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孟加拉帕德玛大桥大跨度连续钢桁梁架设技术

2021-04-30徐平安李方峰

施工技术(中英文) 2021年5期
关键词:墩顶桁梁龙口

徐平安,李方峰

(中铁大桥局集团有限公司,湖北 武汉 430050)

1 工程概况

孟加拉帕德玛大桥[1]主桥由41孔跨度为150m的钢混叠合连续梁组成,其桥式布置为6×(6×150)+1×(5×150)=6 150m,如图1所示。双层桥面布置,下层为单线铁路,上层为双向4车道公路。单孔钢桁梁重约3 000t,全桥总重约为13万t。

图1 主桥纵断面示意(单位:m)

主梁为整体节点全焊钢桁梁结构,主桁采用无竖杆的三角桁式,横向两片桁布置。主桁桁高12.75m,主桁中心距12m,节间长度18.75m。下弦杆采用箱形截面,宽1 600mm,高1 600mm;上弦杆也采用箱形截面,宽1 600mm,高1 500mm,绝大部分上弦杆箱内设T形加劲肋;腹杆均采用箱形截面,与主桁节点采用对接焊连接。

图2 主梁横断面(单位:m)

上层公路桥面采用预制混凝土板结构,通过现浇槽口混凝土与上弦杆剪力键(钉)锚固。下层铁路桥面采用铁路纵梁+预制铁路桥面板形式,简支于下横梁两侧牛腿上,如图2所示。

本桥钢桁梁特点如下。

1)钢桁梁为整体节点全焊钢桁梁结构,主桁采用全焊接结构,创意十足,国内鲜有实例,国外类似工程主要为日本东京港临海大桥和丹麦-瑞典厄勒海峡大桥。

2)跨度大,单孔跨径150m,总长6 150m,属于特大桥标准。

3)吨位大,单孔钢桁梁自重约3 000t,外加其他临时设施和辅助工具,单孔钢桁梁吊装质量约3 400t。

4)连续钢桁梁,每联钢桁梁有6孔(或5孔)钢桁梁焊接形成连续结构。

2 总体施工方案

钢桁梁杆件单元在国内制造,海运至桥址下游Mawa岸拼装场组装、涂装成孔后纵移至存梁区。存梁区的钢桁梁通过台车横移至下河码头,由“天一”号[2]取梁、运输至待架墩位,每联之中首孔钢桁梁使用“天一”号直接架设,其余跨钢桁梁由“天一”号和钢桁梁吊架配合逐孔架设、焊接合龙。

3 施工场地布置

钢桁梁杆件单元在国内制造,海运至桥址下游Mawa岸钢桁梁拼装场[3]。拼装场按使用功能划分为杆件存放区、桁拼区、立拼区、涂装区、存梁区。

钢桁梁下河码头布置于Mawa岸,钢桁梁横移轨道设置于钢桁梁存放区,与钢桁梁纵移轨道平面垂直交叉,横移轨道前端与钢桁梁下河码头相接,轨道中心距75m。

4 钢桁梁下河与运输

4.1 钢桁梁纵、横移

钢桁梁纵移采用6台600t纵移台车,将钢桁梁从涂装区纵移至存梁区。钢桁梁横移采用4台900t横移台车,横移钢桁梁到下河码头待取梁位置(见图3)[4]。

4.2 配重

由于每孔钢桁梁为非对称结构,重心不在跨中。根据每孔钢桁梁自重和重心,设置配重于钢桁梁上弦架梁反方向的后端,配重距上弦跨中距离和大小如表1所示。增加配重后,钢桁梁在起吊时“天一”号左、右两侧滑车组受力一致。

表1 钢桁梁自重、配重

4.3 钢桁梁起吊

钢桁梁通过专门设计的吊具进行起吊,如图4和图5所示。钢桁梁吊具包括扁担梁、平拉索、上锚梁、斜拉索、下锚梁,扁担梁与“天一”号滑轮组相连,下锚梁与钢桁梁吊耳连接。2个扁担梁之间通过一定长度的平拉索连接,在起吊过程中,2个扁担梁、平拉索和钢桁梁形成1个等腰梯形,平拉索用以抵抗水平方向的分力。扁担梁为销接的桁架结构,平拉索和斜拉索采用强度1 770MPa φ7mm平行钢丝,斜拉索每个锚点横向平行布置2根,间距2.4m。锚梁为框架结构。

图4 钢桁梁起吊立面

4.4 码头取梁

“天一”号通过绞锚方式进入钢桁梁下河码头内,调整“天一”号位置与钢桁梁对位。“天一”号下放钢桁梁吊具,将吊具斜拉索与下锚梁连接固定。

图5 钢桁梁起吊断面

“天一”号起吊钢桁梁,当起吊高度离横移台车约1.0m,退出横移台车。解除前端岸锚和后端尾锚,“天一”号离开码头。

“天一”号在码头外水域锚泊,下放钢桁梁至固定胎架,当“天一”号显示固定胎架支承的承载力约4 000kN时,停止落梁,钢桁梁与船体临时固定。

4.5 载梁运输

根据“天一”号的尺寸、吃水深度等选择运输航线。航行中控制航速。

5 钢桁梁架设

5.1 首孔钢桁梁架设

5.1.1墩顶布置

为调整钢桁梁的平面位置和高程,在墩顶安装垫梁和钢桁梁纵、横移及竖向顶升系统(“墩顶三向调整系统”,见图6,7)。支座临时安装至垫石顶,支座顶面高程低于设计高程30mm[5]。

