广州珠江黄埔大桥斜拉桥大吨位钢箱梁架设新技术

1 广州珠江黄埔大桥斜拉桥大吨位钢箱梁架设新技术 谢军 1 王勇1 梁颖晶1 廖云沼2 郑震2 1 广州珠江黄埔大桥建设有限公司 广东 广州 2 中铁大桥局集团第三工程有限公司 广东 广州 摘要 本文介绍了广州珠江黄埔大桥斜拉桥的工程概况 根据现场施工环境和 本项目建设特点 结合经济因素考虑 因地制宜地设计了大吨位钢箱梁的运输 及上岸 塔区梁段的架设 边跨及墩顶梁段的架设及临时锚固墩的设计与施工 等方案 为类似桥梁施工提供参考 关键词 珠江黄埔大桥 斜拉桥 钢箱梁 架设技术 1 工程概况 珠江黄埔大桥项目 又称广州东二环高速公路 是京珠国道主干线广州绕城公路东段 和珠江三角洲经济区环形高速公路东段线 珠江黄埔大桥北汊斜拉桥主跨 383m 跨径布置 为 383 197 63 62m 为独塔双索面钢箱梁斜拉桥 通航净高 55 米 建成通车时是国 内同类桥梁中的最大跨径 主塔 39 墩处于大濠洲岛防洪堤附近的边滩上 38 过渡墩在北 岸集通码头内 临时墩和 40 42 墩在大濠洲岛上 主桥桥式图如下 图 1 斜拉桥桥型布置 斜拉桥钢箱梁共分为 52 个节段 梁高 3 5m 宽 41 0m 标准节段梁长 16 0m 重 322t 起吊高度约 70m 钢箱梁横断面见下图 2 图 2 钢箱梁标准横断面 2 钢箱梁运输 2 12 1 钢箱梁上岸及运输钢箱梁上岸及运输 钢箱梁采用水上运输 上岸时采用两台运梁台车运输一片钢箱梁 从主塔系梁中心线 外延 30m 栈桥作为钢箱梁上岸码头 码头中心线与主塔顺桥向中心线一致 大濠洲岛上沿 桥轴线设置 16m 宽汽车运输道 并在主塔至 42 墩每两墩之间设置一个钢箱梁旋转转盘区 钢箱梁在运输船舶上的摆放位置 横断面方向与运输船舶长边方向平行 船头侧在码 头靠绑 运输船抛锚固定后 仓内注水使船体沉至河床 保证钢箱梁脱离船体后运输船不 浮起 码头与船体间搭设跳板 运梁汽车上船将钢箱梁运送上岸 此时钢箱梁朝向与安装 方向成 90 度角 使钢箱梁可通过主塔根部 上岸后 钢箱梁在转盘区旋转 90 度 旋转靠 运梁车实现 使钢箱梁朝向与安装方向一至 再将钢箱梁运输至起吊位置 主塔至 42 墩 每两墩之间的钢箱梁均由运梁汽车将钢箱梁运至该两墩之间的转盘区后才旋转 使钢箱梁 可以从桥墩之间通过 钢箱梁上岸及运输平面见下图 图 3 钢箱梁上岸及运输平面图 运输主跨其它节段钢箱梁 采用钢箱梁朝向与安装方向一至的方位泊船 并在吊装位 置抛锚固定船泊 直接从船上起吊钢箱梁 因斜拉桥主跨 38 过渡墩所处位置为北岸集通 码头内 由于受到河滩潮位及地形的限制 运梁船舶不能直接将 J21 J24 梁段运至设计起 3 吊位置 因此在 38 过渡墩附近修建了一栈桥 用于存放 J21 J24 梁段 栈桥从 38 过 渡墩中心线向外延伸 54 855m 栈桥桩基共采用 20 根钢管桩 平均桩长约为 24m 桩间设 连接系 桩顶布设横向分配梁 承重梁采用贝雷片 以上是 P43 钢轨 在 38 墩设有与栈 桥及千斤顶反力架相连的预埋件 利用桥面吊机按顺序将 4 片钢箱梁吊上栈桥 然后利用 千斤顶和钢绞线拖拉至吊装位 38 墩栈桥结构图如下 图 4 38 墩栈桥结构图 2 22 2 边跨钢箱梁运输道路边跨钢箱梁运输道路 边跨钢箱梁运输道路宽 