溫州七都大橋北汊橋鋼梁滑移施工工藝

周星辰

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司第一工程公司 上海 200082

為解決當(dāng)代社會(huì)城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)存在的各種交通問(wèn)題，橋梁工程在近些年的市政基建中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。鋼梁由于其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今橋梁設(shè)計(jì)，尤其是大跨度橋梁中越來(lái)越常見(jiàn)。在鋼梁橋位安裝施工中，在具備施工條件的情況下，將鋼梁節(jié)段一次性直接吊裝至設(shè)計(jì)橋位是首選方法[1-4]，但在很多情況下，受到地形、施工設(shè)備等因素的限制無(wú)法做到這一點(diǎn)。在這類情況下，一般采用的方法是先將鋼梁吊裝至設(shè)計(jì)橋位附近的臨時(shí)臺(tái)架上，再用其他設(shè)備將鋼梁二次移動(dòng)至設(shè)計(jì)橋位。

當(dāng)前施工行業(yè)中，頂推法是常見(jiàn)的二次移動(dòng)施工方 法[5-9]，利用三向千斤頂，將拼好的節(jié)段逐漸向前推進(jìn)直至設(shè)計(jì)橋位，這種方法通常有以下幾個(gè)特點(diǎn)：需輔助鋼導(dǎo)梁；需配備多組三向千斤頂或步履式千斤頂，各組千斤頂之間需保證高度同步；需設(shè)置多個(gè)頂推墩，必要時(shí)需架設(shè)臨時(shí)墩；單輪頂推的行程量受制于整段梁的整體穩(wěn)定平衡；需頻繁倒行程，中途需不斷糾偏；當(dāng)施工設(shè)備性能及場(chǎng)地有限時(shí)，會(huì)增加橋位焊接的工作量，可能對(duì)工程質(zhì)量及工期產(chǎn)生負(fù)面影響。

本文針對(duì)溫州市七都大橋北汊橋工程主線變寬段鋼梁的橋位安裝施工，采用一種牽引滑移的施工工藝，以克服施工中存在的場(chǎng)地條件限制、施工設(shè)備性能限制及工期緊張等方面的困難，確保鋼梁能夠安全、優(yōu)質(zhì)、迅速地完成橋位安裝。

1 工程概況

溫州市七都大橋北汊橋項(xiàng)目起點(diǎn)K0＋000接已經(jīng)通車運(yùn)營(yíng)的七都大橋（南汊橋）終點(diǎn)，起點(diǎn)側(cè)設(shè)七都互通（南汊橋和本項(xiàng)目各實(shí)施兩匝道），并與緯一路相連。跨越甌江后，終點(diǎn)位于永嘉縣新建村南側(cè)空地，設(shè)置新建樞紐并接局部改線后的104國(guó)道，主線預(yù)留跳水平臺(tái)，遠(yuǎn)期與烏牛段延伸工程相連，樁號(hào)K1＋866，項(xiàng)目全長(zhǎng)1 866 m。跨越甌江北航道的特大橋主橋?yàn)?60 m＋360 m＋160 m單索面雙獨(dú)柱橋塔疊合梁斜拉橋，引橋長(zhǎng)度1 186 m，互通樞紐2處，局部改建104國(guó)道1.74 km。

工程主線K1＋431.000—K1＋716.000里程范圍為4×56.25 m＋60 m跨徑的鋼混疊合梁形式引橋，連接主線30#～35#墩共計(jì)6座橋墩，較小里程的4跨56.25 m段均位于甌江北汊上，大里程1跨60 m段橫跨永嘉甌江防洪堤，防洪堤位于60 m跨的跨中，堤頂寬約7.5 m，堤背為約30°的土質(zhì)斜坡，其外側(cè)為甌江拋石護(hù)坡，內(nèi)側(cè)為農(nóng)村耕地。

