后河沟大桥工程中钢板组合梁的施工设计及工艺,道路桥梁与渡河工程论文

后河沟大桥工程中钢板组合梁的施工设计及工艺,道路桥梁与渡河工程论文摘要：钢板组合梁是一种新型的桥梁构造形式，通常由混凝土桥面板和钢梁组成。对此，以合阳至铜川高速公路后河沟大桥工程为例，阐述钢组合梁整体拼装、吊装、送梁、安装的系统化、机械化、精细化、标准化施工工艺和方式方法。实践证明，采用钢板组合梁极大地加快了梁桥施工进度，降低了综合造价。本文关键词语:钢板组合梁;整体拼装;吊装;送梁;安装;施工工艺;Abstract：Steelplatecompositebeamisanewtypeofbridgestructure,whichisusuallycomposedofconcretedeckandsteelbeam.TakingHouhegoubridgeprojectofHeyang-Tongchuanexpresswayasanexample,thispaperintroducesthesystematic,mechanized,refinedandstandardizedconstructiontechniquesandmethodsforintegralassembly,hoisting,beamdeliveryandinstallationofsteelcompositebeams.Practicehasprovedthattheconstructionofsteelplatecompositebeamgreatlyspeedsuptheconstructionofbeambridgeandreducesthecomprehensivecost.Keyword：steelplatecompositebeam;integralassembly;hoisting;beamdelivery;installation;constructiontechnology;近年来，钢板组合梁由于施工方便、环保等特点，在桥梁领域有着广阔的应用前景[1]。本文以合阳至铜川高速公路后河沟大桥为例，重点介绍钢板组合梁运输、安装的关键技术，即：钢梁运输→吊装就位→桥梁连接安装。钢板组合梁施工不仅效率高，对环境毁坏小，而且在工厂化、装配化、快速施工等方面优势显着[2]。1、工程大概情况本标段为国家高速公路网G3511线(菏泽珍宝鸡)陕西境合阳至铜川高速公路土建工程TJ-9标段，位于铜川市宜君县和印台区。起讫桩号：K128+230～K139+055，全长10.825km。主要工程量：9座桥梁(全宽)4485m，2座隧道(单孔)4620m。后河沟大桥位于铜川市宜君县甘草塬水库附近，G3511线合铜高速公路上，跨越后河沟，周边交通便利。该桥分两段，起始、终止桩号为K131+150.900、K131+819.100，桥长668.2m、宽26m，桥跨布置为(2×(3×30)+2×(3×50)+2×(3×30))m，第五、六引桥为预应力钢筋混凝土箱梁，第三、四主桥上部构造为工字钢混凝土组合梁，下部构造含圆柱墩、柱式台及空心薄壁墩。该桥平面分别位于直线(起始、终止桩号：K130+329.678、K131+605.841)、缓和曲线(起始、终止桩号：K131+605.841、K131+885.841)上。该桥最大墩高82.5m，桥长、桥高不受洪水控制。上部构造在工厂预制和吊装。钢梁设计：主梁采用四梁工字钢板梁，单层宽12.9m，钢主梁高2.5m，边梁与中梁间距3.2m，中梁间距3.4m，边梁与中梁采用焊接工字钢连接，主梁每隔6～7m设一道梁，钢梁与桥面之间采用组合栓钉式剪力连接件连接。钢梁底板宽800mm，厚32～50mm；顶板宽600mm，厚20～40mm；腹板厚16～24mm。主梁标准截面见图1，支点梁截面见图2。2、施工设计2.1、钢梁加工资源配置标段内设置钢梁拼装场1个，钢梁加工胎架2个。资源配置见表1。表1资源配置2.2、钢梁加工安装布置钢梁于2020年4月25日进场，6月5日前完成后河沟大桥右桥台至桥墩的引桥架设，7月1日起钢梁架设，9月10日完成右幅架设，10月10日前左幅钢梁及小箱梁架设完毕。图1主梁标准横断面图2支点横梁断面3、施工工艺3.1、施工方案桥梁在工厂制造完成后，由汽车运至桥址。在桥址二次拼装现场设置支架，用两台100t汽车吊进行钢梁的装卸和拼装，拼装完成后用汽车吊将钢梁吊至运梁车上运至桥位。