大跨度钢箱梁横移安装施工技术

蒙立和,陈云辉,林 彬

(广西路桥工程集团有限公司,广西 南宁 530200)

0 引言

随着我国交通建设迅速发展,钢桥得到更广泛的应用和推广。钢箱梁相比混凝土箱梁具有自重轻、承载和跨越能力大、便于工厂制作及现场安装,加工精度高、质量得到保证、对周边环境影响较小、施工便捷等优势,通常应用于大跨度桥梁和跨越既有通行道路的桥梁。

钢箱梁横移施工技术是钢箱梁通过节段吊装、焊接成整体横移就位的一种施工工法,主要工序分为临时支架搭设、横移轨道安装、箱梁吊装及拼接、涂装、顶推横移、卸落架等[1]。

1 依托工程

1.1 工程简介

大罗高架特大桥为贺州至巴马高速公路(来宾至都安段)控制性工程,桥长5 988.5 m。桥位沿红水河岸和二级路之间的狭长路线布设,上构形式采用(139×40+60+9×40) m预应力混凝土小箱梁+钢混组合梁,为贺巴高速公路第一长特大桥。其中60 m跨跨越地下暗河,为钢混叠合梁,分左右幅,每幅采用两箱组合梁而成。组合梁截面中心处组合梁高3.18 m,其中钢箱梁高2.83 m,混凝土板厚0.35 m。主梁结构如图1所示。

图1 主梁标准断面图(mm)

1.2 钢梁节段划分

单幅钢箱梁由两片槽型梁组成,每片槽型宽3.70 m,梁高2.83 m。根据设计划分原则,并充分考虑公路运输限制条件及现场吊装安装方案,每片槽梁分成5个制造(运输)段,节段长度为10.34～13.3 m,最大吊装重量为40.9 t。如图2所示。

图2 钢箱梁加工安装示意图

2 拼装支架及横移体系设计

2.1 拼装支架设计

支架结构构件主要由钢管、连接系、分配梁组成[2-4]。分配梁顶部在对应每片槽型梁腹板位置处设置千斤顶和垫块,用于调节槽型梁的位置。支架钢管桩采用φ610 mm×14 mm的钢管,联结系为[20a槽钢,纵、横梁均采用2HN400×200H型钢。支架安装应先安装好钢管和连接系,接着将纵梁安放在桩顶钢板上,H型钢与钢板焊接固定,然后安装横梁,最后设置操作平台和防护栏杆。

支架方案详见图3、图4。

图3 横断面布置图(mm)

图4 平面布置图(mm)

2.2 横移体系设计

(1)横移滑道。横移滑道布置在桥墩盖梁上,横移滑道采用4根HN400×200的H型钢,宽度为800 mm,可适应滑块在滑道上的位置调节,滑道梁上设两根角钢限位,并与H型钢采用焊接连接。盖梁浇筑前,顶面按照滑道梁支撑间距,预埋厚14 mm的80 cm×80 cm钢板作为支撑柱的底板,安装支撑柱时支撑柱与底板之间进行满焊处理。如图5所示。

图5 横移滑道布置图(mm)

(2)横移滑块。横移滑块为组焊件结构,采用多块钢板焊接而成,每个节段长度为2.3 m,采用螺栓连接。如下页图6所示。

图6 横移滑块结构图(mm)

(3)横移方式。采用千斤顶顶推的方式进行钢箱梁的横移。钢箱梁两端同侧设置千斤顶,两端同时启用千斤顶顶推,顶推的速度保持一致,确保钢箱梁匀速平行横移,千斤顶到达工作里程后,通过移动反力支座,再次调整千斤顶的位置,交替进行顶推施工,直至钢箱梁到达指定位置。由于两侧布置在盖梁上的滑道不平行,所以横移分多次分步滑移,滑移沿横向滑移一定距离后,测量滑块与限位角钢的位置关系,当滑块与限位角钢距离为5 mm时,停止滑移,将钢槽梁整体起顶,移动千斤顶位置后,进行第二轮的顶推滑移,经多次顶推滑移至设计位置[5]。如下页图7所示。

图7 横移路线示意图(mm)

(4)钢梁落梁精调定位。在每片槽型梁两端正下方各布设两台200 t自锁式千斤顶,梁段调整到位后,开始起顶,拆除支承垫石上的滑道梁和滑块,安装正式支座,落梁至临时垫块上,通过垫块和千斤顶反复起顶和回落逐步将钢梁落至正式支座上。

