悬索桥浅滩区钢箱梁无支架吊装施工技术

牟 芸,刘红胜,胡振伟,何贝贝

(1.保利长大工程有限公司,广州 510000;2.武昌首义学院城市建设学院,武汉 430064)

1 工程概况

西江特大桥位于广东省清云高速公路上,主桥为北边跨202 m+主跨738 m的双塔双跨吊悬索桥。北边跨共14片钢箱梁,其中B1～B5梁段位于西江浅滩区,如图1所示。

由于B1～B5位于浅滩区,传统运梁船舶无法直接运抵梁段下方。若采用常规搭设支架移运和存放梁段[1],由于B1～B5钢箱梁梁面高,离河床面高65 m,支架工程量巨大;若采用疏浚河道的方案,需要完成清淤2万m2,清淤量达10万m3,且存在回淤现象。无论是采用支架法还是河道清淤疏浚的施工方案,工程量大,安全风险大,施工进度慢[2,3]。

为解决B1～B5钢箱梁段的施工吊装问题,参考类似工程无支架吊装施工的方案[4-6],最终拟定了北边跨浅滩区B1～B5钢箱梁段无支架吊装施工方案。

2 钢箱梁无支架吊装施工技术简介

箱梁段无支架吊装施工方案适用于悬索桥浅滩区钢箱梁吊装的施工,采用常规周转材料和设备,可操作性强、安全可靠、施工进度快,其主要特点为:

1)适用于无水区、浅滩区梁段的吊装,综合利用缆载吊机吊装常规梁段施工技术、荡移施工技术和移运大型重型梁段技术。

2)针对无永久吊索梁段,提出临时吊索临时固定方案,投入少,适用性强。临时吊索长度可调节,使得在后续梁段吊装过程中,可以较好地适应不断变化的桥梁线型。

3)避免高大承重支架的施工,减小高空作业风险,节约了工期和成本。

主要工艺原理为:1)在浅滩区搭设一个运梁栈桥,兼作运梁船靠泊的临时码头。运梁船运送梁段靠泊码头后,缆载吊机行走至码头位置,将荡移系统与梁段连接,荡移梁段至运梁平车上,运梁平车运输梁段至设计位置下方;缆载吊机行走至吊装位置,提升梁段至设计位置。对于B1梁段,由于梁端已经伸入过渡墩横梁内,需进行再次荡移至设计位置。2)梁段吊装就位后,与永久吊索连接。由于B1梁段无永久吊索,需设置两组临时吊索,将梁段临时固定在主缆下方。3)采用逐片吊装的方式进行,即完成一片梁的卸船、移运、吊装与固定后,再进行下一片梁段的吊装作业。

3 钢箱梁无支架吊装施工流程

3.1 施工准备

3.1.1 运梁栈桥搭设

放样出各排钢管桩桩位,利用振动锤插打钢管桩至设计深度,抄平钢管顶面,安装横梁,安装桩顶枕梁、承重贝雷梁、I25a工字钢。铺设双拼I25a作为轨道垫梁,安装运梁平车行走轨道。吊装运梁平车至轨道上,通电调试上下游两台运梁车的同步性。运梁栈桥的布置图如图2所示。

3.1.2 荡移系统安装

卸船荡移系统安装在运梁栈桥上,卷扬机焊接固定在I25a工字钢上,定滑车通过千斤绳固定在运梁栈桥上,卷扬机排绳将动、定滑车穿绳连接。动滑车通过千斤绳与待荡移梁段连接。

B1梁段吊装需要进行二次荡移。二次荡移分两阶段进行:先往主墩侧荡移1.73 m、再往过渡墩侧荡移1.3 m,需分别在过渡墩与主墩上设置荡移系统,布置要求同运梁栈桥。

3.1.3 临时索夹及吊索安装

边跨处无起重设备,采用人工配合卷扬机安装临时索夹和临时吊索,如图3所示,抱紧主缆,设置千斤绳与相邻永久索夹连接,防止受力后下滑。临时索夹主体与主缆之间需垫5 mm黑胶皮保护主缆,与相邻的永久索夹用4根φ24钢丝绳(索夹千斤绳)连接。千斤绳两端插绳套,对折使用,其与永久索夹紧固螺栓和临时索夹耳板之间均采用10 t卡环连接。千斤绳长度在临时索夹安装完毕后实测量取。

3.2 缆载吊机拼装与行走

3.2.1 拼装工艺流程

安装承重机构→安装起重卷扬机及储绳筒→安装转向导向滑轮→穿起重钢丝绳→安装吊具→安装牵引系统→其余附属构件安装。

3.2.2 试吊与验收

缆载吊机内部验收完成后进行移机作业,移机就位后,进行试吊,如图4所示。

试吊采用分级加载的方式进行,先进行空载运行,然后按照额定荷载、110%动荷载运行,试吊物体采用钢箱梁和成捆钢筋,每次加载静置10 min后,观测主缆的跨度变化,测量主梁的变形值。

