷载。为了顺利使前导梁上滚轮箱，特以滚轮箱的标高控制限定各墩临时墩的加工和安装高度。下面以29#临时支撑墩为例进行力学性能分析。

3.1.1 临时支撑墩稳定性控制

28#、29#墩均為已施工完桥墩，锚固安装钢管支墩，上方用工字钢横梁承担滚轮箱，作为拼装拖拉支点。两个墩顶除标高外结构形式基本一样。在墩顶取孔，用灌浆料锚固精轧钢，安装钢管及垫梁并焊接牢固，将滚轮箱锚固于垫梁上。

1）墩顶左右对称布置各4根钢管（直径430mm、壁厚8mm），底部采用直径25mm精扎钢与墩顶锚固;

2）20#槽钢将钢管连接为一体，顶部通过法兰与36#工字钢横梁焊接;

3）横梁对应滚轮箱位置布置3根45b工字钢垫梁，与横梁锚固;

4）垫梁通过直径25mm精扎钢与滚轮箱锚固。

3.1.2 临时支撑墩结构验算

根据29#墩钢管立柱结构形式，采用MIDAS软件进行计算，建立建立临时支墩模型，验算其不同工况下的受力。

最大竖向变形为d_max=1.798mm

最大水平变形为d_max=2.81mm

钢管柱最大组合应力s_max=151.7MPa<1.1*[170Mpa]*0.953=178.211MPa，满足要求。

连接系最大组合应力s_max=88.1MPa<[170Mpa]，满足要求。

由上述计算可知，29#墩临时支撑满足移动支架作业的要求。

同理，根据设计的临时支撑墩计算26#、27#、28#墩的力学性能，均满足规范要求。

3.2 移動支架拼装和拆除

上行式SX64/2200型移动支架采用两跨迈步式，重量1200t，最大承载力2200t，跨度64m。移动支架总长147.6米，主梁和后尾梁高7.5米，前导梁高6米/3米。支撑系统分前支腿、中支腿、后支腿三部分，由承重主梁上的自身及混凝土梁重量传递到已成桥墩或箱梁上;节段梁的起吊、旋转、就位由回转天车控制的功能;纵移过孔装置进行下一节段梁的架设

3.2.1 拼装步骤

1）先在台尾拼装前导梁至13个节间，装设后支点小车和拖拉卷扬机，在30#台后支腿位置安装定滑轮，后支点小车位置装设动滑轮，脱空临时支撑，拖拉37.2m。

2）继续在台尾拼装9个节间，第2次拖拉45.6m。

3）继续在台尾拼装9个节间，第3次拖拉45.6m。

4）继续在台尾拼装完尾梁和为了过孔而增加的后尾梁，同时在26#墩尾部便道上拼装滑道、步板等附属设备。拖拉支架直至前导梁上26#墩后支腿，将前支腿安装到位。向前拖拉当后尾梁要脱离30#台后支腿滚轮箱时，注意观察如果支架未脱离滚轮箱，则用千斤顶将后尾梁顶起，脱空滚轮箱之后，让后尾梁悬臂向前拖拉。

5）继续拖拉，直至前支腿上25#墩，将前支腿顶起，把在26#墩的中支腿通过倒运系统到运至25#墩设计位置，锚固之后，将支架继续前移，尾梁脱开29#、28#、27#墩滚轮箱时采第4步的方法。直至移动支架到位。

6）拖拉到位，拆除尾梁及27#墩顶后支腿横梁，可以轮胎式运梁车喂梁进行回转天车试吊，安装挂架等附属，进行综合调试，至此，拼装结束。

3.2.2 移动支架拆除

架设10#～11#墩最后一孔前，前方的32m梁不要架设，留出64m梁的张拉空间，10#异形墩也要搭设钢管支撑，以承当中支腿的架梁反力。当架设最后一孔完毕后，在造桥机尾部利用汽车吊分段拆除尾梁杆件，采用边拖边拆，将造桥机拆除用板车运送回26#墩位置，装车转运。

拆除顺序依次为：后尾梁，主梁，天车，导梁，后支腿，中支腿。

3.3 箱梁节段拼装、线形控制

3.3.1 节段梁的拼装

1）移动支架过孔到位后，支撑支架中、后腿，做好准备。（为了安全考虑，从梁段下放完至张拉期间起顶前支腿到走行高度。）

2）将支座垫石凿毛，超标高，安放支座（小里程固定支座，大里程纵向活动支座），摆放好沙箱通过测量调整沙箱顶部标高至梁底设计位置标高。用回转天车调整梁段设计位置，以1#段和15#段串中线，确定其余梁段摆放位置。

3）安装2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#段至设计位置，利用扁担梁和吊杆悬吊于桁内纵梁上后，关闭跨中活门。

4）安装9#、14#、13#段至设计位置，悬吊于纵梁上，下放10#段和12#段，10#段向9#段移动720mm，12#段向13#段移动690mm，利用长吊杆悬吊于纵梁上，吊装11#段至设计位置悬吊于纵梁上之后，再将10#和12#分别提至设计位置悬吊于纵梁上。

