念家香
浮拖滑移技术在寒山大桥主桥施工中的应用
念家香
(中铁一局集团厦门工程建设有限公司,厦门361004)
摘要苏州寒山大桥主桥创新性地利用拱梁临时组合体系进行主桥结构浮拖滑移施工,并取得成功。本文介绍浮拖滑移的施工方案,可为同类型桥梁结构的跨河道施工提供借鉴。
关键词系杆拱桥拱梁临时组合浮拖滑移
寒山大桥主桥为单肋下承式系杆拱桥,单跨布置,跨径为100m,桥宽为20.5m。钢管拱拱肋采用圆端形钢管结构,在上、下表面以钢板连接形成,横向分成三个仓,主拱圈钢管材质为Q345qC,拱肋钢板厚度为22mm,拱肋截面高1.6m,宽2.5m,长89.103m,总重约为203t。拱肋轴线采用抛物线,矢跨比为1/5,矢高为20m。主梁采用钢-混凝土结合梁,由钢结构和混凝土桥面板组成,其中钢梁总长为78.5m,总重约572t,吊杆标准间距为5m,吊杆为钢丝成品索,系杆索为环氧喷涂无粘结钢绞线成品索,拱梁节点采用混凝土结构。
纵向结构体系为简支,顺桥向约束情况为:一侧墩顶设置固定支座,另一侧墩顶设置活动支座,横桥向约束情况为:横桥向三个墩柱,中间墩柱为固定支座,两侧为滑动支座。见图1。
图1 寒山大桥上部结构总体布置图 (单位:m)
下承式钢管拱肋钢箱梁拱桥的施工主要有两种思路,即“先拱后梁”和“先梁后拱”的选择,拱刚梁柔则可采用先拱后梁的方案进行施工,梁刚拱柔则可采用先梁后拱方案进行施工。而寒山大桥主桥的钢箱梁及钢管拱肋刚性均较大,且由于寒山桥横跨京杭运河,无法占用河道施工,综合考虑寒山大桥周边的施工环境,经过认真比选,选择拱梁临时组合结构浮拖滑移就位施工。
2.1拱梁临时组合体系浮拖滑移施工优点
(1)大胆创新的提出拱梁临时组合结构,由单一的梁受自重下挠,转化为梁自重由临时吊杆受拉后传递到钢管拱,拱受压后对拱座产生推力,最后达到钢梁整体受拉的理想形态。拱梁临时组合结构跨中挠度为1.2cm,端头翘曲只有2mm,解决了运梁过河后的梁体焊接问题,保证了桥梁结构的线形。
(2)利用浮拖滑移技术,解决了“先梁后拱”或者“先拱后梁”施工需要频繁吊装占用河道的的难题,利用浮拖滑移技术,同时也解决了高压线对吊装的制约问题。在引桥位置进行拼装和整体焊接,使桥梁的结构线形及焊接质量得到保证.同样高效率的定位和焊接也使得施工工期缩短。
2.2整桥施工工序
(1)前期施工准备
在引桥位置搭设梁体安装胎架、钢箱梁大节段的划分,钢箱梁的定位及焊接,主墩墩顶混凝土主梁、钢混结合段、及拱脚钢管拱预埋段、滑移浮拖系统的准备等。
(2)中间段拱梁组合结构拼装
利用4根临时拉杆将中间段钢箱梁与中间段钢管拱组成临时拱梁组合结构(其中中间段钢梁长68.5m,其总重约为500t,中间段拱肋弦长57.078m,重134.4t)在纵移轨道上拼装。
(3)拱梁临时组合结构浮拖滑移
利用运梁平车运送该临时组合结构纵向过河,至河道内的钢梁支撑在搭有桁架结构的运输船上进行浮运,纵向浮运到位后,施工西岸主墩顶混凝土主梁及钢混结合段,完成后吊装合拢段至设计位置,进行焊接合拢。
(4)钢管拱门架提升就位后整桥焊接合拢
待钢梁合拢后,解除拱梁组合结构,并搭设中间大节段提升门吊,然后利用钢梁上拼装的门吊提升中间大节段拱肋至支架上,与两侧节段拼装就位,调整拱肋整体线形满足设计要求后,进行整拱的焊接合拢。
3.1纵移施工步骤
寒山大桥主桥结构纵移施工分六个步骤进行,具体如下:
步骤1:68.5m大节段钢梁拼装完成后,采用4台250t千斤顶顶升钢梁,使钢梁脱离钢支墩,并拆除钢支墩。见图2。
步骤2:移梁平车移动至梁底就位,利用千斤顶将钢梁落在移梁平车上。见图3。
步骤3:启动运梁平车运送钢梁向河道方向移动,直至前支点移至轨道终点位置时停止。将600t运输驳船移至钢梁底部等待前支点转换。见图4。
步骤4:将驳船水抽出,使得驳船上浮支撑起钢梁,使钢梁前支点转换至驳船上。驳船及钢梁锚绳就位后,利用后点平车运送钢梁横渡运河,前点采用卷扬机辅助拖拉。见图5。
图2 步骤1
图3 步骤2
图4 步骤3
图5 步骤4
步骤5:钢梁被纵移至东岸后,对运输船进行注水加载,使前支点下落至东岸移动轨道上,撤出运输船。见图6。
步骤6:继续纵向移动钢梁至设计位置,精确调整就位。然后施工西侧主墩混凝土梁及钢混结合段。吊装两侧合拢段单元到设计位置,然后进行与纵移段之间环缝的焊接施工。见图7。
3.2拖拉浮运就位施工技术措施
(1)钢梁浮运时采用前点辅助拖拉,拖拉设备采用10t慢速卷扬机,放置于东岸主墩(南桥HS10墩、北桥HN9墩)现浇梁位置,前点拖拉点设置在运输驳船上。
(2)在运输驳船两端及钢梁端部两侧设置八字缆风绳,以保证驳船运输时前点位置偏移过大,缆风绳锚固在东侧岸边地锚上。拖拉浮运措施见图8。
3.3钢管拱的提升安装
(1)拱圈分段在厂内加工制作、预拼、解体后将拱段运输至桥址后,先采用一台200t履带吊将钢管节段吊装至钢梁的拼装支架上,完成中间大节段钢管拱的拼装,并随钢梁一起拖拉过河,详见图9。
图6 步骤5
图7 步骤6
图8 钢梁浮运缆风绳布置示意图
(2)待钢梁合拢后,采用一台200t履带吊将两侧拱肋节段吊装至拱脚位置的拼装支墩上,现场将两侧节段与拱脚预埋段临时连成成整体,然后将钢梁上的中间大节段拱肋提升到支架上,与两侧节段拼装,焊接合拢,形成整体,详见图10。
(1)寒山大桥在安装质量要求高,难度大,工期紧的艰难条件下成功施工,充分证明浮拖滑移方案的正确性和科学性。
(2)根据京杭运河航道封航时间不能超过4个小时的规定,以及现有地形条件限制的要求,采用浮吊施工不能满足施工要求,而利用浮拖滑移技术,南北寒山大桥在两次浮运过程中使用时间均不超过3个小时,间接为航运交通创造了不小的经济效益。
(3)成桥后的寒山大桥线形及应力与设计存在较大的吻合,这说明临时拱梁组合结构在桥梁施工控制过程中起到重要作用,也表明了该方案是正确可行的,能够应用于同类型的桥梁施工。
图9 钢管拱提升立面图
图10 钢管拱提升横桥向示意图