中承式提篮拱桥钢拱肋安装施工技术

2022-09-11

0 引言

钢拱桥施工过程中, 钢结构的吊装为工程的施工重点。选择合理的吊装设备及工艺将影响整个工程的施工进度及质量, 同时对施工过程中安全管理工作也产生较大影响。

金汇港桥主跨105m, 一跨跨越河道, 为特大桥。桥梁钢构件有长度大、重量大等特点, 施工前需结合吊装设备起重能力、现场场地等情况合理进行钢结构的分段, 保证整个工程能够顺利实施。

1 工程概况

金汇港主桥采用30m+105m+30m中承式双飞燕提篮拱桥, 现有金汇港河道宽度约为80m。主桥上部结构由拱肋、风撑、钢横梁及钢纵梁、吊杆、系杆、预制桥面板及整体化桥面系组成。

主拱拱轴线采用二次抛物线, 主拱矢高3 0 m, 矢跨比f/L=1/3.5, 主拱向内侧倾斜8°, 桥面以上主拱采用2片1800mmx2800mm的钢箱截面 (Q345q D) , 桥面以下主拱及拱座采用1800mmx2800mm的砼箱形截面 (C50) ;边拱拱轴线采用二次抛物线, 矢高6m, 矢跨比f/L=1/5, 边拱向内侧倾斜8°, 采用1800mmx2000mm砼 (C50) 实心矩形截面。主梁采用钢-砼叠合梁, 边跨梁高1950mm, 主跨梁高1750mm, 桥面板采用300mm厚 (中部250mm, 端部300mm) 的钢筋砼预制板。主拱与主梁之间采用吊杆连接, 吊杆间距为6m, 共设13对吊杆, 两片拱肋之间在跨中布置S形横撑。两边拱端部设置水平系杆拉索 (系杆线形与桥梁纵断面平行) , 以平衡拱桥的推力。

2 钢结构吊装方案

2.1 分段方案及设备选型

金汇港主桥拱肋、风撑、横梁、纵梁、边跨主梁均为钢结构, 分段前根据图纸要求先进行钢结构加工方案设计, 并经过设计确认。由于本工程采用陆上运输, 按照构件最大宽度不超过6m的原则进行分段。

NG1~4、SG1~4为主拱肋分段, FC1~FC2为风撑分段, Q1~Q9为主桥桥面梁分段, W1~5为西侧边跨结合梁分段, E1~5为东侧边跨结合梁分段 (见图1) , 具体分段参数详见表1。

选择采用2台400t履带吊, 在主臂超起工况下, 在金汇港两岸同时吊装, 直至主跨合龙, 所有钢结构分段构件均采用单机吊装。

2.2 吊装工况流程

准备工作 (河中钢管桩打入及临时支墩安装) →W3、E3吊装→W2、E2吊装→NG1、NG4吊装→NG2与NG3 (合龙段) 吊装→W4、E4吊装→W5、E5吊装→SG1、SG4吊装→SG2与SG3 (合龙段) 吊装→W1、E1吊装→FC1与FC2吊装→临时水平系杆拉索张拉→拆除临时支墩及钢管桩→从两边向中间依次吊装中横梁及连系次梁→主桥安装完成。

2.3 各类钢结构吊装工艺

吊装实施前将每道工序工况进行了起重能力计算, 特别对已安装完成的构件进行了空间位置关系的分析与对比, 保证钢结构吊装能够连续作业。

1) 临时支墩基础施工

在钢拱肋安装前需要在河道中打入4组钢管桩作为临时支墩基础, 打入机具采用荷兰ICE免共振液压锤, 利用400t履带吊在河岸边直接打入, 吊机最大工作半径为56m, 额定起重量为74.5t, 吊装重量为12.57t, 可以满足施工要求。

2) 钢-混结合段吊装

钢-混结合段为主桥钢拱肋吊装施工的基准点, 安装精度必须能够满足规范及施工要求, 该钢构件重量为15t, 底部采用钢管定型支撑 (见图2) , 同时拱肋为内倾8°, 为保证安装时的稳定性, 在定型支架上方采用组合方钢进行加固处理 (见图3) 。

3) 钢拱肋吊装

单片拱肋制作时共分为4段, 其中合龙段运至现场进行焊接拼装后, 利用岸上400t履带吊单机进行吊装 (见图4) 。

4) 风撑吊装

FC1、FC2风撑段采用工厂整段制作, 出厂前在工厂内对吊点实体模演后确定。由于构件超宽, 需分成两段运输, 运至现场拼装后整体吊装。由于钢拱肋为内倾8°, 在风撑起吊前, 需在临时支墩处先设置横向临时横撑, 将两片钢拱肋临时连接牢固, 避免吊装风撑时对钢拱肋产生向内较大的拉力。风撑焊接牢固后再将临时横撑拆除。

