浦東大道9號(hào)橋豎轉(zhuǎn)提升關(guān)鍵施工技術(shù)
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
孫九春，葉小鵬
（騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，上海200122）
[摘要]浦東大道9號(hào)橋設(shè)計(jì)為跨徑115m的下承式系桿拱橋，采用先梁后拱法施工。受地形條件限制，拱肋采用豎轉(zhuǎn)提升工藝安裝，即把傳統(tǒng)豎轉(zhuǎn)法的塔架前移置于拱肋中部，拱肋在橋面上分兩段臥拼，利用液壓同步提升技術(shù)，分別把兩個(gè)節(jié)段提升到位，最后空中合龍形成拱肋。在該工程施工過(guò)程中創(chuàng)新了轉(zhuǎn)鉸同心度的控制方法，提出了拱肋體系轉(zhuǎn)換與合龍控制的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法以及實(shí)現(xiàn)措施。
[關(guān)鍵詞]橋梁工程；系桿拱橋；豎轉(zhuǎn)提升；合龍轉(zhuǎn)鉸；施工技術(shù)
[中圖分類(lèi)號(hào)] U448. 22+5 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)11-0036-03
0 引言
新建浦東大道9號(hào)橋在東溝船閘外側(cè)跨越趙家溝，主橋設(shè)計(jì)為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，計(jì)算矢高23m，拱肋采用啞鈴形鋼管截面，充填C50微膨脹混凝土，拱肋間設(shè)置4道K形風(fēng)撐、3道一字形風(fēng)撐。主橋原施工方案采用“先梁后拱”法，橋面梁體在支架上現(xiàn)澆，拱肋采用浮吊和吊車(chē)分5段安裝。
但受周邊環(huán)境條件限制，常規(guī)的少支架分段安裝拱肋的工藝無(wú)法實(shí)施，綜合考慮各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，決定采用豎轉(zhuǎn)提升法施工。即拱肋在現(xiàn)場(chǎng)橋面上分2個(gè)節(jié)段拼裝，在拱肋底部設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)鉸，在拱肋中部橋面上設(shè)置提升塔架，利用超大型液壓同步提升技術(shù)，先利用提升塔架將一個(gè)節(jié)段豎轉(zhuǎn)提升到位，再用提升塔架將另一個(gè)節(jié)段同步豎轉(zhuǎn)提升到位，然后兩個(gè)節(jié)段空中合龍形成拱肋。此安裝方法可降低安裝施工難度，對(duì)質(zhì)量、安全和工期等均有利。
該方法與傳統(tǒng)豎轉(zhuǎn)法在力學(xué)原理上有所不同。在傳統(tǒng)豎轉(zhuǎn)法中，塔架置于拱肋轉(zhuǎn)鉸附近，拱肋因扣索水平分力對(duì)轉(zhuǎn)鉸產(chǎn)生的力矩大于豎向分力對(duì)轉(zhuǎn)鉸產(chǎn)生的力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，豎轉(zhuǎn)塔架需要可靠的后錨裝置來(lái)平衡水平分力；但在豎轉(zhuǎn)提升法中，塔架設(shè)置于拱肋中部，拱肋在扣索水平分力和豎向分力對(duì)轉(zhuǎn)鉸所產(chǎn)生力矩的共同作用下而轉(zhuǎn)動(dòng)，且豎向分力力矩占主導(dǎo)地位，拱肋實(shí)際上是在豎向提升力的作用下做轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)，因而塔架可以不必設(shè)置后錨。佛山的東平大橋、武廣客運(yùn)專(zhuān)線的東湖大橋、石家莊的滹沱河大橋在豎轉(zhuǎn)提升施工方面進(jìn)行了一些探索，本工程在上述基礎(chǔ)上對(duì)豎轉(zhuǎn)提升施工中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化、創(chuàng)新，特別是在豎轉(zhuǎn)鉸定位、拱肋合龍與體系轉(zhuǎn)換方面提出了全新的方法，進(jìn)一步發(fā)展完善了豎轉(zhuǎn)提升工藝。
