架桥机节段拼装技术

1 100 米跨径架桥机节段拼装技术 张华阳 前言 目前跨度在 100m 以上混凝土连续箱梁有支架法 挂篮悬浇 桥面吊机悬拼等施工方法 本文 介绍的 100m 米跨径架桥机节段拼装施工技术 为 100 150m 跨径混凝土连续梁桥设计与施工提供了新的 途径 关键词 100m 跨径 架桥机 节段拼装 临时墩 技术 一 概述 厦门集美跨海大桥为多跨预应力混凝土连续箱形梁桥 整桥横向分三幅 左 右幅为城市快车道 中间幅为城市快速公交车道 BRT 大桥从 10 63 号墩上部结构均采用短线匹配法节段预制 上行式 架桥机悬臂拼装施工 全桥长 2875m 共有箱梁节段 2345 榀 大桥南 北各设一座主桥 南主桥位于 22 26 墩 北主桥位于 56 60 墩 均为跨径 55 2 100 55m 的相同结构 桥型布置见图 1 1 箱梁 高度在 3 6 5 8 米 快车道 和 3 8 6 2m 公交车道 间变化 横断面见图 1 2 桥梁通航净空 65 14 5m 图 1 1 桥型立面图 箱梁横断面为单箱单室 每个 T 悬臂共含 12 对梁 段和一个墩顶块 墩顶块带横隔墙 总重约为 380t 采用先安装壳体 再在墩顶上二次浇注横隔墙 其余 梁段最大重量约为 153t 全桥分两个工区同时施工 一工区 3 台架桥机从 10 墩向 38 墩施工 二工区 3 台架桥机从 38 墩向 63 墩施工 节段拼装工期 10 个月 二 主要思路 目前跨度在 75m 以上的梁桥 多采用挂篮悬浇 桥面吊机节段拼装或支架现浇法施工 但由于南 北主桥分别间隔位于 50m 跨引桥两处 如采用上述施工方法施工主桥 则无法满足架桥机顺利通过主桥 的时间要求 且架桥机自重达 1000 余吨 在不考虑加支撑的条件下 主桥桥梁结构无法如此巨大的施工 荷载通过主桥 如采取拆除 转运 再安装架桥机的方法 则面临 6 台架桥机均需拆 装一次 工程量 巨大 工期也无法满足 为保证工期和施工的顺畅衔接 考虑在 100m 跨中间搭设临时墩 利用拼装 50m 跨引桥的 TP75 型上行式架桥机直接过至主桥 进行 100m 跨主桥拼装 三 临时墩工况分析 1 引桥 50m 跨架桥机墩顶支撑工况分析 以编号 i 为对象 架桥机在拼装 50m 跨引桥时 通常在 i 墩上存在以下支撑情况 1 前支腿支撑 在架桥机前移过跨准备时 前支腿支撑于 i 墩墩顶梁段前侧 通过起重天车将后方中支腿转运至 该墩墩顶安装 图 1 2 箱梁横断面图 2 1800 图 3 1 架桥机前支腿在 i 墩支撑工况图 2 中支腿支撑 a 架桥机过跨时 中支腿支撑于 i 墩墩顶梁段顶部 架桥机悬臂推进 图 3 2 架桥机过跨时中支腿在 i 墩支撑工况图 b 架桥机中支腿作用于 i 墩 以 i 墩为对称点进行对称悬臂拼装 1800 图 3 3 架桥机悬臂拼装时中支腿在 i 墩支撑工况图 3 后支腿支撑 架桥机后支腿支撑于墩顶梁段后方桥面 卸落后方的中支腿 经起重天车将后方中支腿向前转运 1800 图 3 4 架桥机后中支腿倒过时后支撑在 i 墩附近支撑工况图 2 临时墩与永久结构墩的区别分析 临时墩位于跨中 与引桥 50m 标准跨相比 不具备以临时墩为中心对称悬拼的工况 但多了以临时 墩为后支腿支撑点 进行前墩悬臂拼装工况 即等同于如图 3 5 所示工况 其余支撑工况与引桥标准跨 i 墩基本相同 1800 图 3 5 主桥拼装增加况 图中 i 墩等同时主桥临时墩 与引桥 50m 标准跨永久结构墩相比 采用临时墩法施工的不同之处还在于 永久性结构墩对应为墩 3 顶梁段 而临时支墩对应为跨中合拢梁段 如果按引桥 50m 标准跨施工方法 将合拢梁段直接安放于临 时墩上 架桥机各支腿作用于合拢梁段上 则存在以下难题 1 合拢块影响前 后 T 悬臂最后一榀梁段预应力张拉 2 临时墩结构相对较弱 且存在承载后沉降可能 架桥机如直接作用于合拢块上进行合拢 将对永 久结构带来较大的附加内力 对结构不利 3 合拢梁段腹板 底板尺寸为全跨梁段最小 相对较弱 无法承受架桥机大部份重量 特别是架桥 机过跨时的重量 如图 3 2 因此 为解决以上问题 临时墩考虑 