章耀林
(中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司 天津 300300)
銀西鐵路銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋主橋跨越黃河,位于9?!?7#墩間,橋跨布置為1-96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁+2×3-168 m連續(xù)鋼桁柔性拱+1-96 m簡(jiǎn)支鋼桁梁,見(jiàn)圖1。
圖1 銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋橋跨布置
主橋鋼桁梁柔性拱采用下承式鋼桁梁結(jié)構(gòu),桁高12.8 m,桁寬13.8 m。一聯(lián)鋼桁梁柔性拱共44個(gè)節(jié)間,其中兩邊跨各15個(gè)節(jié)間,節(jié)間長(zhǎng)度分為11 m、12 m兩種規(guī)格;中跨14個(gè)節(jié)間,節(jié)間長(zhǎng)度均為12 m。
拱圈矢高28 m,矢跨比1/4.71。拱圈共34個(gè)節(jié)間,其中兩邊拱各12個(gè)節(jié)間,長(zhǎng)度均為11 m;中拱10個(gè)節(jié)間,長(zhǎng)度均為12 m(見(jiàn)圖2)。
圖2 3×168 m連續(xù)鋼桁梁1/2柔性拱結(jié)構(gòu)(單位:m)
鋼梁的平面聯(lián)接系分拱肋平縱聯(lián)和上平縱聯(lián)。柔性拱每個(gè)節(jié)間(包括加勁弦)均設(shè)置平縱聯(lián),鋼桁梁每個(gè)節(jié)間上弦之間均設(shè)置平縱聯(lián)。鋼桁梁下弦間設(shè)置正交異性鋼橋面板[1-4]。
鋼梁下弦桿、上弦桿、拱肋均采用箱形斷面,腹桿采用箱形斷面和工字形兩種斷面,吊桿采用八角形斷面,平聯(lián)采用工字形斷面。鋼梁各主要構(gòu)件最大重量見(jiàn)表1。
表1 3×168 m連續(xù)鋼桁梁柔性拱各主要構(gòu)件及最大重量
從端斜桿開(kāi)始,每?jī)蓚€(gè)節(jié)間設(shè)置一道橋門(mén)架或橫聯(lián)。
主桁采用焊接整體節(jié)點(diǎn),弦桿及拱肋與節(jié)點(diǎn)板在工廠焊接,腹桿及吊桿與節(jié)點(diǎn)板采用對(duì)拼式或插入式連接。桿件采用M30高強(qiáng)摩擦型螺栓連接。正交異性鋼橋面板橫梁與主桁下弦桿之間采用高強(qiáng)螺栓連接,面板與下弦桿上緣之間、橋面板之間在工地焊接[5-8]。
銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋規(guī)模龐大,原設(shè)計(jì)工期為43個(gè)月,是銀西鐵路控制性工程。由于業(yè)主對(duì)銀西鐵路總工期的要求,期望將銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋工期控制在14個(gè)月內(nèi),并控制成本、保證質(zhì)量。為此業(yè)主在招標(biāo)前組織了銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋施工方案競(jìng)賽,要求各投標(biāo)單位論證工期控制在14個(gè)月內(nèi)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。因此,工期是選擇技術(shù)方案最主要的制約因素。如何盡可能地縮短工期,同時(shí)能夠保證工程質(zhì)量是選擇施工方案首先要考慮的問(wèn)題,此外還需保證施工方案經(jīng)濟(jì)合理[9-11]。
經(jīng)過(guò)深入分析研究,中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)創(chuàng)造性地提出了“橋梁下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)原位同步施工、連續(xù)鋼桁梁與柔性拱同步施工”的總體施工方案,能將銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋總工期控制在14個(gè)月內(nèi),并能很好地保證質(zhì)量、控制成本,由此成功中標(biāo)銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋項(xiàng)目。
鋼桁梁柔性拱具體的施工步驟見(jiàn)圖3。
圖3 鋼梁架設(shè)步驟