16m 沿桥轴线布置 基础采用抛填碎石碾压加固 加固后的 承载力不小于 0 3MPa 上面铺设 C30 砼路面 转盘区基础和路面的处理方式同运输道路 并与运输道路水平 2 32 3 运输平板车运输平板车 每个节段钢箱梁采用 2 辆动力平板运输车运输 型号 DYC200 单台车辆额定载重量 200t 外轮廓尺寸 16 6 4m 8 轴 64 轮 自重 52t 满载车速 12Km h 满载爬坡能力 6 转向模式 直行 斜行 横行 中心回转 八字转向 可以满足钢箱梁运输及转向的 工况 3 钢箱梁架设 对于不对称结构斜拉桥的钢箱梁的吊装 非对称段钢箱梁完成在支架部分的拼装后再 和主桥合拢 或者采用顶推方式 需要采用大型的吊装设备和大量高墩钢支架 本项目原 设计即为此类施工方法 需要搭设长 120m 宽约 30m 高约 60m 高的大型钢管支架 费用 昂贵 钢箱梁斜拉桥塔区梁段起吊一般采用大型浮吊直接吊装就位 吊装所需场地大 费用 4 高 本桥地处珠江辅航道 桥址处为繁忙的大型船舶修理基地 同时主塔位于浅滩 难以 满足大型吊装设备吊装需要 考虑技术经济等原因 需研究新的塔区 0 1 块吊装方法 若能利用桥面吊机 实现塔区 0 1 块钢箱梁的吊装问题 则技术 经济效益显著 3 13 1 塔区梁段架设塔区梁段架设 在横梁前端布置托架 2 后端布置托架 1 3 托架 1 上布置立柱 横梁上端的两塔柱 间布置一道桁架横梁 步履吊机前支点放置在横梁桁架上 后支点放置在托架 1 立柱上 如图 4 吊梁时横梁桁架下端设临时支腿 步履吊机大部分前支反力通过临时支腿传至主 塔横梁 步履式吊机后支反力锚固在托架 1 上 塔区梁段吊装方案见下图 图 5 塔区下横梁钢箱梁托架 图 6 塔区梁段吊装示意图 5 3 1 13 1 1 塔区梁段安装步骤 塔区梁段安装步骤 步骤一 1 安装托架 1 2 3 及滑道 2 安装步履式吊机前支腿支撑桁架 临时支撑及后支腿立柱 3 安装步履式吊机及后锚固杆 4 步履式吊机调试 确定步履式吊机处于良好状态 步骤二 1 吊装边跨侧 DA1 块 放置在托架 2 上 2 解除临时支腿 用导链收起 3 安装拖拉牵引系统 拖拉 DA1 块至设计位置 步骤三 1 吊装 D0 块 同步骤二 2 焊接 D0 块和 DA1 块之间的接头 步骤四 1 在临时支腿位置 D0 块顶面抄垫临时支点抵紧支撑桁架 2 吊装主跨侧 DJ1 块 放置在托架 2 上 3 焊接 D0 块及该 DJ1 块的接头 步骤五 1 在两侧的 DA1 DJ1 块上安装临时索 竖向油顶配合临时索将三段钢箱梁调整至设 计标高 解除托架 1 2 的支点 2 步履式吊机整机下落至钢箱梁面 3 1 23 1 2 钢箱梁就位及调整钢箱梁就位及调整 钢箱梁纵移采用 10 个 200t 移位器 钢绞线及穿心式千斤顶实现 滑道上设纵向限位 滑条 托架 2 3 上各布置 4 台 100t 油顶 主塔横梁上布置 4 台 500t 油顶 用 4 台 100t 油顶及 4 台 500t 油顶调整调整 DA1 及 D0 节段钢箱梁至设计标高 然后焊接 用布置于托 架 2 上的 4 台油顶调整 DJ1 梁段至设计标高 然后与 D0 梁段焊接 钢箱梁纵向调节由给向 牵引装置完成 横向调节在三个节段钢箱梁焊接在一起后 在主塔柱上设 4 台油顶起顶钢 