连续钢混梁架设几种特殊工况的解决措施研究

孙洪亮

(中铁四局集团第五工程有限公司机械化分公司 江西九江 332000)

1 工程概况

贵州省都匀至安顺公路第31标段内共有五座大桥，多为桥隧相连施工工况。其中龙滩大桥和红岩箐大桥设计为钢—混工字组合梁构造，桥梁结构均由纵梁、横梁和小纵梁采用高强度螺栓连接为整体结构，钢梁上铺设混凝土预制盖板与钢梁上的焊接铆栓通过膨胀混凝土连接。龙滩大桥设计跨度为50 m，最大纵坡为3.8%，横坡为2%，平面曲线R＝2 400 m。全桥右线共3联:3×50 m＋4×50 m＋3×50 m；全桥左线共3联:3×50 m＋3×50 m＋3×50 m。红岩箐大桥右线共6联:4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋4×40 m ＋3×40 m ＋3×30 m；左线共6联:4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋4×40 m＋3×40 m＋3×40 m，最大纵坡3.9%，横坡为2%，平面最小曲线R＝4 600 m。盖梁长11.65 m，宽度最小1.7 m(红岩箐大桥连续墩)，组合梁垫梁石中心距5.1 m，工字梁中心距盖梁边缘为0.725 m。

2 桥梁施工中的特殊施工状况

都安T31标段钢混连续桥梁与简支结构桥梁相比，存在梁体伸出桥墩盖梁的情况，且悬臂端位置处的横梁和小纵梁构造使桥梁施工难度增加，主要体现在架桥机在盖梁上的站位处理、架梁施工工序和桥梁悬臂位置的拼接安全方面。除此之外还存在以下非常规施工状况:

(1)龙滩大桥与钢混梁拼装梁场之间有黄泥坡隧道与钢混桥梁，隧道内净空小同时线路呈“S”形，且左线隧道曲线与钢混梁曲线反向设置；桥梁上走行在预制桥面板上，对钢混梁运梁车的设计和使用要求高。隧道内和桥梁上运输断面见图1～图2。

图1 运输断面(单位：mm)

图2 钢混工字梁运输状态(单位：mm)

架梁施工顺序为:桥机通过右线隧道施工右线桥→架完右线退出右线隧道→架桥机通过左线隧道→施工左线桥。

(2)龙滩大桥与红岩箐大桥末孔桥梁为进隧道架梁工况，且桥台距隧道入口距离小，对架梁施工造成影响。

(3)红岩箐大桥中间连续支点位置盖梁宽度仅有1.7 m，受横联影响，架桥机前支腿支撑无法满足落梁空间要求。

(4)桥梁预制混凝土板无法实现跨度内全部安装，导致架桥机前中支点距离加大，施工难度增加。

3 架桥机结构确定与特殊施工工况解决措施

3.1 架桥机结构

在确定架桥机结构时主要考虑以下几点:(1)钢混工字组合梁整体宽度10.8 m，最大长度约56.07 m(伸出盖梁约6.1 m)；(2)架桥机需要通过隧道并在隧道出口和进口架梁；(3)连续桥梁盖梁位置以及悬臂伸出前端横联对施工工艺有影响；(4)能够适应30 m、40 m和50 m三种跨度以及不能整跨铺板施工[1－3]。

经过施工方案探讨论证后的DJ型单臂架桥机结构从功能上能够满足以上施工要求。利用该机施工具有以下特点:(1)柱体相对机臂可以进行水平旋转，便于通过隧道；(2)柱体与机臂相对位置方便调整便于变跨施工；(3)柱体升降功能方便坡桥架设；(4)具备铺板作业能力；(5)通过调整钢混梁悬臂横联由架前安装变为架后安装，优化了施工作业程序。该机首跨架梁作业现场见图3。

图3 DJ型钢混梁单臂架桥机首跨架设作业

3.2 几种特殊工况的施工措施

3.2.1 钢混工字梁运输通过隧道与桥梁

钢混梁主受力结构为三组2.2 m高的拼焊工字纵梁，工字钢梁之间设置102 mm高差形成2%的桥梁横坡。每间隔5 m左右设置一组横联，工字钢梁与横联形成井字形框架受力结构，同时钢混梁顶部横向铺装两组厚度250 mm预制混凝土桥面板做为运梁车走行通道，整体钢混组合梁运输时的支撑成为控制点。采取以下措施满足使用要求[4－6]。

(1)采用4台(两主两从)4轴线分体式轮胎运梁车进行模块化组合，同时满足整体工字钢混梁通过隧道时车体高度限制(工字梁底面距地面1 120 mm)和运梁车分载梁刚度与强度要求。

