小榄水道桥主跨钢管拱吊装及竖向转体施工

汤厚兴

1 工程概况

小榄水道特大桥是新建广州—珠海城际轨道交通工程项目三大重点控制工程之一,跨越国家Ⅳ级航道——小榄水道,该水道与线路夹角为73.5°,主跨为(100+220+100)V构连续刚构钢管拱桥。钢管拱拱肋采用N形桁架,在靠近拱脚位置采用变高度哑铃形截面。上、下弦管直径为900 mm,壁厚分24 mm,22 mm和20 mm三种,为钢管混凝土结构,腹杆采用φ 600 mm×16 mm的空钢管。拱肋计算跨径为160 m,钢管拱上弦管矢高40 m,矢跨比1/4,拱肋间设7道横撑,拱顶3道为米字撑,其余4道为K字撑;横撑 由φ 500 mm ×12 mm,φ 300 mm×10 mm,φ 350 mm ×12 mm,φ 200 mm×10 mm钢管组成,全桥拱肋吊杆共设15对,顺桥向间距为9 m,全桥整体钢拱重量达850 t。

2 施工方案

钢管拱肋拼装采用卧拼方案,拱肋按南北方向分别拼装,卧拼顺序为从拱脚到拱顶,利用缆索吊将节段拱肋起吊安装放置于桥面临时支架上,进行节段焊接,保证了节段拱肋的线性。钢管拱全部安装焊接完成后,利用竖转塔和同步液压提升系统进行竖向转体施工,完成合龙。

3 钢管拱节段吊装施工

3.1 卧拼支架施工

根据拱肋拱轴线线形,在主梁桥面上设置拱肋拼装钢管支架,拱肋拼装支架设置在拱圈水平面投影位置,拱肋卧拼时按照实际空间位置和竖转过程互不干涉原则,北岸两组拱肋拼装支架高于南岸。以距离拱脚端中心8 m的位置为起点,顺桥向每9 m设φ 530 mm×8 mm的钢管作为支撑立柱,其中上下游拱肋拼装支架形式一样,北岸方向编号为1号～8号支墩,南岸方向编号为9号～16号支墩,其中9号支墩分上下两层,分别支撑北岸和南岸钢管拱,拼装支架纵向加固采用相邻支架加槽钢纵撑,其中3号～8号支墩采用加纵撑桁架的方法,横向顶部加固采用上下游支架加工字钢横梁连接横向钢管,另在横桥面方向上用槽钢斜撑连接。卧拼支架立面图见图1。

3.2 缆索吊系统安装

索塔是吊装拱肋和钢管拱竖转时的竖向传力构件,索塔采用西乙型万能杆件拼装,南北岸各设置1个索塔。每个塔架由两根立柱组成,两根立柱横向净空距离为6 m,立柱竖向设置两道横向联系撑,第1道横撑在14 m塔高位置,第2道横撑在26 m塔高位置,立柱顶横向采用哑铃形结构横向通长连接,整个塔高42 m。

缆索吊装系统由主索、承重索、起重索、牵引索、索鞍、滑移系统、临时锚碇、走行小车等组成。

主塔施工完成后,进行塔顶横梁的架设和主索鞍的安装,随后进行牵引系统的架设和主缆承重索架设,起重系统安装。最后进行主缆垂度调整并在临时锚碇处锚固,并且在索塔两侧拉缆风绳,增加其整体稳定性。

3.3 拱肋节段吊装施工

1)缆索吊试吊。缆索吊装系统在正式起吊前,进行试吊试验,以检测验证其吊重能力及各种工况下的缆索系统的受力及变形是否和计算相一致,保证其结构的安全可靠性。2)拱脚预埋段安装。在正式吊装拱肋节段之前,必须首先安装拱脚预埋段,南北两岸均利用塔吊将拱脚预埋段吊至桥面拱脚处进行安装。预埋段必须采用钢支撑作加固,预埋段安装必须严格控制安装精度,为安装竖转铰施工奠定基础。3)拱肋节段和横撑安装。钢管拱根据设计图纸加工成标准件节段,南北两岸拱肋分开拼装,利用缆索吊依次将已编号的拱肋节段由桥下起吊,起吊放置于桥面已安装的卧拼支架之上,然后进行节段焊接,同时进行横撑安装,南岸与北岸施工方法一致。4)节段焊接。节段焊接采用CO2气体保护焊。平位对接焊缝采用CO2气体保护焊打底,埋弧自动焊填充、盖面。应严格按桥上焊接工艺规程进行施焊,采取对称施焊顺序,以减小焊接变形和焊接残余应力。5)竖转铰施工。用全站仪对竖转铰安装位置精确放样,用水准仪精确测量标高,全桥铰轴设计共计4个,在竖转施工过程中铰轴的受力比较大,因此在保证测量精度的前提下,还需要进行刚性支撑,铰轴采用体外支撑方法,利用铰轴将刚性支撑定位,然后进行铰轴的安装,同时在竖转施工前,进行铰轴灌注C50微膨胀混凝土,增大其刚性。

