大跨度连续刚构钢管拱桥施工关键技术研究分析

发表时间:2021/4/9   来源:《工程建设标准化》2020年24期   作者:王磊1,周晓会2
[导读] 本文根据作者多年施工经验,以府河特大桥主桥钢管拱桥为例,
        王磊1,周晓会2
        1.王磊,浙江杭甬复线宁波一期高速公路有限公司,浙江省宁波市315100;2.周晓会,中建七局安装工程有限公司,河南省郑州市450011
        摘要:本文根据作者多年施工经验,以府河特大桥主桥钢管拱桥为例,对大跨度连续刚构钢管拱桥施工进行了阐述和分析,供大家借鉴和参考。
        关键词:大跨度;连续刚构钢管拱桥;技术;分析
1、项目简介
        府河特大桥桥梁全长5833.65m,主桥采用跨度布置为90+200+90m三跨连续刚构系杆拱桥。主梁为预应力混凝土结构,采用单箱双室变高度箱形截面,跨中及边支点处梁高4.6m,中支点处梁高10.6m,梁底按圆曲线变化。箱梁顶宽14.2m,中支点处局部顶宽16.5m;箱梁顶板厚0.44~0.68m,中支点处局部顶板厚1.7m,边支点处局部顶板厚0.72m,箱梁底宽10.8m,中支点处局部底宽13.8m;底板厚度0.40~2.0m,中支点处局部底板厚度2.0m,边支点处局部底板厚0.85m。

        图1 主桥桥式布置图
        拱肋钢管在工厂制作加工后,运至现场拼装,每榀拱肋划分17运输节段,运输节段最大长度小于17.0m。每榀拱肋上下弦管分别设一处灌注混凝土隔仓板和36道加劲钢箍;腹板内设3处灌注混凝土隔仓板,沿拱轴线均匀设置加劲拉筋,加劲拉筋间距为0.5m。两榀拱肋之间共设11道横撑,横撑均采用空间桁架,各横撑由4根φ500×14mm主钢管和32根φ250×10mm连接钢管组成,钢管内部不填混凝土。吊杆顺桥向间距9m,全桥共设40组双吊杆。
2、0#块施工钢管支架结构
        钢管支架底模排架单侧共14排,分配梁A、分配梁B及分配梁D采用2HN700×300型钢,分配梁C采用HN700×300型钢。钢管柱最大反力为312t。底模排架为桁架结构,上弦杆采用2[32a型钢,下弦杆、斜杆采用2[]20a型钢,竖杆为φ297×6mm钢管。拱架主拱肋采用2[32a型钢,拱脚采用可调撑杆连接。抄垫高度设计值为H=150mm,现场拼装时根据实际测量对抄垫高度H偏差进行修正。侧模排架为桁架结构,采用精轧螺纹钢对拉侧模排架。底模板及侧模板均采用钢模板。拼装支架时采用200t.m塔吊进行吊装。
3、主梁施工
3.1方案概述
主梁采用挂篮进行施工,在0号块上拼装挂篮,挂篮梁段长分别有3.0m、
3.5m、4.0m、4.5m四种。悬浇梁段最重3430KN。挂篮为菱形挂篮,由主桁架、底模平台及吊挂系统、内外模吊挂及走行系统、后锚固、内外模、限位设施、施顶系统等组成。挂篮一次走行,底模板通过后下横梁吊挂于导梁上,采用千斤顶拽拉挂篮走行就位。
3.2挂篮结构
    挂篮主桁架分三片主桁,通过联结系联结成整体;每片主桁由上下弦杆、斜撑杆、斜拉带组成;挂篮主桁各杆件之间以及主桁与联结系之间均为铰接。
        底模平台由前下横梁、后下横梁、底模纵梁及底模板;前后吊挂系统前上横梁、锚梁、吊带(吊杆)、千斤顶组成;内外侧模包含外侧模排架、内模排架、吊挂、内外导梁及模板;挂篮走行系统包括走道梁、后勾板、内外导梁及走行吊挂框。后锚固系统包含锚固梁及锚固预应力筋。
3.3挂篮施工步骤
        1)挂篮主桁架采取散拼,由200t.m塔吊吊装各菱形桁架、连接系及各杆件等;底模平台在桥位处地面拼装整体后,整体提升至设计位置;完成混凝土浇筑前准备工作。2)完成主梁节段混凝土浇筑施工。3)底模平台下放800mm脱离混凝土底面,完成吊挂系统转换,将后下横梁吊挂至外导梁,解除底模后吊挂,由千斤顶抓拉主桁架走行至设计位置。4)重复步骤一至步骤三,完成主梁剩余梁段混凝土浇筑施工。
3.4主梁合龙段施工
        主梁合龙顺序:先边跨合龙后中跨合龙。
        边跨合龙:待边跨现浇段施工完毕,采取沙袋进行配重,对边跨合龙段进行锁定,浇筑边跨合龙段混凝土,逐渐同步卸载边跨合龙段侧沙袋;张拉预应力并压浆完毕,形成简支单悬臂结构,完成体系转换。
        中跨合龙:采用合龙吊架施工方案,两个边跨合龙完毕后,中跨合龙段锁定,浇筑边跨合龙段混凝土,逐渐同步卸载边跨合龙段侧沙袋;张拉预应力并压浆完毕,完成体系转换。
        合龙吊架利用挂篮底平台、侧模排架及内外侧模板。合龙锁定采用劲性骨架进行体外支撑,采用预应力束作为临时约束。整个合龙过程中每个步骤均调整配重以保证主梁及合龙段的稳定性,为了减少两端悬臂受温度变化的影响可能产生纵向伸缩使合龙段节段长度变化,从而导致合龙段混凝土凝固过程中受到张拉或压缩的超应力的影响而产生裂缝,在浇筑合龙段混凝土前采用劲性骨架体外支撑和施加预应力束外拉的方式将两端悬臂临时联结,保护合龙段混凝土的完整。
4、拱肋提升支架施工
4.1拱肋提升施工方案
        钢管拱肋总重为774t,每侧拱肋分为17节,最大节段重量约24t,每道横撑重量为11.6t,拱肋节段按照设计要求在工厂内加工制作完毕,经过预拼装矫正机检验合格后,汽车运输至46#墩位置,根据拼装施工进度需要,按安装顺序由130t汽车吊先后将拱节吊装至桥面运输车上,运输至安装位置。