單幅結(jié)構(gòu)形式為等高單箱室鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁，槽型鋼梁整體上由頂板、腹板、底板、桁架式空腹橫梁、支點(diǎn)橫梁、腹板加勁肋、底板加勁肋組成，頂面設(shè)置平聯(lián)系統(tǒng)，以增強(qiáng)鋼梁在其頂推、橋面板鋪設(shè)過(guò)程中的穩(wěn)定性。槽型鋼梁除第5跨即60 m跨為變寬段外，其余均為等寬段（圖1、圖2）。

圖1 引橋鋼梁（部分）三維

圖2 單幅引橋鋼梁結(jié)構(gòu)斷面（藍(lán)色為橋面板、紅色為鋼梁）

鋼梁底板成直線形，板厚24～56 mm，不等厚對(duì)接時(shí)保持底部平齊，接縫處變化斜率不陡于1∶8；底板寬度等寬段為7.15 m，變寬段為7.150～12.347 m。梁中心線高3.5 m，主梁橫向坡度通過(guò)內(nèi)外側(cè)腹板高度不一致進(jìn)行設(shè)置。等寬段桁架式空腹橫梁標(biāo)準(zhǔn)間距4.5 m。腹板加勁肋間距1.5 m。變寬段根據(jù)受力需要，在箱梁中心處設(shè)置小縱梁，小縱梁每隔2 m支承在空腹式橫隔板桁架上，桁架式空腹橫梁間距布置為2 m。

4×56.25 m＋60 m段引橋鋼梁劃分為32個(gè)節(jié)段，最重節(jié)段為91.194 t，節(jié)段長(zhǎng)度7.10～11.75 m不等。

2 鋼梁牽引滑移施工工藝選擇

主線30#—34#墩之間的4跨56.25 m鋼梁位于甌江中，可采用大節(jié)段加工廠提前組裝＋浮吊一次性直接吊裝至設(shè)計(jì)橋位的方法進(jìn)行安裝。主線34#—35#墩之間為防洪堤，外側(cè)為拋石護(hù)坡及淤泥河床（低潮位河床部分裸露），該地形無(wú)法?？繃嵨贿^(guò)大的浮吊，導(dǎo)致該跨無(wú)法整跨一次性直接吊裝，必須經(jīng)二次移動(dòng)才可安裝至設(shè)計(jì)橋位。若采用傳統(tǒng)的頂推法，場(chǎng)地條件決定了除必需的用于梁段精調(diào)的三向千斤頂外，需額外投入頂推用步履式千斤頂，以及平板車、大噸位履帶吊用于梁段轉(zhuǎn)運(yùn)，大大增加橋位焊接工作量及測(cè)量作業(yè)量，影響工期乃至質(zhì)量；此外，頂推施工需單獨(dú)設(shè)計(jì)加工一套鋼導(dǎo)梁，對(duì)工期、成本、安全等方面均會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用。

考慮到防洪堤內(nèi)側(cè)為農(nóng)村耕地，已具備或采用地基處理后具備一定水平的承載能力，因此該跨的鋼梁安裝采用搭設(shè)鋼管支架的方法施工。34#—35#墩之間共包括8塊設(shè)計(jì)節(jié)段，具體參數(shù)如表1所示。

表1 節(jié)段基本參數(shù)匯總

結(jié)合鋼梁參數(shù)及設(shè)備性能，在采用搭設(shè)鋼管支架的基礎(chǔ)上，采用如下方案：NDE—NE3及NE4—NE7分別在加工廠提前拼接好作為整體大節(jié)段，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，先利用浮吊將NE4—NE7大節(jié)段從主線34#墩位置吊裝至鋼管支架上，后利用千斤頂將該節(jié)段牽引至35#墩。NDE—NE3采用浮吊直接吊裝至設(shè)計(jì)橋位的工藝進(jìn)行安裝。采用該種施工工藝，鋼管支架不僅作為拼裝胎架使用，還將作為鋼梁牽引施工時(shí)的滑移軌道。

3 節(jié)段滑移施工工藝

3.1 支架設(shè)計(jì)