1 豎轉(zhuǎn)提升施工總流程
根據(jù)運(yùn)輸車(chē)輛、運(yùn)輸路況、現(xiàn)場(chǎng)吊裝場(chǎng)地、現(xiàn)場(chǎng)吊裝機(jī)械各方面因素綜合考慮，拱肋在車(chē)間制造分成24小段，最短的為拱腳分段2. 9m，中間最長(zhǎng)的分段長(zhǎng)度為5. 7m。整個(gè)拱橋在工地拼裝成2個(gè)大分段，每段先在橋面拼接（用風(fēng)撐將左、右兩片拱肋連起來(lái)）好再提升至安裝位置。由于拱肋只能從南側(cè)拱腳處運(yùn)至橋面上，因此拱肋的拼裝與塔架、風(fēng)撐等密切相關(guān)。因此，總體施工順序?yàn)椋鹤员毕蚰掀囱b北側(cè)拱肋→安裝北側(cè)拱肋塔架、提升器等→自北向南拼裝北側(cè)拱肋風(fēng)撐→北側(cè)拱肋提升→自南向北拼裝南側(cè)拱肋→安裝南側(cè)拱肋塔架、提升器等→自北向南拼裝北側(cè)拱肋風(fēng)撐→南側(cè)拱肋提升。施工流程如圖1所示。
1)步驟1橋面上拼裝拱肋、塔架，安裝提升系統(tǒng)，然后提升北側(cè)拱肋。
2)步驟2 提升南側(cè)拱肋，與北側(cè)拱肋拱頂銷(xiāo)軸連接，提升器卸載，形成三鉸拱。
3)步驟3 安裝拱頂、拱腳合龍段形成無(wú)鉸拱。
2關(guān)鍵施工技術(shù)
2.1鋼管拱現(xiàn)場(chǎng)拼裝
根據(jù)拱肋節(jié)段自重、安裝高度等因素，采用70t汽車(chē)式起重機(jī)在橋面上拼裝拱肋。拱肋吊至胎架上、調(diào)整位置后，再在連接板上接上部分螺栓，再用碼板碼住。最后校對(duì)拼接好后的大分段整體弦長(zhǎng)、拼縫處矢高及風(fēng)撐位置是否和車(chē)間一致，焊接大分段。拱肋的吊裝焊接為常規(guī)施工工藝，難度不大，本工程的難點(diǎn)在于特殊節(jié)段的安裝定位，如預(yù)埋管段與豎轉(zhuǎn)鉸，這兩部分是后續(xù)節(jié)段的拼裝基礎(chǔ)，其位置的準(zhǔn)確與否直接決定整個(gè)拱肋的線形。
2.1.1 預(yù)埋管節(jié)安裝定位技術(shù)
預(yù)埋管節(jié)的安裝精確與否對(duì)整個(gè)拱的安裝至關(guān)重要，拱肋為空間實(shí)體，但安裝定位的控制點(diǎn)位于拱軸線上，不在拱肋實(shí)體上，因此需在拱肋截面的中心位置處設(shè)置一塊臨時(shí)連接板用以標(biāo)記拱軸線控制點(diǎn)，然后根據(jù)拱軸線公式，得到拱肋兩個(gè)端面中心點(diǎn)的坐標(biāo)，只要臨時(shí)連接板上標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)相一致即可確定拱肋節(jié)段的平面位置，如圖2中A，B兩點(diǎn)所示，再利用水平尺即可確定拱肋節(jié)段的空間位置。為此在鋼管兩端的綴板中心設(shè)置臨時(shí)連接板，通過(guò)鋼管預(yù)留的管壁等分點(diǎn)找出鋼管圓心點(diǎn)的位置，然后連接兩個(gè)圓心點(diǎn)，再在臨
時(shí)連接板上彈出墨線，從而可找出中心點(diǎn)的位置，并做好標(biāo)記，如圖3所示。
