銀西高鐵漠谷河2#特大橋鋼桁梁下節(jié)點板預(yù)埋施工技術(shù)

金禮俊，劉矗東，盧思吉，許 俊，侯之瑤

(1.中鐵四局集團有限公司第七工程分公司，安徽合肥 230022；2.西南交通大學(xué)橋梁工程系，四川成都 610031)

目前，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋已經(jīng)成為中等跨徑橋梁中十分具有競爭力的橋型之一，在過去的幾十年間我國也修建了一大批混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。但是，養(yǎng)護檢測的數(shù)據(jù)表明，此類橋梁目前存在兩大“頑疾”——即跨中下?lián)虾透拱彘_裂[1]。有研究資料表明，采用鋼桁和混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋組合而成的鋼桁加勁混凝土剛構(gòu)橋?qū)τ诟纳茦蛄汉笃谛熳冏冃尉哂忻黠@效果，具有在鐵路橋梁建設(shè)中推廣的價值[2～3]。然而，此類橋梁建造過程一般采用“先梁后桁”的模式，隨時間變化的混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋線形導(dǎo)致鋼桁節(jié)段與預(yù)埋件的連接成為此類橋梁建造的關(guān)鍵所在。結(jié)合銀西高鐵漠谷河2#特大橋加勁鋼桁施工，介紹此類橋梁加勁鋼桁施工時預(yù)埋節(jié)點板的定位施工技術(shù)，用于提高節(jié)點板預(yù)埋精確度，確保鋼桁架順利連接且施工完成后桁架內(nèi)力分布合理。

1 工程概況

銀西高鐵連接陜西省、甘肅省和寧夏回族自治區(qū)，是國家西部開發(fā)《國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中的高等級鐵路福銀高鐵的組成部分。銀西高鐵漠谷河2#特大橋位于咸陽市乾縣境內(nèi)，大橋全長1 605.22 m，是銀西高鐵全線跨度最大、墩高最高的橋梁，也是陜西段重點控制性工程。主橋1#～5#墩設(shè)計為跨度(97+2×180+97) m的加勁鋼桁連續(xù)剛構(gòu)組合結(jié)構(gòu)。大橋主橋及加勁鋼桁采用“先梁后桁”的施工順序：主橋連續(xù)剛構(gòu)段邊跨由0號～23號塊24個節(jié)段組成，中跨由0號～22號塊、1’號～21’號塊44個節(jié)段組成，其中22號塊為中跨合龍段，23號塊為邊跨現(xiàn)澆段，其余節(jié)段采用對稱懸臂施工。在連續(xù)剛構(gòu)段主跨跨中設(shè)置無豎桿三角形加勁鋼桁，即主橋兩中跨各設(shè)置一孔鋼桁梁，全橋共兩孔鋼桁梁，每孔長156 m。鋼桁梁與主橋位置關(guān)系見圖1[4]。

圖1 鋼桁與主橋位置關(guān)系(單位：cm)

大橋加勁鋼桁桁高12 m，桁寬11 m，節(jié)段長度12 m。弦桿采用等高度箱型截面，高880 mm，內(nèi)寬為730 mm，板厚24～40 mm。腹桿采用“H”型截面，桿件高730 mm，翼緣板寬700 mm，板厚16～24 mm。弦桿采用四面拼接，腹桿采用兩面拼接。上平聯(lián)為“N”字形式，截面均為“H”型斷面。主桁弦桿及腹桿的連接采用M27高強度螺栓。平聯(lián)與上弦整體節(jié)點連接螺栓采用M24的高強度螺栓。

主桁上弦采用整體節(jié)點，下弦節(jié)點采用埋置于混凝土梁內(nèi)的整體節(jié)點。鋼桁下節(jié)點板采用埋入式構(gòu)造，依靠PBL鍵與梁體連接，下節(jié)點節(jié)點板范圍內(nèi)梁頂設(shè)凸臺，外包鋼板，內(nèi)灌混凝土(內(nèi)灌混凝土和梁體混凝土同時澆筑)。端節(jié)點板高2 480 mm，長2 600 mm，寬1 100 mm，中節(jié)點板高2 480 mm，長3 280 mm，寬1 100 mm，節(jié)點板埋入混凝土800 mm，外露1 680 mm。下節(jié)點板構(gòu)造示意圖見圖2，節(jié)點板與梁段位置關(guān)系見圖3。