步驟一:在下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí),拼裝11?!?2#、14?!?5#墩間起始節(jié)間鋼梁拼裝支架及其他各臨時(shí)支架。起始節(jié)間鋼梁拼裝完成后,利用履帶吊機(jī)拼裝完成起始節(jié)間鋼梁(中跨跨中4個(gè)節(jié)間鋼梁),之后拼裝完成架梁吊機(jī)。
步驟二:架梁吊機(jī)雙懸臂對(duì)稱(chēng)架設(shè)鋼梁至11#、12#、14#、15#墩后,在鋼梁起始節(jié)間上拼裝架拱吊機(jī)。 同時(shí),采用履帶吊機(jī)拼裝 9?!?0#、16?!?7#墩間96 m跨簡(jiǎn)支鋼桁梁。
步驟三:架梁吊機(jī)繼續(xù)雙懸臂拼裝邊跨鋼桁梁,架拱吊機(jī)完成中拱安裝并合龍后繼續(xù)向邊跨架設(shè)6個(gè)節(jié)間的邊拱。
步驟四:架拱吊機(jī)穿過(guò)已經(jīng)架設(shè)好的部分邊拱和中拱,架設(shè)另一邊拱(此邊跨側(cè)架梁吊機(jī)架設(shè)完成鋼桁梁及吊機(jī)站位平臺(tái)后即拆除),剩余邊拱由架梁吊機(jī)、架拱吊機(jī)架設(shè)。
步驟五:通過(guò)主墩墩頂三向位移測(cè)量裝置在合適溫度條件下精確調(diào)整合龍口位置,架梁吊機(jī)、架拱吊機(jī)分別站位于臨時(shí)站位平臺(tái)上完成邊拱合龍。邊拱合龍后,調(diào)整鋼梁,落梁就位。
為縮短工期,下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)同步施工,具體措施如下:
(1)以棧橋作為施工通道,局部加寬兼作上部結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)
由于主橋跨越黃河,鋼梁運(yùn)輸需借助棧橋;11?!?2#墩間起始節(jié)間鋼梁吊裝需借助吊裝平臺(tái)。
棧橋位于主橋上游側(cè)21 m,全長(zhǎng)712.4 m。棧橋標(biāo)準(zhǔn)寬度為10.0 m,標(biāo)準(zhǔn)跨度為15 m。棧橋頂高程為+1 110.500 m。棧橋采用鋼管樁+貝雷梁+鋼橋面板結(jié)構(gòu)形式。棧橋滿足150 t履帶吊、掛-120汽車(chē)通行(見(jiàn)圖4)。
圖4 棧橋布置(單位:m)
棧橋第三聯(lián)寬度增加到18 m,兼做起始節(jié)間鋼梁吊裝平臺(tái)。除滿足前述車(chē)輛通行要求外,尚且滿足150 t履帶吊吊裝起始節(jié)間鋼梁等作業(yè)要求。
(2)鋼梁從中跨跨中向兩側(cè)橋墩方向架設(shè),與基礎(chǔ)施工同步進(jìn)行
為實(shí)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)同步施工,在3×168 m連續(xù)鋼桁梁柔性拱下布置臨時(shí)墩。臨時(shí)墩布置見(jiàn)圖5。在下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí),搭設(shè)臨時(shí)墩支架,之后架設(shè)鋼梁[12]。
圖5 3×168 m連續(xù)鋼桁梁柔性拱臨時(shí)墩布置(單位:m)
11?!?2#墩間起始4個(gè)節(jié)間鋼桁梁采用150 t履帶吊機(jī)站位于吊裝平臺(tái)(棧橋第三聯(lián))拼裝;14?!?5#墩間起始4個(gè)節(jié)間鋼桁梁采用150 t履帶吊機(jī)站位于便道上拼裝。
鋼梁拼裝順序?yàn)橥鈧?cè)下弦桿——內(nèi)側(cè)下弦桿——橋面板——外側(cè)腹桿——外側(cè)上弦桿——內(nèi)側(cè)腹桿——內(nèi)側(cè)上弦桿件——上平聯(lián)。
鋼梁起始節(jié)間及架梁吊機(jī)拼裝共需要38 d,正好位于低溫季節(jié)。因低溫對(duì)于鋼梁焊接和栓接均不利,故拼裝鋼梁起始4個(gè)節(jié)間時(shí),橋面板暫不焊接,需栓接的構(gòu)件暫采用沖釘替代,以避開(kāi)極寒天氣的影響,待氣溫升高再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。在臨時(shí)墩頂布置三向位移測(cè)量裝置,以便調(diào)整鋼梁的位置。
起始節(jié)間鋼梁架設(shè)完成后,架梁吊機(jī)由汽車(chē)通過(guò)便道和棧橋運(yùn)輸至已經(jīng)拼裝好的起始4個(gè)節(jié)間鋼桁梁處,由150 t履帶吊機(jī)站位于吊裝平臺(tái)(11?!?2#墩)或地面(14?!?5#墩)上,在起始節(jié)間上各拼裝2臺(tái)架梁吊機(jī)。每臺(tái)架梁吊機(jī)占用2個(gè)節(jié)間鋼梁空間。架梁吊機(jī)拼裝完畢后雙懸臂架設(shè)鋼桁梁。架梁吊機(jī)初始站位見(jiàn)圖6。