2.1.2轉(zhuǎn)鉸下底座的三維空間定位技術(shù)
由于兩根拱肋連同風(fēng)撐同步豎向轉(zhuǎn)體施工，這就要求橫橋向的兩個(gè)轉(zhuǎn)鉸必須同心，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鉸同心控制方法是穿鋼棒法，但是該方法對(duì)鋼棒自身的垂直度要求極高，對(duì)于間距較大的兩個(gè)轉(zhuǎn)鉸由于自重影響同心控制難度大，為此研制了轉(zhuǎn)鉸同心度控制的十字絲定位法。
在轉(zhuǎn)鉸下底座的兩個(gè)耳板上分別設(shè)置通過(guò)銷(xiāo)孔圓心的兩個(gè)十字絲，十字絲的交點(diǎn)即為銷(xiāo)軸的圓心，然后在兩個(gè)轉(zhuǎn)鉸的外側(cè)分別設(shè)置1個(gè)定位點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的連線即為兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的軸線。兩點(diǎn)之間設(shè)置1根鋼絲線，在安裝底部轉(zhuǎn)鉸時(shí)，鋼絲母線穿過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)鉸預(yù)先設(shè)置的十字定位孔，只要兩組轉(zhuǎn)鉸的十字絲交點(diǎn)與鋼絲母線同時(shí)靠在一起即可，這樣既確定了轉(zhuǎn)鉸的中心位置又可確保它們的同心度，如圖4所示。
2.2 豎轉(zhuǎn)提升加載工藝
一切準(zhǔn)備工作做完，且經(jīng)過(guò)系統(tǒng)、全面的檢查確認(rèn)無(wú)誤后，可進(jìn)行拱肋的液壓整體提升。先進(jìn)行分級(jí)加載試提升。通過(guò)試提升過(guò)程中對(duì)鋼拱肋結(jié)構(gòu)、提升設(shè)施、提升設(shè)備系統(tǒng)的觀察和監(jiān)測(cè)，確認(rèn)符合模擬工況計(jì)算和設(shè)計(jì)條件，保證提升過(guò)程的安全。以主體結(jié)構(gòu)理論荷載為依據(jù)，各提升吊點(diǎn)處的提升設(shè)備進(jìn)行分級(jí)加載，依次為20%，40%，60%，80%，在分級(jí)加載過(guò)程中，需保證塔頂位移始終在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)。確認(rèn)各部分無(wú)異常的情況下，可繼續(xù)加載到90%，100%，直至鋼拱結(jié)構(gòu)全部離地（胎架）。分級(jí)加載完畢，鋼拱提升離開(kāi)拼裝胎架約20cm后暫停，停留4~24h，全面檢查各設(shè)備運(yùn)行及構(gòu)件的正常情況。試提升階段一切正常情況下開(kāi)始正式提升。
拱肋提升豎轉(zhuǎn)高度約24m，拱肋同步提升豎轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置后暫停，各吊點(diǎn)微調(diào)下降，使鋼拱精確到達(dá)設(shè)計(jì)位置，提升設(shè)備暫停、鎖定，保持鋼拱空中姿態(tài)穩(wěn)定不變。
2.3拱肋合龍與體系轉(zhuǎn)換