圖2 下節(jié)點板基本構(gòu)造示意

2 施工總體方案

漠谷河2#特大橋主橋鋼桁加勁連續(xù)剛構(gòu)段采用“先梁后桁”施工順序，主要分為兩個步驟完成，先對連續(xù)剛構(gòu)梁進行掛籃懸臂施工，施工過程中對各梁段的下節(jié)點板進行預(yù)埋；連續(xù)剛構(gòu)梁端合龍及預(yù)應(yīng)力施工完畢后，在橋面上設(shè)置履帶式吊車與汽車吊對桿件單根吊裝并拼接[5]。在鋼桁架施工當(dāng)中，下節(jié)點板的精確定位安裝與鉆孔是關(guān)鍵所在也是桿件能順利安裝完成的前提，如果節(jié)點板安裝誤差過大，不僅會導(dǎo)致后續(xù)桿件安裝困難還會影響桁架安裝完成后各桿件的受力情況。鋼桁架下節(jié)點板在工廠內(nèi)經(jīng)行制作，檢驗合格后運輸至現(xiàn)場，在現(xiàn)場采用一種精確定位工裝進行節(jié)點板的定位安裝，反復(fù)檢驗合格后方可澆筑混凝土，之后在安裝桁架前對節(jié)點板進行現(xiàn)場鉆孔工作。

圖3 下節(jié)點板與梁段示意

3 節(jié)點板預(yù)埋誤差限值分析

上文已經(jīng)提到，如若預(yù)埋節(jié)點板安裝誤差較大，將會造成后續(xù)鋼桁架安裝困以及桁架安裝完成后內(nèi)力分布不合理。針對這個問題，可利用有限元分析軟件Midas建立橋梁模型，分析鋼桁架節(jié)點位移對成橋后桁架內(nèi)力的影響，得出預(yù)埋節(jié)點板施工理論偏差限制。節(jié)點板可能出現(xiàn)的安裝偏位示意圖如圖4。

圖4 預(yù)埋節(jié)點偏位

3.1 模型的建立

為得到不同節(jié)點偏位下鋼桁架桿件內(nèi)力情況，選取10組不同的偏位數(shù)值與桁架自重進行組合，得到荷載工況(表1)。

表1 預(yù)埋節(jié)點板施工偏位組合

得到的Midas軟件有限元模型見圖5。

圖5 鋼桁架有限元模型

3.2 節(jié)點板偏位計算結(jié)果

通過有限元分析，得到了不同偏位組合情況下鋼桁架桿件的內(nèi)力及應(yīng)力情況，其中應(yīng)力情況見表2。

表2 各工況應(yīng)力結(jié)果匯總

由上表2可得到，在不同偏位情況下，主桁以受軸向應(yīng)力為主，而剪切應(yīng)力與彎曲應(yīng)力均較小。分析結(jié)果表明，主桁相鄰預(yù)埋節(jié)點板發(fā)生豎向偏位11 mm、縱向偏位11 mm、橫向偏位5 mm時，鋼桁架最大拉應(yīng)力超過軸向容許應(yīng)力。故節(jié)點板安裝誤差應(yīng)控制在豎向誤差10 mm，縱向誤差10 mm，橫向誤差5 mm范圍內(nèi)。

4 節(jié)點板預(yù)埋施工技術(shù)

下節(jié)點板與主橋連續(xù)剛構(gòu)部分的連接采用PBL剪力鍵進行連接，鋼桁下節(jié)點板采用埋入式構(gòu)造，下節(jié)點節(jié)點板范圍內(nèi)梁頂設(shè)凸臺，外包鋼板，內(nèi)灌混凝土，內(nèi)灌混凝土和梁體混凝土同時澆筑。澆筑完成后根據(jù)鋼桁梁制造精度控制，并考慮現(xiàn)場澆筑的施工工藝[6-8]，在下節(jié)點板預(yù)埋后鋼桁梁腹桿、上弦桿、上平聯(lián)能順利安裝成型，運用高精度測量儀器對下節(jié)點板預(yù)埋精度進行控制。

4.1 節(jié)點板定位工裝的安裝

結(jié)合上文計算的節(jié)點板安裝誤差限值，為保證節(jié)點板安裝精度，通過特殊工裝[9]對預(yù)埋節(jié)點板進行定位安裝。

4.1.1 預(yù)埋錨固鋼筋

在上一節(jié)段梁體澆筑前，沿著每側(cè)節(jié)點板縱向軸線兩側(cè)各1.2 m位置處預(yù)埋6組φ32 mm精軋螺紋鋼，埋入梁體50 cm，外露20 cm，作為支承鋼架豎向錨固鋼筋，沿每組支承型鋼兩側(cè)外緣，埋設(shè)φ16 mm鋼筋，埋入梁體30 cm，外露10 cm，作為支承鋼架橫向固定鋼筋。錨固精軋螺紋鋼如圖6所示。