根据桥梁的跨度和重量参数，吊装左右钢梁。第一、第二跨由炮车送料，第三跨在已架设的梁段上设置平板车。采用电动平板车送梁，架桥机安装。轨道距桥台5m左右，总长435m(引桥180m、钢梁6跨300m)，轨道中心距3.4m，在50m×50cmC30混凝土基础上设置条形基础、背台和路基段(长15m)。钢轨(43kg/m)直接铺设在引桥上并加固。采用I30I梁作为钢梁上的轨道基础，间距50cm。钢梁轨道两侧设“人行栈桥〞。一节三跨吊装方案[3]如下：(1)第一跨吊装方案：钢组合梁在二次拼装现场整体拼装→钢梁采用汽车吊吊装至运梁架→运梁架送梁→钢梁采用架桥机吊装。(2)第二跨吊装方案：架桥机穿孔(穿孔时架桥机配重)→汽车吊将钢梁吊到运梁机上→运梁机送梁→架桥机吊钢梁安装就位→钢梁焊接完毕。(3)第三跨吊装方案：架桥机穿孔→第一跨铺设轨道，安装电动平车→汽车吊将钢梁吊至运梁车→运梁车卸梁运输至电动平车→电动平车送梁→架桥机吊装钢梁就位→钢梁焊接。3.2、施工工艺流程本工程钢板组合梁运输安装采用“单元件制造→节段预装→分解→厂内外表涂装→钢梁运输→吊装就位→桥梁连接→终涂(含补涂)〞的制造工艺[4](见图3)。3.3、安装设备技术参数GYLQ50m/220t架桥机性能参数见表2。3.4、架桥机构造(1)设备主要构造。架桥机主构造之间通过销轴和法兰连接，最大构件尺寸长13m×宽1.5m×高3m，重12t，架桥机主要构造见图4。主要由前支架、桥机主梁、起重小车、中托、后支腿、辅助支撑等构成[5]。(2)主梁。为三角桁架式构造，采用型钢焊接而成。有构造轻、刚性好、稳定性强、抗风能力大、安装方便、外形美观等优点。(3)桥机前支腿系统。由前支腿及前上、下横梁组成。前支腿为钢管柱构造(中心距11.5m，内净宽9.5m)。前、下横梁采用两根h345×250钢材焊接而成，局部用10mm钢板焊接加固。图3工艺流程表2GYLQ50m/220t架桥机技术参数图4架桥机主要构造组成(4)桥机中支腿系统。由反拖纵向移动轮箱组、横向移动轮箱组、横向移动轨道梁和中间支撑系统纵向移动轮箱组组成，可知足桥机纵向移动过孔和整体横向移动的需要。(5)桥机后支腿系统。由后伸缩油缸、液压顶升装置、纵向轮箱组、后下连梁组成，可知足架桥机纵向移动、过孔、调高的技术要求。(6)起重天车。由纵轮箱、横轮箱、葫芦和滑轮组组成，能吊装、运输和架设预制梁。轮箱上的电机动力借助摆线针轮减速器及齿轮组向车轮传导，既符合横梁轮箱沿天车梁横向运动的要求，也符合纵梁轮箱在主梁上纵向运动的要求。(7)液压系统。中、后支腿都安装了由油缸、油管、油泵构成的液压系统。通过液压系统可调节架桥体的水平，完成架桥机的辅助工作。(8)电气系统。整机功率约75kW，主电路和控制电路沟通电源频率为50Hz、电压通常为380V。该项目架桥机各单体机构通过穿插开关和配电柜进行集控。(9)架桥机连接方式。①架桥机前支腿立柱通过翼缘板和高强螺栓与上主梁、下横梁连接。②前支腿与架桥机主梁之间焊接倾斜稳定杆，构成三角稳定构造，保证架桥机前后方向的稳定性。③架桥机前下梁固定方式方法：架桥机就位后，用钢丝绳将前下梁与主墩盖梁绑扎连接，用5T手拉葫芦固定。在架梁经过中，中间支腿的后支腿和前支腿受力在一起，纵向不存在倾覆危险。3.5、工字钢预装、吊装施工方案3.5.1、二次装配现场布置及夹具在K131+860～K131+975段路基位置设置第二个拼装场。拼装场长135m，宽40m，场地要求平整夯实以便钢梁拼装和存放。现场设置一台起重50t的汽车吊，用于钢梁的装卸、运输和组装。在预装配现场进行工字钢的预装配工作。装配夹具设置在工字钢下方，通过调整夹具上方板的高度来调整工字钢高度。胎架预拱度应严格按工厂制造和总拱度进行控制。工字钢在预装配时，在钢梁端部布置测控点，严格根据桥梁平面线形控制钢梁曲线。3.5.2、工字钢现场组装(1)梁段划分。考虑钢构造易于制造、运输等因素，50m边跨及中跨均分5个梁段。根据设计图纸要求，钢板组合梁节段节点形式为顶板、腹板、底板互相错开，华而不实钢板组合梁纵向错开250mm。在上述断面示意图中，相邻断面制作时应左右变换；在纵断面示意图中，断面位置在腹板处，腹板处顶板和底板的偏差分别为-250mm和+250mm，以知足设计对中要求，保证工程质量。(2)梁截面制造要求。①材料编号：来料须根据材料布置图进行验证。标记前应检查钢材的牌号、规格和质量，当发现不平整的钢材、铁锈、油漆等污物影响打标质量时，应在打标前进行校正和清理。