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浅析公路钢箱梁制作与顶推安装施工工 艺

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近年来, 钢箱梁结构工程在公路桥梁、 市政高架立交等工程中得到了越来越广泛的应用, 比如: 江苏省苏通长江大桥、 杭州湾跨海大桥、 浙江省西堠门大桥都是运用钢箱梁相当成功的宏伟工程。 特别是目前现代交通网络化发展, 公路网纵横交错, 上跨下穿已成常态, 钢箱梁已成为上跨公路、 铁路、 大江大河、 市政道路工程中最主要的桥梁结构形式。 作者参与的云南省某高等级公路建设项目施工,全线有两座桥梁分别上跨安楚高速和楚大高速公路, 由于被交的安楚高速、 楚大高速是 G56 杭瑞国家高速公路通往滇西出境的大通道, 滇中大动脉, 两条公路交通流特别大, 无法截断交通流, 经过反复对比论证, 最终确定采用钢箱梁上跨, 并首次在本地区采用顶推法安装钢箱梁。 目前, 两座钢箱梁桥梁已顺利完工,钢箱梁顶推法安装工艺在工程中得到成功运用, 不仅是建桥工艺技术的进步和发展, 也是立交工程钢箱梁安装工艺的创新, 为同类工程的使用和安装积累了经验, 也培养和锻炼了一批大型钢桥梁建设的精英人才。
1 钢箱梁结构概述
该路的两座钢箱梁大桥, 跨径组合均为 (50+60+50) m 三跨连续钢箱梁。 主梁采用双幅等截面直腹板钢箱连续梁, 顶板为正交异性板结构。 下部结构墩身采用混凝土现浇结构, 桩基采用钻孔灌注桩。 钢箱梁底板与顶板平行, 顶板设置于桥面同坡。 钢箱梁为等截面梁, 中心梁高 2. 4m, 梁高与中跨跨径比值为 1/25。 钢箱梁单幅梁宽 15. 75m, 箱体宽度 12. 0m。 采用单箱 5 室结构, 3 个主箱室, 箱室宽为 3. 2m, 2 个现场拼接箱室, 箱室宽 12m。 顶板采用 16mm 的厚度。 底板在顺桥向不同区段采用了 12mm、 14mm、 16mm、 18mm 四种不同的板厚。 腹板在顺桥向不同区段采用了 12mm、 16mm 两种不同的钢板厚度。 箱梁外侧与横隔板对应位置均设置挑臂, 挑臂腹板厚 12mm, 翼缘厚度 16mm。
2 钢箱梁制作

(1) 节段划分: 左幅钢箱梁纵向全长共划分为 13 个节段, 纵向长度组合为(2×8.71+2×13.5+11+3×13.5+8.5+11+10.42+2×12) m。 右幅钢箱梁纵向全长共划分为 14 个节段, 纵向长度组合为(2×8. 71+2×13. 5+11+3×13. 5+8. 5+11+2×13. 5+2×8. 71) m。

(2) 横向板单元划分: 标准节段板单元共分29 块, 其中顶板单元8 块, 底板单元6 块, 腹板单元 6 块, 横隔板单元 50 块。 大部分焊缝在板单元内进行, 既保证了焊缝质量, 也保证了节段总拼的质量。

