桂江三橋鋼管拱肋提升豎轉(zhuǎn)施工技術(shù)
2010-09-20 
一、工程概況

  廣西梧州桂江三橋(鴛鴦江大橋)位于廣西梧州市區(qū)之內(nèi)、西江與桂江交叉匯合處,跨越桂江,連接該市東西兩區(qū),與桂江上游現(xiàn)有的桂江一橋相距約300m。長期以來,桂江一橋成為新、舊兩城區(qū)唯一的交通橋梁。一橋建于70年代,荷載標準低,橋?qū)拑H為11m,隨著東、西兩區(qū)交通量的加大,日益嚴重的交通擁擠現(xiàn)象無法得到解決,因此,桂江三橋的建設成為梧州市政建設的當務之急。

  桂江三橋主橋為三孔自錨式鋼管混凝土中承式系桿拱橋,主橋全長255m(40m+175m+40m),橋?qū)?5.6m,橋型新穎、美觀,與兩岸橋頭的鴛江春泛景點構(gòu)成一幅靚麗的景觀(見圖1)。
圖1 桂江三橋結(jié)構(gòu)示意圖

  該橋主拱為跨度175m的系杯鋼管拱,矢高43.75m,矢跨比為1:4,拱軸采用懸鏈線。拱肋采用4根φ750(δ=14m)鋼管,和橫向平聯(lián)板及腹桿焊接成雙”啞鈴”形截面,兩條主肋中距為17.8m,橋面下設兩個K字橫撐,橋面上設5條一字橫撐,主跨鋼管拱重達1000t,由工廠預制。

  二、鋼管拱肋施工方案的選擇

  傳統(tǒng)的鋼管拱橋主拱的施工方法歸納為纜索吊裝法、水平轉(zhuǎn)體施工法、滿堂支架法、豎向轉(zhuǎn)體施工法四種。

  1.纜索吊裝法

  采用天線纜索吊裝的方法是設計工程師原先擬采用的方法,原設計將主跨分5節(jié)段吊裝合龍,每段吊裝重約65t,由工廠預制水運到位,天線起吊,塔機定位,該方法的施工工藝比較成熟,但需要大跨度、大噸位的纜機,造價較高,且受橋尾場地所限。

  2.水平轉(zhuǎn)體施工法

  水平轉(zhuǎn)體法施工與該橋中承式結(jié)構(gòu)形式不相適應,且無平衡重墩,無法實施。

  3.滿堂支架法

  滿堂支架法施工需要大量的支架材料,造價高,現(xiàn)場拼焊易受外界因素的影響,主拱的質(zhì)量無法得到保證,且工期長,由于桂江航運繁忙,每封航一天費用1.5萬元。影響通航是專家們放棄此方法的重要原因。

  4.豎向轉(zhuǎn)體施工法

  通過專家論證,豎向轉(zhuǎn)體施工可以克服上述方法的不足,是一種可行的方法。目前,國內(nèi)采用豎向轉(zhuǎn)體施工的拱橋有三峽、蓮沱等兩座大橋。桂林三橋主拱的噸位大(半拱500t),預制的鋼管拱肋由江上運至橋址后,需要先將拱腳提升就位,再進行豎向轉(zhuǎn)體施工。這種先垂直提升再豎向轉(zhuǎn)體的施工方法日前在國內(nèi)尚屬首次。

  三、鋼管拱肋豎向轉(zhuǎn)體施工的設計與計算

  桂江三橋鋼管拱肋液壓豎向轉(zhuǎn)體施工的總體方案是:先將主拱分成兩個半拱在駁船上的胎架上焊接完成,經(jīng)過對焊接質(zhì)量、幾何尺寸、拱軸線型等驗收合格后,載拱駁船浮運至橋位,利用4臺ZLD100提升千斤頂將半拱拱腳提升至標高,然后橫移就位于拱鉸座上,再由分別設置于兩邊拱的6臺液壓連續(xù)提升千斤頂,通過鋼絞線,吊具將兩個半拱肋豎向轉(zhuǎn)體就位,在空中對接組焊合龍。施工中技術(shù)方案,見圖2、圖3所示。
圖2 拱腳提升示意圖
圖3 主拱橋施工示意圖

  液壓豎向轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的主要技術(shù)關(guān)鍵為:起吊系統(tǒng)的設計及豎向轉(zhuǎn)體臨時塔的設計。該橋主拱設計荷載考慮吊具、平衡系統(tǒng)、臨時荷載等以1000t計,半拱為5000t。

 ?。?)起吊系統(tǒng)豎向轉(zhuǎn)體力的計算
圖4

  通過計算對于液壓提升設備數(shù)量的設置及轉(zhuǎn)體作用鋼絞線索的數(shù)量的進行必需的配置。

  (2)豎向轉(zhuǎn)體臨時塔的設計

  在拱腳中心線處搭設六五式鐵路軍用墩塔架,高50m,上、下游各兩個,兩塔之間設置兩道橫向支撐,塔頂設轉(zhuǎn)向索鞍,其輪軸縱向曲線半徑為150mm,以保證鋼絞線束在轉(zhuǎn)彎后不致發(fā)生永久變形,并能防止使塔架改前傾,在轉(zhuǎn)向塔頂上設置反拉錨索,錨固端設置在地面錨碇上,在主拱轉(zhuǎn)體過程中隨機進行調(diào)整,確保塔身偏移量不超過允許的范圍。經(jīng)穩(wěn)定應力檢算,塔架立柱的穩(wěn)定應力δ=161MPa<210MPa。