箱梁侧面进行调节 3 1 33 1 3 主要技术细节主要技术细节 为保证起吊 DA1 梁段及钢箱梁落在托架 1 上时 托架 1 3 的变形协调 托架 1 3 上 均设锚杆与步履式吊机后横梁进行锚固 并进行预张拉 每根后锚杆预张拉 8t 2 托架 2 前端置 8mm 的上抬值 保证钢箱梁放在托架 2 上时 钢箱梁底面大致水平 3 1 43 1 4 主要技术参数主要技术参数 起吊 DA1 DJ1 梁段 6 单台步履式吊机前支点反力 274t 后支点拉力 129 4t 托架 3 挠度 11mm 锚杆应力 186Mpa 安全系数 K 4 0 起吊 D0 梁段 单台步履式吊机前支点反力 188 9t 后支点拉力 88 9t 托架 3 挠度 46mm 锚杆应 力 112Mpa 安全系数 K 6 7 托架 2 前端最大挠度 4mm 托架 1 最大挠度 8mm 3 23 2 墩顶梁段安装墩顶梁段安装 3 2 13 2 1 临时墩顶面钢箱梁的安装临时墩顶面钢箱梁的安装 临时墩顶面的节段钢箱梁为 A7 节段 长 16m 重 322t 先用步履式吊机安装临时墩顶 梁段 并与前一节段焊接 然后将临时墩丛 40 墩附近纵向拖拉至临时墩设计位置 固结 临时墩底脚 再安装临时墩与钢箱梁的锁定结构 完成临时墩顶梁段的安装 3 2 23 2 2 40 40 41 41 42 42 墩顶梁段的安装墩顶梁段的安装 墩顶梁段安装步骤 步骤一 在 40 41 42 墩顶面布置托架 步骤二 步履式吊机站在墩顶梁段的前第二个节段上 吊装墩顶梁段 并将墩顶梁段放在托架 上 此时墩顶梁段往架设方向纵向偏位 50cm 放置 并操垫稳妥 步骤三 吊装墩顶梁段的前一节段 并与对应梁段焊接 挂索 张拉 步骤四 步履式吊机前移至墩顶梁段的前一节段 起吊墩顶梁段 调整墩顶梁段的纵 横向位 置与墩顶梁段的前一节段匹配 焊接墩顶梁段与匹配梁段 挂索张拉 完成墩顶梁段的安 装 墩顶梁段安装方案见下图 7 图 7 墩顶梁段安装 3 33 3 主要技术特点主要技术特点 在 39 墩码头无起重设备的情况下 用轮胎式运输台车实现了钢箱梁的上岸 38 墩侧 岸滩附近的钢箱梁 仅设置简易的码头栈桥 巧妙地利用步履式吊机吊装钢箱梁离船 并 拖拉至吊装位 钢箱梁的运输选用可以旋转的轮胎式运输台车 钢箱梁顺梁长度方向运输上岸 然后 在岛上旋转 再运送至吊装位 临时墩及 40 42 墩间梁段的运输 均顺钢箱梁长度方向 运输 通过桥墩后 再旋转至与吊装方位吻合 然后运输至吊装位 解决了钢箱梁因宽度 太宽 无法通过主塔根部和 40 42 墩的问题 减小了临时墩门架的净空 减少了运输道 路的面积 针对主塔位于岸滩 桥位处水域面狭窄 上 下游均有船坞 墩顶 0 01 钢箱节段 梁重量大 约 300t 架设高度高 约 70m 难以采用大型水上吊装设备等特点 在主塔横 梁上设置前 后端托架及步履式吊机的支承结构 利用步履式吊机在主跨侧起吊塔区梁段 然后纵向拖拉至设计位置 解决了塔区梁段的安装难题 钢箱梁临时锚固墩的设计方案 满足了钢箱梁在最大悬壁阶段的各种受力工况 临时 墩的安装时间约 30 天 采用整体拼装 滑移就位的方式 减少了钢箱梁大悬壁状态的时间 降低了安全风险 缩短了工期 同时解决了临时墩墩顶梁段的安装问题 边跨钢箱梁及墩顶钢箱梁 采用变幅的步履式吊机悬壁架设 