本工程滑移用支架兼用作鋼梁的橋位拼裝胎架，因此支架的性能應(yīng)滿足以下2種工況：NE4—NE7鋼梁滑移；NDE—NE3與NE4—NE7的對(duì)接拼裝。

支架設(shè)計(jì)為鋼桁架形式。根據(jù)鋼梁的截面寬度，設(shè)置3條滑移軌道，并控制支架單跨跨徑不超過(guò)12 m。支架鋼管立在永久結(jié)構(gòu)承臺(tái)或臨時(shí)承臺(tái)上，并利用工字鋼作為連接系將鋼管連成整體以增加穩(wěn)定性。

上部結(jié)構(gòu)中，縱梁為承重結(jié)構(gòu)，兼用作滑移軌道，橫梁及橫向連桿用于增加支架整體的橫向穩(wěn)定性。承重縱梁為鋼桁架結(jié)構(gòu)，桁架高2.25 m，桁架弦桿及腹桿采用國(guó)標(biāo)H型鋼，弦桿沿縱向每1.5 m設(shè)置一道橫向加勁板，相鄰腹桿-弦桿連接節(jié)點(diǎn)間的弦桿長(zhǎng)度不大于2 m。支架結(jié)構(gòu)具體如圖3所示。

采用Midas Civil2019專業(yè)計(jì)算軟件對(duì)支架的安全性能進(jìn)行分析，支架所有桿件按照梁?jiǎn)卧幚?，所有?jié)點(diǎn)均為剛性節(jié)點(diǎn)，鋼管根部約束所有方向的位移。荷載工況分為以下2種情況：

圖3 支架結(jié)構(gòu)三維示意

1）NE4—NE7節(jié)段滑移。按照四點(diǎn)受力計(jì)算，受力點(diǎn)按照滑移期間的最不利工況布置，每個(gè)受力點(diǎn)作用1個(gè)豎向集中荷載和1個(gè)順橋向的水平集中荷載，豎向荷載取節(jié)段質(zhì)量的1/4，并視為支架的可變荷載，水平荷載取豎向荷載的0.1倍（滑動(dòng)摩擦因數(shù)按0.1計(jì)）。

2）NDE—NE3與NE4—NE7節(jié)段對(duì)接。對(duì)接時(shí)，2個(gè)節(jié)段的近墩端已支承在永久墩上，僅跨中端支承于支架縱梁上，因此按四點(diǎn)受力計(jì)算，每個(gè)點(diǎn)作用1個(gè)豎向集中荷載，2排受力點(diǎn)上均取各自節(jié)段質(zhì)量的1/4，并視為恒荷載。計(jì)算分析結(jié)果如表2所示。

表2 滑移及對(duì)接工況計(jì)算結(jié)果

支架鋼管分節(jié)搭設(shè)，首節(jié)搭設(shè)完畢后及時(shí)安裝橫向、縱向及斜向的連接系，確保鋼管的穩(wěn)定性。上部桁架式縱梁在加工場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行組裝以及預(yù)拼，再分節(jié)吊裝至支架鋼管上，縱梁從35#墩向34#墩逐片安裝，安裝接縫與支架鋼管錯(cuò)開(kāi)1 m，保證鋼管頂部縱梁的連續(xù)，接縫預(yù)留1 cm間隙，采用環(huán)口對(duì)接焊縫連接2片桁架的弦桿，并增加鋼板進(jìn)行搭接補(bǔ)強(qiáng)，確保接縫位置的強(qiáng)度。安裝時(shí)嚴(yán)格控制線型，確保標(biāo)高與水平的偏差均控制在2 cm以內(nèi)。

3.2 節(jié)段滑移

節(jié)段滑移采用一對(duì)20 t級(jí)連續(xù)式千斤頂，千斤頂通過(guò)鋼絞線將鋼梁向前牽引，完成鋼梁的滑移。

3.2.1 牽引系統(tǒng)