4 竖向转体施工

4.1 主要施工方法

在V构桥面两端设置竖向转体反力架,提升千斤顶安装在反力架上,每台千斤顶由20根直径为15.24且强度为1 860 MPa级的钢绞线穿过,通过竖转塔与拱肋上的吊点连接,作为提升索构成承力系统,竖转布置图见图2。

竖向转体南北两岸拱肋提升通过同步液压提升控制系统控制,系统设置LSDKC-8液压控制系统两套,计算机按过程检测数据调节控制比例阀,先拱肋脱架,然后实现高同步精度竖向转体。待南、北钢管拱竖向转体就位,对接拼装完成后,拆除设备,完成施工。

4.2 主要施工顺序

1)吊点和反力架安装。采用钢板组合孔锚板焊接制作而成吊点,将钢绞线穿过孔锚板,端部用夹片和挤压套管进行锚固,另外一端通过竖转塔顶部,然后穿过V构桥面反力架,反力架再通过设置后锚进行锚固。2)后锚系统预紧。反力架通过导向钢绞线与梁体端部锚固,锚固端设置在梁体端部内箱,锚固端采用型钢组合箱加锚具夹片锚固。为了防止反力架在提升初期发生大范围内纵向位移,因此在提升前进行后锚系统预紧,在张拉端千斤顶尾部采用单根张拉,每根钢绞线初张拉力约为初始提升力的30%。3)拱肋脱架。脱架前,解除钢管拱与卧拼支架约束,利用同步液压控制系统,逐步提高千斤顶张拉力,给千斤顶逐次增加至设计初始张拉力,直至钢管拱脱架。4)拱肋竖向转体提升。脱架完成后,进行同步竖向转体施工,施工过程中由同步液压控制系统控制千斤顶拉力,上下游两肋保证同步提升,提升过程中进行应力监测和变形观测,竖向转体到位后保留一定的预留高度,方便合龙口标高调节。5)拱顶合龙口焊接。在钢管拱调至设计合龙标高后,夜间进行安装花篮螺杆和法兰盘焊接,实现瞬间合龙。6)拱脚接头施工。竖向转体施工完毕,拆除提升索,进行拱脚接头焊接,完成拱脚固结。

4.3 施工要点

1)拱肋脱架时,当提升索张拉至设计启动张拉力的100%时,观测主肋脱架情况,如此时主拱肋未脱架,各施工组检查各系统是否正常,检查临时固结点是否完全脱离,若一切正常启动千斤顶张拉力至110%,直至主拱肋脱离拱架停止,脱架高度从拉索在日温差变形影响及安全考虑下,主拱不接触拱架即可。2)竖转过程中,监控组、测量组要随时跟踪采集数据,开始提升时的前1个～3个行程,要连续观测,掌握钢管拱纵横向轴线情况及左右侧的标高情况。3)拱面预留高度,最后一级竖转将到位时即可停止,预留不小于300 mm高度(低于设计标高)以便合龙标高调整。4)拱顶合龙选择一天最低气温时间,具体时间应提前进行连续48 h温度场监测来确定。

5 结语

小榄水道特大桥主跨(100+200+100)V钢管拱组合桥,钢管拱拱肋采用卧拼支架和缆索吊进行节段吊装施工,利用同步液压系统和竖转塔进行竖向转体到位,进行合龙,成功的解决了大跨度V构—钢管拱组合连续梁钢管拱施工的技术问题,保证了拱顶合龙口和拱脚接口偏差在设计规范允许范围之内,为类似先梁后拱及大跨度钢管拱实现大角度、大吨位、大跨度竖向转体施工提供了经验借鉴,同时也为类似结构的铁路客运专线提供了经验参考。

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