5）预制节段安装到位后，利用回转天车调整节段梁线形的精调，依次进行预应力穿越、湿接缝钢筋的绑扎、立模板、浇筑湿接缝混凝土;待浇筑混凝土达到设计强度后张拉预应力钢束，完成该孔梁的架设作业。

3.3.2 节段梁线形控制

1）拼装节段梁中线

在预制厂将每个节段梁内和梁顶打上中心线和四个标高控制点，架梁前应对垫石位置和标高进行复核。

以当跨两桥墩上的架梁十字线为中轴线，用穿线法将两桥墩中心线的中心点放样到移动支架的中支腿及后支腿上，梁段全部下完后，在梁体腹内及梁顶面穿钢丝线进行指向，确保两钢丝线与桥墩轴线相重合，将本跨所有的预制梁段的中心与钢丝线调整重合，并在纵向上考虑预留压缩量，预留压缩量设置于活动支座端。

2）建立调梁理论数据表

因为64m梁为曲线直做，分为15个节段，对架梁梁段进行纵向位置控制、轴线控制和标高控制，综合考虑纵坡、预设反拱、支座预偏量、湿接缝浇筑前后支架挠度变化及梁高偏差等因素。标高控制利用MIDAS Civil软件对移动支架架设64m箱梁进行施工模拟计算，得出各工况的相应挠度，根据此理论挠度指导施工中的标高控制。

移动支架纵向依次有26组吊杆，移动支架空载、梁段吊装完毕、湿接缝浇注完毕、23束钢绞线按顺序张拉完毕以及一期张拉完毕的挠度控制点均为以上26组吊杆处的吊点为依据。

通过关键工序：端头节段吊装及定位、其余梁段摆放、节段精调、湿接缝浇筑后检查、梁体线形观测，依次对梁体进行施工和控制。

3.4 移动支架曲线过孔

本桥为在曲线半径R≥2200m曲线上，开始从26#墩至20#墩6孔梁为在缓和曲线上，其余10孔均在圆曲线上，因此每孔梁架设完毕都需要对支架进行横移之后再过孔。

移动支架及其附属设备总重约1200t，拖拉所用滑道为四组滚轮箱配合一台后支点小车在钢轨上。根据移动支架的结构特点和滑行方式，采用两台8t卷扬机作为纵移动力，拖拉移动支架前移。中支腿和后支腿装设有横移油缸，具备整体横移支架适应曲线过孔能力。

1）以圆曲线上过孔为例，当本孔梁一期张拉完毕，拆除扁担梁，打开挂架，在梁面上放中线延伸至尾梁，按设计要求放出后支点小车轨道线并铺设钢轨。

2）以后支腿为轴，中支腿位置驱动油缸将支架向上游横移700mm。

3）再以中支腿为轴，后支腿位置驱动油缸将支架向下游横移620mm。

4）此时，前、中、后支腿顶起支架，进行支点小车的安装和天车倒运后支腿到架设，倒运中支腿至前方桥墩垫石上锚固;支架落在滚轮箱上，以中、后支腿滚轮箱和后支点小车为拖拉支点，驱动8t卷扬机将支架拖拉65.78m到位。

5）拆除后支点小车，以中支腿为轴，后支腿位置驱动油缸将支架向下游横移700mm，移动支架支撑在后支腿、中支腿滚轮箱的垫块上，进入造桥状态。

3.5 高墩大风对移动支架的影响

海控湾桥对高墩达到78米高，桥梁位置处于该地区风口，移动支架大风环境中的架梁规程要求当最大风力等级大于6级时，不应架梁，对移动支架工作状态在风荷载下做抗倾覆计算。

移动支架风荷载等级达到六级时取最大Pw=250Pa进行计算。

计算风压：q1=150N/㎡   q2=250N/㎡  q3=600N/㎡，风压高度变化系数取离地面高度80m處，Kh=1.86。

风荷载对移动支架倾覆边的力矩（一侧外桁底部）21.75t×7.5m=163t·m

自重抗倾覆力矩=（200+92.6）×3+（200+92.6）×8.8+（184.2+91.1）×11.8=6701.2t·m

抗倾覆力矩/倾覆力矩=6701.3/163t.m=41>1.5 满足要求

风荷载水平反力43.5t 移动支架自重摩擦水平力 1134×0.1=113.4t>43.5t。满足要求。根据对移动支架在风荷载作用下的倾覆稳定性的验算，倾覆力矩满足规范要求小于稳定力矩，稳定系数高达40。故在日常架梁工作中，风荷载对移动支架的影响很小。

4 结语

利用专用移动支架建造混凝土简支梁是在移动支架的腹内组拼预制梁段，墩顶原位张拉，采用先“化整为零”后“化零为整”的一种施工方法，即工厂化制造+机械化装配，是一套高效、低碳、环保的桥梁建造技术。为同类节段预制拼装桥梁施工提供参考。

参 考 文 献

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