(2)运梁车分载梁设置三个接触面与工字钢混梁中心重合，中心接触面设置转动芯盘，两侧接触面设置聚四氟乙烯摩擦板。该结构满足通过隧道曲线走行梁体与运梁车灵活转动要求。

(3)为了保证两套独立驱动轮胎运梁车速度与动力匹配需要，运梁车采用液力变矩器装置，通过遥控器的一发双收实现走行与转向同步功能。

3.2.2 连续钢混梁施工工艺

(1)连续钢混梁施工工艺流程:①架桥机过孔；②运梁车运输工字整体钢梁到架桥机尾部；③工字整体钢梁架设；④铺设预制桥面板(一号柱后面几块无法铺设)；⑤架桥机过孔一号柱到前桥台；⑥铺设一号柱后面的桥面板，接口位置桥面板待与下孔工字整体钢梁对接后铺设；⑦架桥机过孔，架梁前完成桥面板与钢梁混凝土砂浆连结；⑧安装拼装挂篮平台；⑨架设下孔工字整体钢梁并完成对接；⑩拆除拼装挂篮平台，铺设桥面板，架桥机过孔架梁[7]。

(2)调整钢混梁悬臂位置横梁和小纵梁安装顺序，由架设前安装变为钢混梁安装就位后安装。一号柱柱体结构采用单肢双柱分离支撑，位于钢混梁三榀工字梁空档处，且采用大行程伸缩结构适应大坡道桥梁施工。在施工工艺上通过以上安装顺序调整，在架桥机过孔作业时一号柱体可以直接纵移过孔，避免了在桥台位置柱体换位高空作业施工步骤，简化了架桥机施工工艺，提高了施工效率和安全性。

(3)桥梁悬出盖梁进行钢梁对接属于高空危险状况，采用施工挂篮平台保证安全作业。该挂篮平台设置了双层作业面以方便使用电动扭矩扳手拧紧摩擦型高强螺栓，采用尾部与工字梁上盖板快速紧固定位机构，考虑了悬臂端横联安装以及工字钢混梁对接前后的安拆方便等问题。可利用行车扁担梁整体吊装安拆三组平台挂篮。挂篮施工平台见图4。

图4 工字钢混梁悬拼对接施工平台

(4)在钢混梁吊重扁担上增加了能够实现预制板吊装旋转及横移功能的机构。横移功能通过扁担上设置的齿轮齿条机构实现，考虑到机构拆装频繁因素，预制板的旋转通过人工完成，见图5。该机构在预制板铺设完成后可方便拆卸来实现吊梁作业转换。由于工字钢混梁的吊装扁担无法通过架桥机一号柱体，所以一号柱后面的几块板需要在架桥机过孔工序进行铺设[8－10]。

图5 铺设预制桥面板示意(单位：mm)

3.2.3 进出隧道口架梁施工

(1)运梁车驮运架桥机通过隧道并进行3 m距离架梁，二号柱通过旋转功能将柱体变窄使其满足通过隧道要求；将尾部隧道内的机臂高度降低实现吊梁高度空间。这两点保证了架桥机能够实现红岩箐大桥出隧道口3 m进行架梁施工。二号柱出隧道后由斜角旋转至垂直，再后退到桥台后就位支撑。考虑到原施组架设红岩箐大桥工字钢混梁运输需要通过三座隧道，同时龙滩大桥和红岩箐大桥之间还有一座7孔40 m预应力混凝土T梁的仡佬地大桥需要架设的实际情况，出于对施工工期和施工难度两个角度考虑，将架梁施组更改为在红岩箐大桥后方设置钢梁拼装场反向架梁的施组，提高了钢混梁施工进度，降低了施工难度。

(2)龙滩大桥和红岩箐大桥末孔桥梁均为进隧道口架梁作业，受隧道洞口影响，架桥机的臂架部分不能前伸导致架梁跨度增加，架桥机的引导段需要承受架梁荷载才能完成末孔架设。如图6所示，上图为红岩箐大桥末孔30 m过孔状态，下图为龙滩大桥50 m末孔架梁状态。经过计算，引导段结构的抗弯与抗剪强度满足规范要求。

图6 进隧道口末跨过孔与架梁作业工况(单位：mm)

3.2.4 连续梁中间跨1.7 m盖梁一号柱站位

采用与龙滩大桥末孔施工相同的处理措施，支点位置的横联放在钢梁落梁就位后，桥机完成过孔后安装。

3.2.5 桥面板无法实现跨度内全部安装解决措施

(1)按照正常施工程序，连续工字钢混梁的构造导致一号柱柱体后面的部分桥面板需要在过孔阶段进行，施工效率受到一定的影响。为了提高施工效率，将过孔过程中的铺板工序与下孔桥梁的预制板铺设合并到一个工序。作业状态计算简图见图7。