3.2.3 缆载吊机行走

缆载吊机采用“跨步”方式在主缆上行走。在塔顶沿纵向各备一台牵引能力8 t的慢速卷扬系统,作为吊机沿主缆向上行走的动力和向下行走的限制装置,通过滑轮组、导向滑轮和固定于索夹的钢丝绳托辊,连接于卷扬机,另一端锚固在行走系统上。

安装完成后,进行缆载吊机行走测试,测试吊机两侧同步行走的协调性以及行走过程主缆索夹的可操作性。在吊机移动前,组织好移机前检查验收工作,并组织好人员定人定岗工作。移机时,收紧卷扬机,解开、收起吊机夹紧和抗剪装置,直至完全悬空,逐渐将吊机荷载转换至行走轮上,操作吊机沿主缆行走一个循环行走,重新落下夹紧装置及抗剪装置至主缆上。

3.3 钢箱梁吊装

3.3.1 无吊索链段吊装施工

无吊索梁段(B1梁段)吊装施工步骤:沿滩涂区搭设运梁栈桥(图5)→运梁船泊位在栈桥旁→缆载吊机吊具下放和钢箱梁对接(图6)→缆载吊机提升梁段(图7)→将梁段纵拉荡移至运梁车上→缆载吊机纵移至临时索夹,运梁车运输钢箱梁至15#过渡墩处→下放吊具与钢箱梁连接→钢箱梁提升到过渡墩盖梁下方→往大桩号方向荡移1.73 m(图8)→继续提升至略高于盖梁顶面标高→放松荡移系统,钢箱梁往回荡移1.73 m→往小桩号方向荡移,滑车组与钢箱梁连接→继续提升梁段略高于设计标高→往小桩号荡移1.3 m→钢箱梁到位下放→与临时吊索连接,解除吊具与钢箱梁连接(图9)。全桥合龙后,经线形调整,B1梁段与过渡墩支座及B2梁段连接后,再拆除临时吊索,完成梁段安装。

3.3.2 有吊索梁段吊装施工

有吊索梁段(B2～B5梁段)的施工步骤:沿滩涂区搭设运梁栈桥→运梁船泊位在栈桥旁→缆载吊机吊具下放和钢箱梁对接→缆载吊机提升→纵拉荡移至运梁车上,下放至运梁车上→缆载吊机纵移,运梁车运输梁段至缆载吊机下方→下放吊具与钢箱梁连接→钢箱梁提升到设计标高附近→与永久吊索连接,与小桩号梁段临时匹配连接→解除吊具与钢箱梁连接,移机进行下一梁段吊装。

4 质量保证措施

在施工开始前,由项目总工主持召开由各级技术人员以及各相关专业队、工班组操作人员参加的技术交底会议,并下发技术交底文件及技术交底相关资料,并对施工中的重点、难点及关键工序做特别的交底。建立以项目经理为工程质量第一责任人的工程质量管理机构和以项目总工、副总工负责的工程技术、质检、测量三位一体的质量保证体系,严格执行施工过程中的质量控制;同时为质检、测量监控体系配备责任心强、技术水平高的技术人员,从人员素质上确保工程质量。此外,还应采取以下措施进行质量控制。

1)根据设计及规范给定的各种误差范围值(如表1所示),严格进行操作,确保每一步操作均符合设计要求。

表1 钢箱梁安装实测项目

2)根据具体的施工进度,提前确定桥位所在水域封航、局部封航、水上航道管制的范围和时间,确保运梁驳船及时顺利准确的就位。

3)准确测量近塔处浅水区范围的水位情况,提前掌握桥位水域涨退潮的变化规律,以确定钢箱梁合适的吊装时间。

4)协助钢箱梁运输船只进行水中驳船定位,确保其定位精度满足吊装要求。

5)在钢箱梁吊装施工前,对缆载吊机进行全面的调试,确保其整个系统正常运行。

6)加强操作人员的培训,使其完全熟悉钢箱梁吊装的各个工序,并熟练掌握缆载吊机起吊系统、行走系统的操作。

5 效益分析

在浅滩区采用无支架吊装技术施工钢箱梁:1)从经济效益的角度:该项技术利用运梁栈桥、临时吊索、荡移等措施,与常规高大支架方案相比,极大地减小了支架搭设与拆除工程量,节约工期2个月,减少人工1 200工日,减小周转材料使用量800 t,节约直接成本240万元;与采用疏浚河道的方案相比,避免了大方量的河道清淤,节约直接成本300万元。2)从社会效益的角度:该项技术克服了无水或浅滩区吊装高度高、质量大以及悬索桥主梁吊装期间主缆线形变化大等难题,方法简单、施工快捷,且节约了大量工程材料,加快了工程进度,对河道、航道无影响,绿色环保,社会效益良好。

6 结 语

在西江特大桥项目建设中,北边跨的钢箱梁梁段采用无支架吊装施工技术,很好地解决了边跨浅滩区的钢箱梁吊装问题,投入少,安全可靠,施工进度快,确保了项目安全、顺利完成,其技术达到业内先进水平,为今后类似工程提供了经济、可靠、实用的技术参考。