3 关键施工工艺流程

横移法施工主要流程为:工厂搬运装车→运输梁段至现场→梁段现场吊装至拼装支架上拼装成整孔节段→卸落拼装支架上的支撑点→钢梁落至滑道梁上→牵引槽型梁滑移至设计位置→精调定位→落梁至永久支座(受力体系转换)。

吊装过程如图8～13所示,钢箱梁安装施工要点如下:

图8 钢梁吊装立面布置图(mm)

图9 钢梁吊装平面布置图(mm)

图10 节段一次吊装示意图

图11 节段焊接成整体示意图

图12 落梁就位示意图

图13 第二片钢箱梁就位示意图

(1)吊装第一段槽型梁落于墩顶盖梁上的滑道梁和临时支架搭设平台上,精调位置。

(2)吊装第二段钢梁于临时支架拼装平台1和临时支架拼装平台2上,精调位置后与第一段钢梁焊接固定。

(3)依次吊装节段梁,完成单根钢槽梁的整孔拼装。

(4)两端桥墩盖梁上千斤顶起顶,卸载临时支架上的支撑点。

(5)开始滑移整段钢梁。

(6)当钢梁单向滑移定位不准时,可双向安装滑移千斤顶进行平面位置定位调整。

(7)将槽型钢梁滑移到位后,拆除支承垫石左右两侧部分滑道梁,在钢槽梁腹板位置处安装千斤顶和垫块,自锁式千斤顶起顶,待千斤顶受力后卸除支承垫石顶部的一小段滑道梁和滑块。

(8)安装永久支座,落梁前加强对支座顶标高、四角高差的复核与质量控制。

(9)放上调平钢板依靠千斤顶回缩行程将梁落至永久支座上:①当千斤顶行程不足以将梁完全下放至永久支座上时,在千斤顶内侧再用另一组垫块撑起钢梁,千斤顶回缩,将钢梁下落至内侧支撑垫块上,减少千斤顶垫块高度;②然后再用千斤顶顶起钢梁,降低千斤顶旁另一组垫块高度;③重复①②步直至槽梁最终落至支座上调平钢板处,实现落梁操作。

(10)至此,完成一组钢箱梁的安装,剩余3组钢箱梁安装重复以上步骤。

4 施工设计计算

支架结构主要组成钢梁分节段运输至现场后,采用一台350 t汽车吊吊装至拼装支架上,整孔焊接成整体,在桥墩盖梁顶部布置滑道梁和滑块,通过采用千斤顶进行横移施工。

4.1 拼装支架和横移支架设计结构计算

采用Midas Civil软件建立计算模型进行验算。计算结果如图14、图15所示。

图14 拼装支架组合应力云图(MPa)

图15 横移滑道梁组合应力云图(MPa)

经验算,拼装工况最大组合应力为117 MPa,小于允许值215 MPa,满足要求。

经验算,拼装工况最大组合应力为80.4 MPa,小于允许值215 MPa,满足要求。

其他计算结果汇总如表1所示,均满足要求。

表1 支架结构设计计算结果汇总表

4.2 吊装计算

(1)起重概况。钢梁节段参数如表2所示。

表2 钢梁节段吊装参数表

由表2可知,最大节段重量为GL-1#40.9 t。

(2)吊车选型。钢梁主要吊装设备为350 t汽车吊(107 t配重,支腿全伸9 m)。吊装工况分析表如表3所示。

表3 吊装工况分析表

(3)钢丝绳选型。根据最大吊重40.9 t,选用φ48 mm钢丝绳。把每个分段简化为一刚体,因刚体吊点是对称布置,钢丝绳与水平夹角按60°考虑,对3种区间按照最重梁段重量计算受力分析如下:

根据平衡原理:在直角坐标系建立方程ΣFy=0,G=Ly=40.9 t。

单根钢丝绳拉力L=Ly/sin60°×9.8/4=40.9/0.866×9.8/4=115.7 kN(钢丝绳拉力)。

根据钢丝绳破断拉力,φ48 mm钢丝绳,纤维芯,公称抗拉强度为1 870 MPa,查《钢丝绳通用技术条件》(GB/T 20118-2017),其破断拉力Fg=1 300 kN。

钢丝绳安全系数K=Fg/F=1 300/115.7=11.2,大于安全系数8。

5 结语

本文针对钢箱梁节段吊装施工,采用全幅设立临时支撑拼装平台的方式,设计出一套单片钢箱梁拼装平台及千斤顶横移下放系统,临时支撑架投入少,操作简单,安全可靠,缩短了工期,提升了安全性,降低了成本,为高速公路跨线、跨越不良地质和现场施工作业场地狭小无法满足常规施工要求的钢箱梁安装施工提供了借鉴。