图7 40 m跨度桥梁调整后的架梁工况(单位：mm)

(2)由于架梁状态发生改变，需要对钢混工字组合梁自身的承载能力进行检算，计算包括(1)中架梁作业时二号柱集中荷载作用和桥梁自重均布载荷作用的组合。原始载荷数据见表1。

2)扩孔钻头切削齿磨损严重不均匀，其领眼段切削齿的切削能力几乎全部丧失，而扩孔段切削齿磨损较小，还具备较强的切削能力；

表1 原始载荷数据 t

图7中，Q1＝14.5＋133/2＝81 t；Q2＝25.8＋133/2 ＝92.3 t；m0＝4.6 t；m3＝9.6 ＋0.8 ＝10.4 t。根据力的平衡条件，可以计算出一号柱与二号柱支点反力分别为125.52 t和246.7 t。

桥梁考虑桥面板自重与钢梁自重，均布线荷载q＝8.68 t/m，跨度40 m，按连续梁计算，则自重荷载弯矩Mq:

Mq＝φqL2/8 ＝1.05 ×8.68 ×402/8 ＝1 822.8 t·m

架梁作业二号柱集中载荷产生的弯矩MP:

MP＝φ2Pab/L＝1.05×246.7×7×33/40＝1 496 t·m

跨中弯矩值:

MZ＝20 ×1 496/33 ＝906.7 t·m

钢桥跨中总弯矩:

M＝Mq＋MZ＝1 822.8＋906.7＝2 729.5 t·m

组合钢梁惯性矩Ia＝32 885 130 903.993 mm4；抗弯模量w＝3×I/920＝107 234 122 mm3，可得钢梁弯曲应力为:

40 m跨度工序调整后的组合钢梁强度经验算满足要求。

(3)红岩箐大桥最后一联为30 m跨度钢梁，且为进隧道口架梁工况。经研究桥梁结构，30 m架梁作业时将二号柱站位调整到距离后面盖梁前2.65 m位置，见图8。

图8 30 m跨连续桥梁末孔进隧道口架梁作业调整(单位：mm)

调整后的架梁工况主要验算架桥机主梁引导段最大弯曲应力。末孔梁重70 t，经计算机臂引导段最大弯曲应力值193 MPa，小于Q345B钢材许用应力值257 MPa；刚度指标为L/410，满足安全架梁要求。

4 桥梁施工安全及其它

(1)桥梁上部构造特点

T31标段钢主梁采用工厂分节段预制，节段间采用高强螺栓工地现场连接；桥面板为预制钢筋混凝土结构，后浇混凝土湿接缝。钢梁上翼缘两侧与桥面板之间设置聚丙乙烯垫条，抗压强度要求不低于0.5 MPa。工地垫条采用可靠措施固定在翼缘板和小纵梁边缘，保证在预制桥面板吊装及混凝土浇筑过程中，工地垫条不发生移动。在钢主梁上翼缘板、小纵梁上翼缘板及支点横隔板上翼缘板均布设剪力钉。每块桥面板预留4个方孔与剪力钉配合以提高钢混梁整体连接稳定性能[11－12]。

(2)桥面板构造对施工的影响

该桥梁的构造特点对施工造成以下几点影响:①在架好的桥面上运输钢梁时桥面板会不会被压裂；②运梁车在桥面上运梁过程中使得桥面板产生位移可能导致发生安全事故；③架梁施工过程中桥面板与钢梁的分离状态直接导致桥梁的钢结构部分应力增加。

(3)施工前及施工中的控制

为确保在施工中对钢混梁自身不构成破坏，在施工前结合施工荷载对不同跨度桥梁受力状态进行检算。经设计院检算及贵州省高速公路总监办专家评审，桥梁各项指标均满足安全施工要求，施工方案安全可行。

施工过程中为了提高施工效率，保证施工工期，在钢梁就位后即刻进行桥面板的铺设。利用夜间浇筑桥面板方孔与钢梁上的剪力钉组部分，混凝土强度达到施工强度后才允许过孔运梁作业，确保了桥梁施工安全。

5 结束语

都安T31标段龙滩大桥和红岩箐大桥已架梁结束，连续钢混工字组合梁与简支构造钢混桥梁比较而言有其特殊性，需针对具体工况结合设备自身特点，在确保施工安全的前提下制定出合理的桥梁架设施工工艺，提高了施工效率。希望本文能够为山区桥隧相连环境下钢混组合桥梁施工提供有价值的参考。