    四、桂江三橋主拱豎直轉(zhuǎn)體施工工藝過程(見圖5)
圖5 工藝流程框圖
  1.施工準備

  為確保桂江三橋主拱大噸位豎直轉(zhuǎn)體施工安全、順利地完成,周密的施工準備工作是十分重要的。

 ?。╨)施工設備就位及調(diào)試

  將拱腳提升用4臺ZLD100提升千斤頂就位于提升支架上,對其液壓同步系統(tǒng)進行調(diào)試,確保系統(tǒng)動作正確無誤。將主拱豎轉(zhuǎn)用的6臺QDCL2000-200連續(xù)同步提升千斤頂就位于邊拱端橫梁端部,并對其液壓連續(xù)同步系統(tǒng)進行調(diào)試,確保系統(tǒng)工作正確無誤。

 ?。?)施工用鋼絞線設置

  拱腳提升及主拱豎直轉(zhuǎn)體用的牽引索均為φ15.24/1860MPa的高強度低松弛預應力鋼絞線,施工前必須將其有序地穿入千斤頂內(nèi),并使用特制梳導器進行鋼絞線的梳導,確保鋼絞線順直。

  2.主拱預位

  隨著警戒船就位后,航道處于管制狀態(tài),主拱隨著載拱駁船預位于設計的安裝位置,駁船拋錨,定位。

  3.拱腳提升

  將捆綁于拱腳的φ43的鋼絲繩與提升用鋼絞線吊具鉸接,然后對每一束鋼絞線進行預緊,確保其受力均勻。操縱連續(xù)同步提升控制系統(tǒng)將拱腳提升至設計標高。

  4.拱腳就位

  利用4臺20t手拉葫蘆將主拱平穩(wěn)地沿提升架上的滑道橫移,直至拱腳完全進入拱座上預設的鉸座內(nèi)。

  5.豎轉(zhuǎn)吊具連接

  用卷揚機牽引豎轉(zhuǎn)用鋼絞線至扣索位置,將扣索鋼絲繩與鋼絞線吊具鉸接。牽引過程中應防止鋼絞線束扭轉(zhuǎn)。

  6.轉(zhuǎn)體索預緊

  用YDC240Q千斤頂對轉(zhuǎn)體用的鋼絞線逐根預緊,確保鋼絞線受力均勻。

  7.主拱豎轉(zhuǎn)

  操縱QDCL2000-200連續(xù)同步提升系統(tǒng)進行主拱豎向轉(zhuǎn)體施工,在施工過程中隨時對拱上預設的應力控制點進行應力監(jiān)測,并隨時對全拱上、下游拱肋的高差進行監(jiān)測、調(diào)整。

  8.半拱就位,全拱合龍

  將第一段半拱豎轉(zhuǎn)至超過合龍標高,第二段半拱豎轉(zhuǎn)至合龍標高,然后將第一段半拱下降至標高,兩半拱肋合龍并焊接。

  五、施工體會

  1.桂江三橋鋼管拱采用柳州歐維姆建筑機械有限公司的液壓連續(xù)同步提升設備作為轉(zhuǎn)體動力源,效果良好,豎轉(zhuǎn)過程中,主拱肋上、下游高差控制在±6cm以內(nèi),主拱施工速度快,正常情況下,3h可完成半拱轉(zhuǎn)體,轉(zhuǎn)體過程平穩(wěn),無沖擊。

  2.采用足夠數(shù)量的φ15.24高強預應力鋼絞線作為柔性承重索,施工中最大的轉(zhuǎn)體噸位為720t,而轉(zhuǎn)體索數(shù)量為72根,破斷荷載72 * 26t=1872t,安全系數(shù)為2.6,符合液壓提升施工的安全性要求,采用較大的安全系數(shù)是完全必要的。

  3.由于轉(zhuǎn)體索需經(jīng)過塔頂?shù)霓D(zhuǎn)向鞍座,在預緊時被壓在鞍座下的鋼絞線由于摩阻的原因按照常規(guī)的預緊方法無法滿足工程的要求,施工中工程技術(shù)人員通過反復試驗,很好地解決了這一難題,確保了鋼絞線受力均勻。

  4.端橫梁中鋼絞線的預埋孔道應確保安裝正確、順直,以防施工穿束時因孔道彎曲使鋼絞線打攪,影響施工順利進行。

  5.鋼絲繩扣索的長度應精心設計施工,使吊具位置錯開,確保吊具處于最佳受力狀態(tài),這是非常重要的環(huán)節(jié)。

  6.吊具錨頭處灌注環(huán)氧砂漿,使豎直轉(zhuǎn)作過程中因鋼絞線過塔頂鞍座時由靜摩擦到動摩擦過渡時所產(chǎn)生的索的較大震動不傳遞到錨具上,確保施工安全。

  六、結(jié)束語

  將液壓提升技術(shù)成功地應用于廣西梧州桂江三橋鋼管拱助豎直轉(zhuǎn)體施工(圖6),提供了一種新型的施工設備、技術(shù)。施工實踐證明,這是一項高效低成本的施工方法。我們將繼續(xù)與廣大工程界一道為推廣應用這項新技術(shù)、新方法、推動橋梁施工技術(shù)的發(fā)展作出我們應有的貢獻。
圖6

  參考文獻:

  【1】李東紅,鋼管拱板豎轉(zhuǎn)施工計算,橋梁建設

  
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