        图2 拱节段吊放至梁面施工布置图        图3  拱肋提升支架施工布置图
        拱肋划分为三段进行施工,其跨度为53m+94m+53m。其中两边跨(53m段)采用原位拼装,由80t履带吊吊装,其最大节段重量16.5t;中跨(94m段)先采用80t履带吊分节段吊装至支架上焊接成整体,再由吊架整体起吊提升至设计位置,其整体节段重量约370t,共4个吊点。两边跨(53m段)其钢管拼装支架顶部分配梁上设置鞍座,采用千斤顶起顶鞍座对钢管拱节段线形进行调节。
拱肋
   吊臂长度为36m,其最大吊重为22t,最小吊距为5.5m,可满足最高拱肋节段吊装。 整体提升中跨(94m段)拱肋施工时,对主梁主体结构进行计算,其主梁受力拉应力计算值满足设计要求,则此方案满足施工要求。施工资源的选配主要为满足拱肋分节段吊装,对吊机、钢丝绳、卸扣和吊耳等施工资源规格的选择,主要参数如下:

4.2拱肋正式提升流程
        ①操作:按指令要求进行加载和提升;②观察:各个观察点应及时反映观察内容有无异常;③测量:各个测量点应认真做好测量工作,及时反映测量数据;④校核:数据汇总至现场技术组,对比实测数据与理论数据的差异;⑤分析:若有数据偏差,有关各方应认真分析差异原因;⑥决策:认可当前工作状态,并下达下一步操作指令。
5、拱肋线型控制方案
5.1 测量控制网布设
        整个桥拱肋跨距200m,设置两个方格控制网用于拱肋的安装定位,高程控制可以依据方格网布设。控制网点还要保证满足拱肋安装后定期观测的要求,两个控制网之间要进行闭合差测设,以满足拱肋安装测量精度要求。

5.2钢拱脚安装定位测量
        拱脚安装时,将全站仪架设在相对应的控制点上,拱脚吊上支撑架后,对其进行初步测量,根据全站仪观测得出数据,通知安装人员对拱座进行调整,拱脚安装重点要观测定位尺寸和倾斜度,一定要保证定位尺寸和倾斜度的精度达到设计要求。
5.3拱肋、横撑安装测量
        本工程拱肋的测量主要分为3个部分,边跨原位安装、中跨低位拼装、中跨提升到位共3组测量数据,重点是中跨拱肋节段的提升测量。在中跨节段吊装前,测量人员依据测量要求,将反射片贴于标记处,在温度作用下,对拱肋变形进行连续观测,作为合龙温度下拱肋实测线形对计算结果的验证,从而指导张拉索力的调整和合龙段长度的测量。
6、结语
        连续刚构梁拱组合体系桥梁是一类新型并具竞争力的桥型,因其强度高、跨越能力强、施工便捷、经济效果好、外形美观等特点在我国桥梁中得到广泛使用。
参考文献
[1]刘宏伟.大跨度连续刚构柔性拱桥钢管拱施工方案设计[J]. 铁道标准设计. 2005,(08).
[2]大跨度连续刚构拱桥拱肋安装方案研究[J]. 高庚元.  建材与装饰. 2018(52)
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