用于牽引鋼梁的鋼絞線，一端穿入千斤頂，千斤頂通過(guò)反力架固定于滑移支架縱梁上。反力架布置位置盡量靠近滑移支架前端，以減少錨固轉(zhuǎn)換的操作（圖4）。

圖4 前端牽引系統(tǒng)示意

鋼絞線另外一端，通過(guò)錨具錨固于焊接在鋼梁上的反力牛腿上。當(dāng)牽引開(kāi)始時(shí)，千斤頂不斷“回收”鋼絞線，使得鋼梁錨固點(diǎn)與千斤頂反力架之間的鋼絞線不斷縮短。由于千斤頂及其反力架已被固定不能移動(dòng)，因此鋼梁在鋼絞線的“拖拽”下不斷向前端的千斤頂靠近，從而達(dá)到牽引鋼梁的目的。

錨固牛腿采用厚20 mm鋼板加工。牛腿在鋼梁底板前端對(duì)齊滑軌的位置設(shè)置，牛腿與鋼梁采用雙面直角焊縫滿焊連接，焊縫尺寸不小于10 mm（圖5）。

圖5 后端鋼梁錨固系統(tǒng)示意

3.2.2 滑靴

鋼梁借助鋼滑靴在滑軌上移動(dòng)，滑靴起到將鋼梁質(zhì)量傳遞給支架以及同鋼梁一起向前滑移的作用，共設(shè)置前后2排，每排設(shè)置2個(gè)。滑靴采用工字鋼＋鋼板加工而成，為增加滑靴的整體橫向穩(wěn)定性，將每排的2個(gè)滑靴做成整體，組成“滑移橫梁”的形式（圖6）。

圖6 滑移橫梁結(jié)構(gòu)示意

滑靴頂部的鋼梁墊板采用厚30 mm、平面尺寸為600 mm×400 mm的矩形橡膠板，利用橡膠板良好的壓縮能力調(diào)節(jié)鋼梁與滑靴的接觸，使得四點(diǎn)支承力盡量均勻，橡膠墊板下方鋪設(shè)長(zhǎng)12 m的三拼22a#工字鋼并連通同一排的2個(gè)滑靴支點(diǎn)，滑移板采用3塊厚20 mm、尺寸為400 mm×1 000 mm的矩形鋼板疊合而成，并在底面墊一塊300 mm×1 000 mm的聚四氟乙烯板，確保不會(huì)因?yàn)榛ヅc滑軌間的摩擦阻力過(guò)大而影響滑移的流暢度?；瓢鍍蓚?cè)焊接限位板，防止因滑道線形偏差、牽引力方向偏差而導(dǎo)致滑靴墜落。

3.2.3 滑移施工

設(shè)備安裝完畢后，檢查設(shè)備是否正常，并進(jìn)行空載試運(yùn)行，確認(rèn)油壓、位移等指標(biāo)正常后，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)預(yù)緊鋼絞線，準(zhǔn)備鋼梁的牽引滑移。待鋼絞線繃緊后，反力牛腿位置將鋼絞線前端錨固牢固，之后千斤頂進(jìn)行分級(jí)加載，開(kāi)始進(jìn)行鋼梁牽引。

牽引過(guò)程中，密切注意千斤頂、反力架及滑移支架的情況，一旦出現(xiàn)異常立即停止施工，查明原因并排除異常后，方可繼續(xù)牽引滑移。此外全程注意鋼梁的偏位情況，確保鋼梁沿滑移軌道方向前進(jìn)，出現(xiàn)較大偏位時(shí)應(yīng)停止滑移作業(yè)并及時(shí)糾偏。通過(guò)千斤頂行程的不斷倒換，完成鋼梁的連續(xù)前移。

鋼梁滑移至設(shè)計(jì)橋位附近后，解除牽引滑移系統(tǒng)，采用4臺(tái)三向千斤頂進(jìn)行梁段的平面位置精調(diào)，精調(diào)測(cè)量復(fù)核完畢后，做好臨時(shí)限位，準(zhǔn)備與后續(xù)梁段的對(duì)接作業(yè)。