(3) 分段原则: 钢箱梁纵向分段对接缝距墩顶中心均为 5. 5m; 节段对接缝距跨中最小距离 6m, 且距横隔 50 c m 以上。 横向分块尽可能考虑与原材宽度匹配, 顶、底板分块焊缝离腹板最小矩离 45cm以上, 并设于 U型肋之间; 分块尺寸较大, 是为减少总拼时焊缝数量, 提高总拼效率, 同时考虑运输方便。
3 钢箱梁顶推安装方法
顶推安装顺序: 由预先设定的存放场地一侧向另一侧进行。 顶推采用后端双点同步顶推的方式, 拟整幅钢箱梁分 4 个顶推循环完成, 钢箱梁每顶推前进一个轮次, 在钢箱梁支撑墩上设置纵横移调整装置调整钢箱梁状态, 待钢箱梁全部顶推到位后, 采用千斤顶落梁的方法将钢箱梁整体调整至设计标高, 达到设计要求后安装支座。 具体安装准备及流程如下。
(1) 在预先设定的一侧桥台后平整 100m×36m 的拼装场地。
(2) 在场地前端布置 60m 钢箱梁拼装胎架。
(3) 在拼装胎架上布置滑道, 调整滑道标高。
(4) 施工各墩临时支墩, 其上布置滑移、 纠偏和起顶装置。
(5) 在拼装胎架上拼装导梁, 导梁是为顶推需要而设计的。 导梁长度按照需要安装的钢箱梁桥最大跨径确定。
(6) 安装顶推系统, 控制钢箱梁顶推前移速度在 800mm/min 左右。
(7) 导梁向前顶推, 直至胎架上预留出第一轮次拼装钢箱梁长度位置为止。
(8) 在导梁尾部拼装第一顶推轮次钢箱梁。
(9) 连接钢箱梁与导梁。
(10) 向预设置拼装场地的另一侧侧顶推第一轮次钢箱梁, 人工喂板实现桥梁墩台处梁底滑板连续。
(11) 在顶推过程中利用墩顶和桥台处的纠偏装置, 对连续钢箱梁进行横向纠偏。
(12) 在胎架上拼装第二轮次钢箱梁。
(13) 顶推第二轮次钢箱梁。
(14) 导梁不得在高速公路上方悬臂过久, 可在公路两侧搭设临时支墩临时支撑。
(15) 顶推过程中利用墩顶和桥台处的纠偏装置, 对连续钢箱梁进行横向纠偏。
(16) 重复拼装顶推钢箱梁, 直至导梁达到桥墩位置。
(17) 顶推过程中利用墩顶处的纠偏装置, 对连续钢箱梁进行横向纠偏。
(18) 当第一节导梁从边桥墩出来后, 拆除第一节导梁。 随后继续顶推。
(19) 继续顶推连续钢箱梁, 直至全部拆除导梁, 连续钢箱梁纵向达到设计位置。
(20) 通过调整桥墩处纠偏装置, 调整连续钢箱梁横向位置至设计位置。
(21) 安装落梁装置, 利用墩顶落梁装置, 把连续钢箱梁顶离滑块, 拆除滑块、拼装支架。
(22) 通过落梁装置, 采用边抽边落的方法, 下放钢箱梁。 把连续钢箱梁调整至设计标高。
(23) 利用横向纠偏装置, 再次调整钢箱梁平面位置与设计相符。
(24) 安装连续钢箱梁支座, 采用球型支座。
(25) 拆除墩顶落梁装置、 纠偏装置及各墩临时支墩, 完成钢箱梁的受力体系转换, 钢箱梁架设完成。
4 施工的难点、 重点
(1) 钢箱梁段跨度大, 跨越的高速公路车流繁忙, 顶推施工难度较大。
(2) 钢箱梁为曲线 (连续) 梁, 平面处在圆曲线和缓和曲线上, 横坡处于变化状态, 在拼装过程中需要同时保证成桥平面曲线形和竖向立面线形, 线型精度要求高, 控制难度大。
(3) 钢箱梁为全焊钢结构, 现场焊接的工作量较大, 存在手工电弧焊、 CO 2 气体保护和埋弧自动焊等, 焊接位置存在平焊、 横焊、 立焊和仰焊, 焊接工位多, 同时焊接要求高, 大多的焊缝要进行超声波、 磁粉及 X 射线等探伤。 因此, 如何控制其焊接变形和焊接残余应力, 保证钢箱梁几何尺寸精度是钢箱梁制造的难点。
(4) 在高空施工要设置施工操作平台, 在跨线部分上方施工时, 在下面道路未封闭状态下, 要在高空进行防护, 防止火花、 小物件等坠落。
(5) 顶推就位后, 落梁高度高, 施工难度大。
5 结语
钢箱梁桥梁工程采用顶推安装是一种比较先进的方法, 具有很好的技术经济效果。 本项目原安装方案是采用 350T 大吊车进行吊装, 由于被交叉高速公路车流量特别大, 无法截断交通流量, 因此原设计方案, 在吊装前, 还需要修建分流车辆的辅助道路, 辅助道路预算造价约 1900 万元。 采用顶推安装方案后, 需要增加顶推及拼装平台、 临时支墩等临时结构工程, 需要增加费用约 300 万元。 综上, 对于本项目而言, 采用顶推安装方法, 比采用吊装方法节约投资 1600 万元,
经济效果明显。 且采用顶推工艺安装钢箱梁高效、 安全, 便于机械化施工, 能有效降低吊装过程中对桥跨下穿结构物、 公路车辆的干扰, 大大提高了车辆通行的安全性和公路运转的稳定性。


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