减少了按传统的架设方 法需设置的大规模的落地支架 取得显著的经济效益 并降低安全风险 4 临时墩设计 施工与整体滑移 为减少钢箱梁的最大悬壁长度 在距主塔柱 120m 位置设置临时墩 将钢箱梁竖向 横 向进行锚固 临时墩承受的主要荷载 8 竖向力 700t 向下 310t 向上 横向力 40t 顺桥向位移 57 6mm 基本风压 500Pa 为了完成临时墩墩顶梁段的安装 临时墩在 40 墩附近 距离临时墩设计位置 47m 处 制安 在临时墩顶节段钢箱梁安装完成后 由牵引系统纵移临时墩至设计位置 固结临时 墩底脚 安装临时墩与钢箱梁的锁定结构 完成临时墩的安装 临时墩为门架结构 见图示 每侧立柱下设 4 根 1 5m 的桩基础 柱桩 桩长 22m 承台厚 3m 分两层灌注 第一次灌注 1 5 m 当临时墩纵移至设计位置后 再灌注第二层 1 5m 将临时墩底脚固结在承台上 门架结构每侧由 4 根 1 0m 10mm 的钢管组成 钢管间设纵 横向联结系 共 5 道 中心间距 11m 门架两侧钢管间设联结系 3 道 中心间距 22m 临时墩顶面设计 3 层分配梁 以保证临时墩立柱承受竖向荷截的均衡 同时满足钢箱 梁运输时通过临时墩所需的空间要求 临时墩与钢箱梁底面的耳板销接 临时墩顶面座板 与最顶面一层分配梁用锚杆锚固 并设置剪力键 以满足临时墩各种受力工况 临时墩结 构见下图 图 8 临时墩结构 临时墩的设计方案 即满足了承受各种工况荷载的需要 又解决了墩顶梁段的架设问 题 同时适应钢箱梁运输的需要 在 40 墩附近制安 也满足了塔吊附墙的条件 为了便于临时墩的整体滑移 在临时墩底部设置行走轮 施工过程中先在条形基础上 9 铺设钢轨 在每个临时墩钢管桩底部下安装 2 台行走轮箱 每个行走轮箱设计承载力为 55T 临时墩的行走采用 4 台 50T 的千斤顶分别顶推行走轮箱 千斤顶通过拉板钩住预埋于 条形基础的预埋件固定 在临时墩顶推施工前调整钢轨平整度控制在 2mm 顶推前在钢轨 上涂黄油以减少摩擦 顶推施工中采用统一指挥 控制多点顶推的同步性 其中采用行走 轮箱和多点同步顶推技术值得借鉴和推广 5 桥面步履式提梁吊机 180t 桥面吊机 亦称 180t 步履式架桥机 是为广州珠江黄埔大桥主桥工程而设计制 造的架桥机 主要用于钢梁的吊装施工 每一节段钢箱梁均采用两台 180t 桥面吊机施工 广州珠江黄埔大桥钢箱主纵梁间距 18 8m 两台桥面吊机站位于钢箱主纵梁附近 两 台桥面吊机中心距 18 8m 架桥机结构件的材料采用 Q345B 卷杨机采用变频电动机和硬齿 面减速器驱动 为了便于钢箱梁的对位 除起升机构 变幅机构外 在吊具上设置有纵向 调整装置 即在顺桥向通过左右两水平油缸的作用 使悬吊的钢箱梁能绕吊具中心轴旋转 实现钢箱梁纵向位置调整 其横向调整靠两台起升绞车分别动作来实现 两台吊机的操作采用联动台集中控制 联动台布置在其中一台的司机室内 两台吊机 的起升能实现同步控制 吊机主要技术参数 起重量为 180t 不含吊具重量 架桥机自重为 105t 单件最大 重量 12t 抗风能力在满负荷起重状态为 8 级 整机运行方式为步履式 油缸顶推 步履 过程中不带载 起升高度为桥面下 65m 桥面上 1m 6 结语 本桥利用设置在索塔横梁两侧的托架 索塔两侧塔柱之间的支撑