浅谈系杆拱拱肋安装工法

檀建武

(湖南永蓝高速公路有限公司,湖南永州 425000)

对于大跨径提篮式钢管混凝土系杆拱桥,有“先梁后拱”和“先拱后梁”两种施工方法。“先梁后拱”法采用传统支架法先施工系梁,待系梁完成后在系梁上拼装拱肋,这种方法工艺简单,施工安全快捷;但是当主跨区受到限制需要跨越河道或者公路时,支架法施工系梁显然无法完成,这时必须采用“先拱后梁”法施工。由于“先拱后梁”法在国内施工并不多见,因此有必要对这种工艺进行探讨,本文对江苏青阳港系杆拱拱肋安装案例进行简要分析。

1 工程概况

青阳港提篮式钢管混凝土系杆拱桥,计算跨长96 m,矢跨比为1/5,拱肋平面内矢高为19.2 m,拱肋采用悬链线线型,拱肋横截面采用哑铃型钢管混凝土截面,截面高度为3m,沿程等高布置。单片拱肋每延米重量1 128.36 kg,拱圈钢结构总重量为346.46 t,拱肋内混凝土约430.2m3,拱圈总重量为1 378.96 t。经过对施工环境的多次考察及与航道、海事部门多次交涉并与设计单位的多次沟通后,确定采用“先拱后梁”法进行施工。

经过多次论证,最终确定了“大节段整体垂直提升法”安装拱肋。见图1。

2 “大节段整体垂直提升法”施工方案

两个主墩之间(塔架中心距墩身中心距离为17.42m)设置钢管桁架结构的提升塔,提升塔采用4根φ610×8mm钢管桩,钢管桩间横联采用16 a槽钢;塔背设2根平衡索(φ28钢丝绳),塔顶设提升平台,上设10 t卷扬机和滑车作为提升系统,钢丝绳采用5(定)6(动)走12线滑车组进行走线。

拱肋进场后,利用岸边搭设的临时码头和拼装支架进行拱肋中段(双肋)的拼装,然后将拱肋浮运至桥位,利用提升系统将拱肋中段整体提升到位,最后合龙。

图1 大节段垂直提升法拱肋吊装

3 拱肋拼装及提升

3.1 钢管拱边段拼装

3.1.1 拱肋节段划分

本桥钢管拱肋为哑铃型断面,单个拱圈划分为3个节段(不含两个拱脚预埋段),拱肋中段设置在拱顶部,长约61m,重约214 t(含横撑)。钢拱肋节段划分见图2。

3.1.2 拱肋边段拼装支架(提升塔)搭设

拱肋边段拼装直接利用提升塔搭设拼装平台,进行边段拱肋的拼装。提升塔主要采用φ800×8螺旋钢管桩,拱肋支架钢管布置在节段分段线位置两侧,每排4根,即每段拱肋重量均由4根钢管桩来承受,单片拱肋提升重量由8根钢管桩承受。每个拱肋节段分段线位置的4根钢管桩之间用φ245×6的钢管及14型钢作为平联和剪刀撑连接成空间桁架结构,边段拼装平台处先设置2 32承重横梁。拱肋拼装支架布置见图3。

图2 拱肋节段划分示意图(单位:cm)

图3 拱肋拼装支架布置示意图

提升反力架设置在拱顶,采用型钢和钢管焊接而成。由于支架结构较复杂,采用空间有限元程序,按照反力架的实际设计结构和边界条件建立支架的空间仿真模型进行计算。

3.1.3 拱肋节段安装、调整

1)拱肋节段吊装。拱肋节段由专业钢结构厂家制作,并通过水运至桥位处,然后由吊车安装,每个拱肋节段预先在厂内焊接2个吊耳,以方便现场采用钢丝绳吊索吊装。

2)拱肋节段位置调整。根据图纸给出的拱轴线和拼装预拱度,计算拱肋在支架拼装状态下顶面各控制点理论坐标值,包括楔形钢支承块的特征点坐标值。在起吊系统不受力状态下,通测拱肋顶面前后2个控制点坐标并测量控制断面的垂直度,根据实测垂直度和标高,与理论值比较计算出调整值后,将拱肋略微提起,依据调整值通过手动千斤顶及在支承块上加垫薄钢板调整拱肋轴线。再次通测拱肋顶面各控制点坐标和控制断面的垂直度,如此反复调整直至达到设计精度,之后在支承块上焊接侧面限位挡块临时固定(预留5mm间隙)。

3.2 拱肋中段拼装、浮运、提升

3.2.1 拱肋中段拼装

中段拱肋长度约61m,厂内制作时分成3段。单元构件在工厂内按预定检验项目,在厂内先平面预拼,检查线型合格后,焊接拱肋腹板,联接临时法兰角钢,再立体试拼,试装横撑,检验合格后即可进行表面防护和涂装,并准备吊装运往工地。

拱肋进场后,两艘并排相靠的驳船驶入预先搭好的拼装栈桥下面,再进行中段拱肋的拼装。拼装方法和控制标准与边段拱肋的拼装相同。

3.2.2 拱肋中段浮运、就位

拱肋中段拼装完成并验收合格后,收集及分析历年气候及近期天气情况,确定提升日期,同时与航道、海事部门联系封航事宜。拱肋浮运及就位安排在上午,拱肋提升安排在下午,考虑1 d内完成。

移位时,先将拖轮与驳船连接,缓慢将驳船拖至提升塔前,对准临时通航孔,将锚绳布置在另一侧防撞装置上,均匀、平稳地收紧锚绳,将驳船缓慢地驶入提升塔之间,将下游侧锚绳安装,调整驳船中心至桥轴线竖直投影重合,完成驳船布锚就位。

3.2.3 拱肋中段提升方案

提升系统安装完成后,按照每个点64 t的起吊能力进行试吊,试吊主要对卷扬机的起吊能力、点动和刹车性能,提升系统其他构件包括滑车组、转向滑车的运转情况,提升塔的受力性能进行测试,确保提升一次成功。

搭载拱肋中段的驳船就位后,连接提升索与拱肋吊点,先试吊起20～30 cm,检查人员对提升架、横梁、反力架、提升系统、塔顶位移等进行重点检查。提升过程要匀速、对称。竖向提升到位后,用手拉葫芦进行拱肋纵向调整对位,同时对拱肋标高和轴线进行反复调整,调整到位后即可用码板将中段拱肋一端焊接固定,另一端仍由提升系统提着,吊车就位安装合龙段,合龙段一端可与拱肋先行固定,另一端则必须在合适的温度下进行合龙。见图4。

合龙段长度初步考虑为1.5m,为了使合龙(体系转换)迅速完成,同时为了减少合龙的工作量,提高线型精度,合龙段以先钢管后腹板的顺序进行安装,即合龙时先安装钢管,合龙后再焊接腹板,最终完成拱肋的安装。见图5。

图4 中段拱肋垂直提升

图5 拱肋合龙段安装(先钢管后腹板)

4 结束语

青阳港系杆拱从水中拱肋支架搭设到拼装,直至最后安装完成仅用了35 d的时间,拱肋安装误差为7 mm,达到了1 cm的规范要求,为同形式同工法施工树立了良好的典范。

[1]TJG B 01 2003,公路工程技术标准[S].

[2]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]钟圣斌,王国鼎.桥梁计算示例集—拱桥(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4]王慧东.桥梁墩台与基础工程[M].北京:中国铁道出版社,2005.