1 临时墩横向中轴线由跨中横向中心线向前方墩偏移一定距离 以保证后方墩 T 悬臂拼装最后一 榀梁段的预应力张拉空间 2 在临时墩上安装临时钢支架 代替梁段支撑架桥机 当临时墩前方 T 悬臂拼装到一定长度后 将 架桥机在临时墩的支撑点转移至后方的 T 悬臂端上 吊走临时钢支架 腾出空间 用于前方 T 悬臂剩余 梁段的吊装 拼接和预应力张拉 3 由于 100m 跨的悬臂长达 50m 架桥机支撑点转移至悬臂端后的最大作用力近 2200KN 悬臂结构受 力无法承受 因此 考虑采用临时墩支撑悬臂端 完全或部分抵消架桥机支撑点的竖向传力 使悬臂结 构始终处于安全状态 四 临时墩设计与施工 1 结构设计 临时墩结构形式必须满足架桥机在各种工况下的支撑要求 基于对架桥机在墩顶位置支撑工况以及 临时墩与永久结构的区别分析 临时墩结构形式按图 4 1 所示设计 图中 1 2 管桩用于支撑前支腿 管桩横向间距根据架桥机前支腿两支撑点间距确定 3 10 管桩用于支撑中支腿 管桩间距依据架桥机 中支腿支点位置确定 11 12 管桩用于支撑 T 悬臂端 间接支撑后支腿 其横向间距依据悬臂端最后 一榀梁段腹板位置确定 正对腹板底部 各排桩纵向间距则根据架桥机各支腿 临时钢支架纵向宽度以 及后方悬臂最后一榀梁段张拉所需空间确定 图 4 1 临时墩平面图 图 4 2 临时墩实物图 临时支墩横向中轴线位置由跨中横向中轴线向前方墩偏移 1 8 米布置 顶面标高控制低于梁低 60cm 同时为了有效的控制 T 悬臂受力 在 11 12 管 桩顶部设置调整液压千斤顶 通过顶伸或收缩千斤顶油 缸 控制 T 悬臂挠度 从而达到控制其受力大小的目的 千片顶在竖向位置与后支腿支撑点对齐 以保证后支腿 作用力通过梁段直接传递给临时支墩管桩 根据设计控制工况 考虑海水涨落潮最大流速及施 工期风速影响 计算临时支墩钢管桩直径为 800 8mm 及埋深 12m 其间平联设置 4 道 为 600 6mm 管桩 平联间按 32 斜撑 临时钢支架采用型钢焊制 其构造满足搁置架桥机 支腿以及与临时墩管桩顶部锚固的需要 其构造图见图 图 4 3 临时钢支架 4 4 3 4 临时支墩施工 考虑施工现场现有钢管桩有锈蚀现象 且施工过程中不做防腐处理 选用 800 10mm 钢管桩 首节 采用 90 型和 120 型液压振动锤振动下沉 入土深度 15m 施沉时严格控制平面偏位 次节采用 50t 浮吊 接高 接高时严格控制顶面标高 对钢管桩及平 斜联焊缝进行严格检查 保证焊缝质量 临时墩施工 实物见图 4 2 五 主桥梁段拼装 1 主桥拼装工序流程 整个主桥的拼装工序见图 图 5 1 步骤 1 架桥机由引桥进至主桥 前支腿支撑于临时墩上 安装临时中支腿 图 5 2 步骤 2 拼装 N1 墩 T 悬臂 1 12 号梁段 吊装首跨边跨合拢梁 施工湿接缝并合拢 图 5 3 步骤 3 桥机纵移过孔 图 5 4 步骤 4 拼装第二个 T 构 1 9 号梁段 5 图 5 5 步骤 5 顶升临时墩上的调整千斤顶 使之与梁底接触 后支腿缓慢支撑于后方 T 悬臂端 拆除并吊走临时墩顶部的架桥机中支腿及临时钢架 将 T 悬臂剩余梁段及合拢段梁段按图提前吊放至 临时墩 T 构根部及架桥机主桁上 整个过程监测架桥机后支腿作用下的悬臂端挠度变化 并通过调 整千斤顶控制其挠度变化小于 15mm 图 5 6 步骤 6 依次完成 T 悬臂剩余梁段拼装 安装合拢段 收起后支腿 架桥机过跨 转换 N1 墩临时锚固体系 在桥面跨中无荷载情况下浇注合拢湿接缝 进行 N1 与 N2 间中跨合拢 图 5 7 步骤 7 按相同方法完成整个主桥梁拼装 注 在主桥施工中 架桥机增加了一个临时中支腿 其作用是为了将架桥机适当前移 使其后支腿 6 刚好作用于临时墩 11 12 号管桩正上方 如图 5 5 所示 2 单榀 对 梁段拼装 单榀 对 梁段拼装主要需经历梁段吊装 调位 试拼 涂胶 拼接 临时预应力张拉 悬拼永久 预应力张拉等步骤 架桥机对称起吊梁段至桥面高度 通过吊具的三向调整功能调整梁段的纵 横坡及空间位置 并与 已拼梁段试拼 后退提升梁段一定高度 涂刷环氧粘结剂 