3.3 節(jié)段對(duì)接及落梁

當(dāng)NE4—NE7滑移到位后，進(jìn)行NDE—NE3節(jié)段的橋位吊裝及與NE4—NE7的對(duì)接。吊裝前，先將NE4與NE7的前端支承轉(zhuǎn)換至永久墩35#墩墩頂，并在34#墩墩頂以及節(jié)段環(huán)口接縫附近的支架縱梁頂面放置好用于梁段平面位置精調(diào)的三向千斤頂和臨時(shí)鋼支墩。用于精調(diào)NDE—NE3節(jié)段以及臨時(shí)支承NDE—NE3節(jié)段的鋼支墩各配備4副，一半放置在34#墩墩頂，一半放在節(jié)段環(huán)口接縫附近的支架縱梁頂面上。設(shè)備材料安置完畢后，千斤頂完成調(diào)試工作并確保可以正常運(yùn)行，做好拼裝胎架，即滑移支架接收NDE—NE3節(jié)段的準(zhǔn)備。

對(duì)接時(shí)，先利用浮吊將NDE—NE3節(jié)段吊裝至設(shè)計(jì)橋位附近，讓鋼梁落于臨時(shí)鋼支墩上，之后，由三向千斤頂對(duì)鋼梁的平面位置及標(biāo)高進(jìn)行精調(diào)。由于NDE—NE3節(jié)段質(zhì)量會(huì)使支架產(chǎn)生二次變形，因此需同時(shí)復(fù)測(cè)NE4—NE7節(jié)段的平面位置及標(biāo)高，檢查拼裝線形是否符合設(shè)計(jì)及施工監(jiān)控要求。若NE4—NE7節(jié)段位置偏離較大，則采用三向千斤頂進(jìn)行二次精調(diào)，使2片大節(jié)段符合設(shè)計(jì)及施工監(jiān)控要求的拼裝線形。待梁段調(diào)節(jié)完成，再進(jìn)行2個(gè)節(jié)段的焊接工作。

節(jié)段完成焊接、焊縫冷卻且通過(guò)探傷檢測(cè)后，將已經(jīng)連成整體的NDE—NE7大節(jié)段的支承全部轉(zhuǎn)換至永久墩上，臨時(shí)支架不再受力。完成支承轉(zhuǎn)換后，采用豎向千斤頂進(jìn)行落梁作業(yè)。落梁采用2對(duì)300 t級(jí)千斤頂，千斤頂布置在集中荷載承受能力最強(qiáng)的支座中心線橫斷面位置，以確保落梁過(guò)程中鋼梁底板不會(huì)因較大的集中力而產(chǎn)生屈服 變形。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)七都北汊橋主線變寬段鋼梁橋位安裝施工條件進(jìn)行分析，采取了一種牽引滑移的施工工藝，得出以下結(jié)論：

1）采用牽引滑移施工工藝，可克服因施工場(chǎng)地及起重設(shè)備性能限制帶來(lái)的施工困難，并且相比于傳統(tǒng)的頂推施工工藝，能降低施工設(shè)備及臨時(shí)材料的投入，減少現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)量及測(cè)量作業(yè)量，在施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度等方面均存在優(yōu)勢(shì)。

2）采用桁架結(jié)構(gòu)作為滑移施工的軌道及鋼梁拼接胎架，施工中嚴(yán)格控制支架的安裝精度，以滿足承載能力要求及使用要求。

3）采用整體式滑靴與穿心式千斤頂組成的滑移系統(tǒng)，滑靴的整體性及限位構(gòu)造能確保鋼梁在施工過(guò)程中不產(chǎn)生過(guò)大的偏位，穿心式千斤頂則能保證鋼梁滑移的連續(xù)進(jìn)行，有利于施工安全及進(jìn)度的保障。

本文所述的牽引滑移安裝施工工藝，為各種存在地形、設(shè)備、工期等制約因素的類似鋼梁安裝工程提供了一種參考方案。

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