为减少环焊缝和横焊缝，顶、底、腹板的对接焊缝应按规范要求错开。②切割：气割切口不得有裂纹，缺边不得超过1.0mm。缺边坡口大于3.0mm时，用直径小于3.2mm的焊条补焊打磨。所有板材零件的分离采用自动(数控切割)和半自动切割，零件间隙不大于2mm。2mm以内的间隙可用砂轮机打磨光滑，大于2mm的间隙按缺陷修补法修补；有气割槽的钢板，槽面用砂轮机打磨至露出金属光泽。气割允许偏差见表3。表3气割的误差允许值(3)矫正和边缘加工。钢板冷矫时应缓慢加力，矫正后钢板外表无明显凹面和损伤，划痕深度不大于0.5mm。钢材矫正后的允许偏差见表4。表4钢材矫正后的允许偏差(4)板件坡口制备。所有焊接坡口加工尺寸的允许偏差应符合(手工电弧焊接头基本形式和尺寸〕(GB985)和(焊剂层下自动和半自动焊接接头基本形式和尺寸〕(GB986)的有关规定。(5)纵向对接焊缝为单面坡口焊，轮胎和桥梁上的纵向顶、底焊缝为单面焊双面成形，底焊缝为CO2气体保卫焊，其余焊缝为埋弧自动焊。所有焊接符合设计要求，并按要求进行无损检测。在零件上画定位线、定位基准线和关键中心线并冲样。将底板的尺寸放在轮胎上，依次安装隔板、腹板和顶板。3.5.3、吊耳(1)吊耳的选择。吊耳形式应符合设计要求。对重量大于40t的梁段，吊耳的选用应符合中国行业标准(设备吊耳〕(Hg/t-21574-2008)。本工程选用公称起重40t的吊耳，材料为40mm厚Q345qD板。钢板组合梁最大截面量约95t。四点吊装，单吊耳承载力约23.75t(垂直吊装)，安全系数1.68，知足要求。图5吊耳布置(2)吊耳位置设置。钢梁端部有端梁时在其上设置吊耳，无端梁时设置在小梁上。钢梁每节设四个吊耳(见图5)。桥址处钢组合梁拆除时应吊离胎架100mm观察。待构件稳定及焊缝牢固后再吊放到梁架上。3.5.4、钢构件吊装(1)吊装前准备。做好施工人员的安全教育、培训和技术交底，建立安全管理制度；做好施工材料、机具进场和现场水电供给；完成进货梁体的检查和盘点，确保无缺件；完成垫石测量和支架检查，将调平钢板和支架安装到钢梁底部。(2)吊装方式方法确实定。根据现场调查和工字钢的几何数据、重量、高度，并结合吊装技术参数，进行深切进入细致的讨论，确保吊装安全，并节约工程造价，提高工作效率。施工现场采用2台80t汽车吊和1台220t架桥机。用架桥机架设第一及第二跨时，钢梁由龙门吊用炮车送入架桥机。第三跨架设时，铺设电动平车轨道，运梁炮车将钢梁运至桥头，汽车起重机将钢梁吊装至电动平车，再运输至架桥机尾部进行喂梁。总体布局见图6。(3)架桥机钢梁安装重点[6]。根据路基横坡的大小和运梁方向，在运梁车支架上设置垫片来调整梁的角度，以保证运梁时主梁在平板车上的垂直度，进而到达平衡，避免倾斜造成安全隐患。当轨道设置在主纵梁上时，由于剪钉高度为250mm，300mmI30b型梁的纵向铺设水平铺设在主纵梁顶面上，间距为500mm，把栏杆放在上面。由于钢梁横坡为2%，铺设30b型钢时，在一端加30mm垫片，保证铺设的轨道与地面垂直，平车运梁时不产生侧向力，消除安全隐患。3.5.5、钢梁安装(1)两根纵梁组成一个整体，轨道电动平车将钢梁运至吊车天车底部，钢梁由架桥机架设至设计位置。依次搭设第一、第二、第三孔。(2)架桥机先架设一侧钢梁，再架设另一侧。(3)连接两组钢梁之间的梁。(4)以此类推架设剩余钢梁，将所有钢梁设置在同一孔内后进行线型调整，在中梁外侧铺设1.25m宽的人行栈道作为操作平台。桥梁要及时焊接，构成连续构造，最后通过钻孔安装桥面。每孔钢梁桥面安装完毕后，从两端支撑点对称推至跨中，完成全桥预制板的安装。图6运梁4、技术保证措施4.1、操作重点吊装工字钢速度要均匀，构件应稳定。横梁下降须缓慢、轻放，禁止忽然或快速制动。施工注意事项：测设工字钢孔分界限、支座中心线、梁边线，找平盖梁外表不平部分，准备吊装；盖梁到达设计强度90%后方可吊装；工字钢放下后，目测工字钢底部能否齐平，用钢筋弯钩检查各支撑能否受力；板底标高可采用钢板垫调整；吊装时应同时对起重钢丝绳施加应力；落下时工字钢不得与已支撑的梁相撞，底部水平偏差不得大于10°。主梁距盖梁支座垫石顶面缺乏30cm时，根据测量放样标记调整位置，确定无误差后再落梁。4.2、工字钢运输措施行车前检查运梁汽车炮的制动系统和轮胎，确保运梁设备状况完好；起吊前做好焊钉保卫，避免焊钉遭到触碰脱落，加强钢梁的防护和支撑