5) 临时系杆拉索安装

在钢拱肋及风撑全部安装完毕后, 整个拱桥体系会产生一部分的水平推力, 为此将在钢拱肋体外设置了4道临时水平系杆拉索。由于本阶段桥面系未形成, 需解决临时系杆拉索过河的问题。利用已完成的钢拱肋布置若干道垂直向的钢丝绳, 水平向设置一道过河钢丝绳, 两者通过卸扣连接牢固, 在水平向钢丝绳上固定好吊环, 在吊环内通过卷扬机将临时系杆拉索牵引过河 (见图5) 。

6) 钢箱横梁吊装

提篮拱桥结构设计较为轻盈, 设计意图为“先拱后梁”的施工顺序, 该施工方法将大大增加施工难度。已经安装完成的风撑、吊杆均会影响横梁在吊装过程中的空间位置, 因此需考虑采取换钩的措施来进行安装, 具体步骤如下所示。

步骤1:将Q5钢横梁吊至图示 (见图6) , 单机吊装吊钩位置在拱肋边附近, 钢横梁一斜搁置在相邻Q4横梁上, 并且稳固。

步骤2:另一台吊车在横梁另一端进行抛牢, 并且稳固, 吊装吊车松钩, 在横梁另一端准备进行抬吊吊装 (见图7) 。

步骤3:利用两台吊机在钢横梁两端的吊点进行双机抬吊将钢横梁安装到位 (见图8) 。

相邻横梁安装后, 立即安装两横梁间的纵梁, 采用拉结码板和手拉葫芦进行拼接, 最终桥面钢结构形成整体 (见图9) 。焊接顺序:先焊两钢梁间横梁腹板的连接焊缝, 次焊连接构件的上下翼板连接焊缝, 对接焊缝应两个焊工对称同方向同速进行焊接。现场安装焊缝的焊接, 纵向焊缝从跨中向两端对称施焊, 以减少焊接变形和焊缝约束应力。

3 稳定性分析

1) 地基处理

履带吊按本方案中的配重、臂长配置时, 自重按450吨计算, 超起配重按260吨计算, 故总最大自重为710吨。经计算, 履带吊超起吊装工况下, 考虑单侧履带受力的情况下对地基承载力要求最高, 要求达到25.4t/m2的地基承载力。通过在履带吊底部增设专用路基箱板 (见图10) , 降低对地基承载力的要求, 实际换算结果所需地耐力为8.03t/m2。

2) 对河岸边稳定性分析

履带吊吊装位于金汇港河岸两边, 吊机距离岸边最近约为11m, 需计算路基箱板压力对岸边的附加应力, 选取了岸边0.5m、1.5m、4.5m、7.5m深处计算对老驳岸的附加应力值。履带吊路基箱的压力对11米远处的挡墙7.5m深处附加压力为1.27k Pa, 附加应力较小, 且此时挡墙已经入河底土层, 因此驳岸较为安全。

4 结语

本桥梁施工过程中采用了专用路基箱板, 解决了采用大型履带吊对施工现场地耐力的要求。

河道中临时钢管桩施工结合了本工程的履带吊设备, 并采用了荷兰ICE免共振液压锤施工, 在地面进行打桩施工, 提高了施工效率, 减少了对河道通航的影响。

选用浮吊进行吊装, 往往会受河道上下游现有桥梁净空高度的限制, 金汇港能够进入施工现场的最大浮吊仅为300t, 只能解决主跨钢结构吊装, 边跨钢梁仍需采用大型地面起吊设备。主桥边跨钢梁最重达到114t, 选择大型履带吊不但解决了河道中主跨桥梁钢结构吊装要求, 同时也解决了边跨钢梁的吊装要求。

摘要：上海奉贤金汇港桥主桥为中承式提篮拱桥, 主桥拱肋为砼边拱肋与钢箱主拱肋两种形式组成, 其中钢-混结合段预埋件需与砼边拱肋一同施工, 因此施工时钢结构预埋段的定位直接影响了后续钢拱肋安装的精度。同时为了减少对航道的影响, 主桥钢结构均考虑采用两台400T履带吊分别位于河道两岸进行单机吊装, 施工前结合现场实际情况对机械行走及吊装部位进行合理布置, 通过计算得出最不利工况下吊机所需的最大地基承载力, 提前进行地基处理, 确保吊机在吊装过程中不发生地基失稳的情况。研究成果可对同类工程提供一定的参考。

关键词：中承式提篮拱,钢-混结合段,钢拱肋,安装,地基承载力