圖6 錨固精軋螺紋鋼

4.1.2 安裝支承鋼架縱向型鋼

梁體施工至預(yù)埋節(jié)點板梁段時，在已澆筑梁段精確放樣節(jié)點板縱向軸線、節(jié)點板支承型鋼架縱向型鋼軸線，按照軸線位置，將兩根45b工字鋼安裝在已澆筑梁段上，并懸出4 m作為節(jié)點板安裝縱梁，利用φ32 mm精軋螺紋鋼將縱向型鋼錨固于已澆筑梁段，并與預(yù)埋的φ16 mm鋼筋焊接以防止型鋼橫向移動，然后使用槽鋼將兩根縱向型鋼連接為整體，以保證支撐鋼架穩(wěn)定性。見圖7。

圖7 縱向支承型鋼

4.1.3 安裝支承鋼架橫向型鋼

在支撐鋼架縱梁上用全站儀定位出橫梁位置，在縱梁上鋪設(shè)雙拼25b工字鋼作為橫梁，測量橫梁標高進行調(diào)整，使其與設(shè)計標高大致相同，橫梁與縱梁之間焊接連接(圖8)。

圖8 橫向支承型鋼

4.2 節(jié)點板安裝與調(diào)整

4.2.1 測量放樣

使用全站儀在支承鋼架橫梁上定出節(jié)點板橫向和縱向軸線的位置，并做標記。見圖9。

圖9 測量放樣

4.2.2 節(jié)點板安裝

節(jié)點板通過運輸工裝運送至設(shè)計位置后，在節(jié)點板前后兩端左右兩側(cè)焊接總計4塊鋼墊板作為支點使節(jié)點板能夠放置在支承鋼架上。使用掛籃吊裝系統(tǒng)吊裝節(jié)點板至支承鋼架上，節(jié)點板軸線位置要與設(shè)計位置基本一致。

4.2.3 節(jié)點板精調(diào)

首先進行縱向精調(diào)，采用25 t螺旋千斤頂作為工具，一端頂在支點鋼墊板上，另一端頂在支撐鋼架縱梁上，根據(jù)標記的縱向軸線逐步將節(jié)點板精確對位；然后進行橫向精調(diào)，采用25 t螺旋千斤頂作為工具，一端頂在節(jié)點板上，另一端頂在支撐鋼架橫向連接槽鋼上，根據(jù)標記的橫向軸線逐步將節(jié)點板精確對位；最后進行豎向精調(diào)，采用水準儀對節(jié)點板頂面高程進行測量，使用掛籃吊裝系統(tǒng)將節(jié)點板吊起適當(dāng)高度，使用鋼墊板進行標高調(diào)整致設(shè)計位置。

4.2.4 節(jié)點板固定

節(jié)點板精調(diào)完成后，將節(jié)點板上的支點鋼墊板與支撐鋼架橫梁焊接了牢固，保證節(jié)點板在澆筑過程中不發(fā)生移動。使用該工裝安裝節(jié)點板實物圖見圖10。

圖10 使用定位裝置安裝節(jié)點板

銀西高鐵漠谷河2#特大橋施工過程中主橋連續(xù)剛構(gòu)段加勁鋼桁梁節(jié)點板預(yù)埋均采用上述施工技術(shù)進行處理，混凝土澆筑后個別下節(jié)點板偏差略有變動，但均在規(guī)范要求范圍之內(nèi)，仍滿足施工需要。

5 結(jié)束語

銀西高鐵漠谷河2#特大橋主橋加勁鋼桁架下節(jié)點板預(yù)埋精度高、操作簡單、耗時較少，通過對鋼桁預(yù)埋節(jié)點板施工偏差控制限值、節(jié)點板精確定位方法研究解決了“先梁后桁”施工順序中的鋼桁架與預(yù)埋節(jié)點板連接困難這一施工難題。同時采用的節(jié)點板定位裝置結(jié)構(gòu)明確操作簡單，在確保安裝精度的同時可提高施工效率，為后期鋼桁架桿件的連接打下堅實的基礎(chǔ)。下節(jié)點板整體施工完成節(jié)約了近一個月的工期，為后續(xù)其他工作爭取了時間，同時下節(jié)點板預(yù)埋技術(shù)為以后橋梁設(shè)計、施工提供了新思路，具有借鑒意義。