环氧粘结剂功能及基本要求应满足施工要求及桥梁拼装 用粘结剂相关标准 通常要求可施胶时间 30min 可粘结时间 60min 环氧粘结剂使用前按比例混合各组份 并用专用搅拌枪拌制均匀 无色差或色带 拌枪转速控制在 400 600 转 min 拌制时间一般控制在 5min 以内 环氧粘结剂涂刷总体原则是在胶体固化前 按照要求厚度 通常为 3mm 快速 均匀的涂抹 可单 面或双面施胶 为防止粘结剂挤压后进入预应力管道 在预应力管口贴高压缩性的闭孔发泡聚乙烯 O 形 橡胶密封圈 在涂胶完成后 在其接缝相邻两个梁段顶部和内腔室施工临时预应力 临时预应力大小应保证接缝 间平均压力 0 3MPa 其作用在于使粘结剂在一定的压力条件下和可粘结性时间内固化 临时预应力设 置形式可根据实现情况采用 集美大桥主桥临时预应力筋采用 36 32 精轧螺纹钢筋 在箱梁顶板面采 用钢锚座 内腔室底板面采用混凝土锚座锚固 在临时预应力施工完毕后 穿悬拼预应力束 按规范要求施工预应力 3 边跨施工 本桥边跨梁段除墩顶梁段外 仅一个合拢梁段 其墩顶梁段通过浮吊预先安装到位 在相邻 T 悬臂 拼装完成后 用架桥机将合拢梁段吊挂于桥面 调整就位后与边跨墩顶梁及 T 悬臂端临时锁定 施工湿接缝并张拉合拢 对于边跨梁段数量较 多的 采取先将梁段吊挂于架桥机主桁架上 然后通过临时预应力逐块拼接形成大块梁 最 后施工大块梁与墩顶梁及相邻悬臂端的湿接缝 并张拉合拢预应力合拢 4 合拢施工 主桥合拢采用预制合拢块 湿接缝结构形式 既在两相邻悬臂 T 构间设置预制合拢梁段 长 2 7m 通过旋转合拢梁段的平面和竖向角度 使两相邻悬臂 T 构顺接 然后在箱室内 外安装劲性骨架将两悬 臂端锁定 浇注合拢梁与两悬臂端间 10 15cm 宽的湿接缝并养生 分批张拉体内合拢预应力完成合拢 劲性骨架设置和湿接缝效果分别见图 3 4 12 3 4 13 图 5 8 劲性骨架设置效果图 图 5 9 合拢块 双湿接缝效果图 六 施工监控 1 临时支墩临控 临时支撑监控主要有两项任务 一是监控临时支撑结构受力 防止管桩实际受力超出设计允许值 劲性骨架 劲性骨架 图 多边跨梁段悬挂施工示意图 7 二是沉降监测 防止因管桩沉降过大 导致架桥机状态不符合要求 特别是当架桥机后支腿作用于悬臂 端时 此时如果管桩沉降超出 T 悬臂允许挠度且调整不及时 将造成 T 悬臂造成损坏甚至断裂 鉴于临 时支撑处无详细地质资料以及其沉降对永久结构带来较大的影响 故重点监测管桩沉降 临时支墩管桩沉降观测点设置于梁段顶部 以便直观的控制 T 悬臂挠度 经设计院验算 T 悬臂端最 大允许挠度 30mm 施工中按 15mm 控制 一个临时支墩实际沉降监测成果见表 6 1 临时支墩沉降观测数据表临时支墩沉降观测数据表 表表 6 16 1 工况 1工况 2工况 3 沉降量位移 mm 沉降量位移 mm 沉降量位移 mm 管桩号 mm XY 管桩号 mm XY 管桩号 mm XY 1 3873 67211 4 7 3 2 4686 94 312 4 97 7 1063 10 96 3 注 工况 1 前支腿支撑于临时墩 1 2 管桩过程中最大受力工况 工况 2 架桥机纵移至最大悬臂 时 3 10 管桩最大受力工况 工况 3 后支腿支撑于悬臂端过程中最大受力工况 2 桥梁结构监测 桥梁结构监测主要包括 1 监测在不同的气温条件下和不同阶段的梁段拼装过程中 桥跨不利位 置的应力值 以验证结构安全性 特别是加强当架桥机后支腿作用于 T 悬臂端时的应力值监测 2 监 测在桥跨体系转换时桥梁结构内力瞬间变化情况 以避免悬臂端因体系转换而突然颤动使得结构受力超 出允许值 测试仪器采用智能数码应变计并配合补偿计和巡检仪等 图 6 1 为第 1 2 个 T 构合拢后应力 测试图 图 6 1 第 1 2T 构合拢后的应力监测图 图 6 2 应力测试对比图 8 3 线型控制 梁段拼装控制测点采用预制相同测点 其埋设 见图 数据采集时间通常为每天 7 00 以前和 17 00 以后 通过采集拼装梁段及 1 梁段数据 输 入至线型监控程序 判断线型精度是否达标 在达 标的情况下 继续正常拼装下一梁段