圖6 架梁吊機(jī)初始站位示意
中跨連續(xù)鋼桁梁施工完成后,柔性拱與連續(xù)鋼桁梁開(kāi)始同步架設(shè)。柔性拱中拱及1.5個(gè)邊拱共28個(gè)節(jié)間采用40 t架拱吊機(jī)拼裝。為方便柔性拱架設(shè),采取如下技術(shù)措施:
(1)采用穿拱架拱吊機(jī)吊裝柔性拱
由于40 t架拱吊機(jī)先架設(shè)中拱,后架設(shè)邊拱,架拱吊機(jī)需要穿越柔性拱。架設(shè)邊拱的60 t或75 t架梁吊機(jī)拼裝完邊跨鋼桁梁后,后退至40 t架拱吊機(jī)拼裝好的柔性拱處,從柔性拱中部開(kāi)始,往邊墩方向倒退架設(shè)剩余6個(gè)節(jié)間柔性拱(見(jiàn)圖7)。
圖7 40 t全回轉(zhuǎn)吊機(jī)穿拱示意
架拱吊機(jī)走行時(shí),利用翻轉(zhuǎn)油缸使底盤(pán)支點(diǎn)平轉(zhuǎn)90°,使之不與吊桿沖突,走行到位后再將支點(diǎn)反轉(zhuǎn)90°,使之支承在鋼梁上弦桿上并錨固,開(kāi)始架設(shè)柔性拱。
吊機(jī)軌道設(shè)置在上弦桿與平聯(lián)連接的節(jié)點(diǎn)處,吊機(jī)走行到位后由吊機(jī)自帶滑移裝置向前滑移。
(2)調(diào)整拱腳2個(gè)節(jié)間的拱平聯(lián)安裝時(shí)機(jī)
為方便40 t架拱吊機(jī)通過(guò),安裝柔性拱時(shí),拱腳2個(gè)節(jié)間的拱平聯(lián)不能與拱同步安裝,需待40 t架拱吊機(jī)穿拱后再采用履帶吊機(jī)站位于棧橋上拼裝。
(3)設(shè)置架梁吊機(jī)臨時(shí)站位平臺(tái)
邊拱合龍時(shí),2臺(tái)40 t架拱吊機(jī)站位于13#墩頂?shù)恼疚黄脚_(tái)上,60 t或75 t架梁吊機(jī)站位于10?;?6#墩頂站位平臺(tái)上。站位平臺(tái)由弦桿、豎桿和橫向聯(lián)接系組成,弦桿和豎桿與鋼梁節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接(見(jiàn)圖8)。
圖8 邊拱合龍時(shí)架梁吊機(jī)站位
(4)采用柔性拱拱腳合龍技術(shù)
為消除柔性拱合龍口相對(duì)位移,方便拱腳合龍,可利用合龍口附近支墩上的千斤頂頂落梁。分析表明在溫度較高時(shí),合龍口相對(duì)位移較小,可以直接合龍。實(shí)際施工時(shí)通過(guò)實(shí)測(cè)溫度及觀察合龍口變化情況,采取在合適溫度時(shí)直接合龍的方法合龍柔性拱。
銀川機(jī)場(chǎng)黃河特大橋采用的“橋梁下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)原位同步施工、連續(xù)鋼桁梁與柔性拱同步施工”的施工方法最突出的特點(diǎn)是通過(guò)采取合理的技術(shù)措施,在保證施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)合理性的前提下實(shí)現(xiàn)了鋼桁梁柔性拱的快速施工,其優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:
(1)鋼梁與下部結(jié)構(gòu)同步施工,鋼梁施工開(kāi)始時(shí)間提前,縮短了總工期。
(2)相對(duì)先施工下部結(jié)構(gòu)后施工上部結(jié)構(gòu),下部結(jié)構(gòu)的施工時(shí)間受鋼梁影響小,可利用的施工時(shí)間更長(zhǎng),有助于保證下部結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。
(3)鋼梁在原位施工,避免異位搭設(shè)支架施工然后采用滑移、頂推或轉(zhuǎn)體等施工方法移動(dòng)到設(shè)計(jì)橋位,有效降低了支架結(jié)構(gòu)規(guī)模并減少了工序,降低了施工難度,具有更好的經(jīng)濟(jì)性,工期更省。
(4)臨時(shí)墩的設(shè)置增加了鋼桁梁的剛度,鋼桁梁與柔性拱同步施工時(shí)變形小,便于梁、拱之間的連接,降低了施工難度,縮短了鋼梁施工的工期。
(5)穿拱架拱吊機(jī)及站位平臺(tái)設(shè)置,可以根據(jù)施工進(jìn)度情況,調(diào)整鋼梁安裝工序和吊機(jī)配置,提高吊機(jī)的利用率并避免設(shè)備調(diào)配問(wèn)題影響工期。
(6)柔性拱合龍口設(shè)置在拱腳而非跨中,降低了合龍難度,有助于縮短工期。實(shí)際施工時(shí),直接在合適的溫度合龍,合龍時(shí)間短。