图6 中间墩“墩顶三向调整系统”平面

图7 中间墩“墩顶三向调整系统”立面

5.1.2钢桁梁架设

“天一”号进入墩位附近,抛设前、后锚,通过绞锚方式完成船头调转及定位。“天一”号提升钢桁梁,当梁底超过墩顶约1.5m时,绞锚移船,精调钢桁梁平面位置,然后钢桁梁落于N/N+1墩顶竖向千斤顶垫板顶面(见图8)。钢桁梁初步就位偏差:纵、横向均≤15cm[6]。

图8 首孔钢桁梁架设

5.1.3钢桁梁精确定位

钢桁梁架设后,测量钢桁梁纵、横向偏位情况,计算钢桁梁调整定位量,利用“墩顶三向调整系统”调整钢桁梁平面位置、高程,使钢桁梁位置满足设计要求。

5.2 非首孔钢桁梁架设

5.2.1安装钢桁梁吊架

钢桁梁吊架为菱形桁架结构,主桁杆件、横梁均为焊接箱形截面。吊架顶上锚点中的竖向、纵横移千斤顶可实现钢桁梁竖向、纵横向调整移位。悬挂吊索采用直径140mm、强度等级为1 770MPa φ7mm平行钢丝。下吊点锚固于待架跨钢桁梁近端上横梁上(见图9,10)[7]。

图9 吊架侧立面示意

1 000t浮吊将吊架整体吊放至已架钢桁梁远端墩上弦顶面设计位置,单根后锚螺杆采用千斤顶预拉300t。首次使用吊架前,需进行110%荷载试验。

图10 吊架正立面示意

5.2.2非首孔钢桁梁架设

“天一”号进入墩位附近绞锚精确定位,下放钢桁梁,当梁底距墩顶的竖向千斤顶顶面约50cm时停止,调整船体,使合龙口纵向距离≤30cm,横向≤15cm,挂设吊索至下吊点装置。继续下放钢桁梁,当梁底距墩顶的竖向千斤顶约20cm时停止,再次检查钢桁梁平面位置。“天一”号松钩落梁,钢桁梁远端支撑于墩顶竖向千斤顶、近端悬挂于吊架(见图11)[6]。

图11 第2孔钢桁梁架设

6 钢桁梁逐孔合龙

6.1 钢桁梁位移调整

为提高待架钢桁梁横向抗风能力,在已架钢桁梁远端下弦端头安装抗风锁定装置,将2孔钢桁梁连接成整体。抗风锁定装置由外套筒、内套筒、后横梁、50t纵向和横向双作用千斤顶等组成(见图12)。外套筒中的50t纵向千斤顶控制内套筒的回缩和伸长,在回缩状态下,内套筒的伸缩端头不得接触待架孔钢桁梁下弦杆;在锁定状态下、内套筒的伸缩端头与待架孔钢桁梁下弦杆的接触长度为30cm。

图12 抗风锁定装置

非首孔钢桁梁架设后,钢桁梁远端支撑于墩顶竖向千斤顶,近端悬挂于钢桁梁吊架。利用远端“墩顶三向调整系统”和近端吊架上锚点装置的竖向千斤顶、纵横移千斤顶调整钢桁梁平面位置、标高,伸出抗风锁定装置横向水平千斤顶,对待架孔钢桁梁近端临时锁定。

6.2 合龙口配切与位移调整

对于调整好的钢桁梁,测量其偏位、温度及杆件合龙口距离,计算合龙口切割量,对合龙口下弦杆、斜杆预留长度进行配切,然后进行合龙口调整[8]。

合龙口调整按纵桥向→竖向高程→横桥向顺序进行,具体如下。

1)启动吊架上锚点纵向水平顶及远端墩顶纵移水平千斤顶,调整待架钢桁梁纵向位置,使下弦杆合龙口测量控制点纵向距离与理论距离相吻合。

2)启动吊架上锚点竖向千斤顶,通过放张吊索顶部连接张拉杆,调整钢桁梁合龙口高程,使合龙口两端高程一致。

3)启动吊架上锚点横向水平千斤顶(微调时,可借助抗风锁定装置50t横向千斤顶)及远端墩顶水平千斤顶,调整待架钢桁梁横桥向位置。远端墩顶端以钢桁梁轴线与桥轴线对中为准,吊架端以合龙口处两孔钢桁梁轴线一致为准。

调整对位后,首先对下弦杆用码板(每边按3~4块均布)锁定,再对斜杆速码板(每边按3~4块均布)锁定(见图13)。

图13 下弦杆合龙口码板锁定

6.3 合龙口焊接与支座转换

下弦杆、斜杆4个合龙口两侧同步焊接[9]。

对于单个合龙杆件拼口,先对称焊接腹板的两条立位焊缝(药芯CO2气体保护焊);再对称焊接上、下水平板(或翼缘板)的2条焊缝(实心CO2气体保护焊)。

下弦杆、斜杆焊接合龙后,测量上弦杆合龙口间距,切除上弦合龙杆件预留长度。采用吊架40t电动葫芦吊装上弦杆合龙杆,码板临时锁定后施焊。

合龙口焊接完成后,精调永久支座位置及高程,进行支座灌浆,强度满足要求后钢桁梁由永久支座支承受力,并临时锁定,解除前一墩永久支座锁定。

7 结语

孟加拉国帕德玛大桥是中资企业承接的最大海外单体桥梁工程,也是在国际上具有巨大影响力的桥梁,主桥由41孔跨度为150m的钢混叠合连续梁组成,针对主桥钢桁梁长度长、质量大且逐孔施工特点,采用钢桁梁整体吊装、墩顶三向调整系统、钢桁梁吊架、钢桁梁逐孔合龙等技术,有效解决了大跨度、大吨位多孔连续钢桁梁整体逐孔架设难题,技术成熟,安全可靠。目前,41孔钢桁梁全部架设完成,施工质量满足技术规范要求。

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