傳統(tǒng)豎轉(zhuǎn)法可通過(guò)扣索索力的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)拱肋軸力的調(diào)整，但是對(duì)于豎轉(zhuǎn)提升工藝而言，扣索的調(diào)整主要帶來(lái)拱肋的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，而對(duì)拱肋的力學(xué)狀態(tài)幾乎沒(méi)有影響。佛山東平大橋采用兩鉸拱。無(wú)鉸拱的體系轉(zhuǎn)換方法，即在拱頂直接焊接合龍段形成兩鉸拱再封拱腳稱(chēng)為無(wú)鉸拱。為了消除豎轉(zhuǎn)提升才施工時(shí)的附加應(yīng)力，拱頂合龍前在拱肋1/8處設(shè)置臨時(shí)支架，通過(guò)利用臨時(shí)支架提供的豎向反力來(lái)調(diào)整拱肋線形，顯然這是非常麻煩的，也是不經(jīng)濟(jì)的。為此，本橋拱肋合龍與體系轉(zhuǎn)換采用簡(jiǎn)支斜梁。三鉸拱一無(wú)鉸拱轉(zhuǎn)換法，即拱肋提升到位后，通過(guò)調(diào)整提升器扣索的長(zhǎng)度，使得拱頂?shù)暮淆堁b置滿(mǎn)足合龍要求，在既定位置插入銷(xiāo)軸后及時(shí)楔緊楔塊，完成拱頂?shù)呐R時(shí)合龍。然后緩慢放松兩側(cè)的扣索，使得拱肋由簡(jiǎn)支斜梁施工狀態(tài)轉(zhuǎn)換到三鉸拱狀態(tài)，然后再安裝合龍段形成無(wú)鉸拱。
本工程拱肋的應(yīng)力與線形控制采用無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法。由于本工程跨度較小，計(jì)算分析表明，只控制拱肋的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度即可，無(wú)須進(jìn)行無(wú)應(yīng)力曲率的調(diào)整，從而大大方便了施工。為便于調(diào)整合龍段的長(zhǎng)度，對(duì)傳統(tǒng)的鉸合龍裝置進(jìn)行改造，陽(yáng)頭耳板上仍設(shè)置圓孔安裝銷(xiāo)軸，而把陰頭耳板上的圓孔改為長(zhǎng)圓形，銷(xiāo)軸通過(guò)不同厚度的墊塊與長(zhǎng)圓孔相連實(shí)現(xiàn)軸力與剪力的傳遞。
根據(jù)總體施工方案，先提升北側(cè)拱肋，再提升南側(cè)拱肋，北側(cè)拱肋端部需比預(yù)定位置提升0. 5m可滿(mǎn)足南側(cè)拱肋后期提升時(shí)要求。南、北兩側(cè)提升到位經(jīng)測(cè)量無(wú)誤后，進(jìn)入拱頂合龍階段。先逐步下放北側(cè)拱肋，待其與南側(cè)拱肋基本到達(dá)同一位置后，微調(diào)南、北兩側(cè)拱肋，直到合龍軸插入、楔塊頂緊。然后逐步放松提升器，由此實(shí)現(xiàn)拱肋節(jié)段到三鉸拱的第1次體系轉(zhuǎn)換。經(jīng)測(cè)量滿(mǎn)足要求后，開(kāi)始焊接合龍端口，拱頂焊接完畢后再焊接拱腳轉(zhuǎn)鉸處外包鋼管，拱肋完成由三鉸拱到無(wú)鉸拱的體系轉(zhuǎn)換。
3豎轉(zhuǎn)提升期間的安全控制
3.1 拱肋豎向同步性偏差控制
盡管拱肋的豎轉(zhuǎn)提升設(shè)備同步性精度很高，但是系統(tǒng)性誤差不可避免，為確保結(jié)構(gòu)的安全和提升系統(tǒng)的同步性，需要建立拱肋兩側(cè)偏差的容許值。為此建立了有限元模型，分析了拱肋在不同豎轉(zhuǎn)角度下兩側(cè)拱肋豎向偏差20，30，50cm時(shí)的應(yīng)力情況，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)應(yīng)力在82~178MPa，對(duì)Q345鋼材而言是安全的。結(jié)合豎轉(zhuǎn)提升設(shè)備的控制精度，拱肋同步性偏差的最大容許值設(shè)定為20cm。當(dāng)超出該值時(shí)應(yīng)當(dāng)暫停提升，通過(guò)分別控制提升器的油缸來(lái)調(diào)整單根拱肋的豎向位移，直至滿(mǎn)足要求為止。
3.2塔架的縱向位移控制
由于拱肋提升期間不允許有大風(fēng)，因此豎轉(zhuǎn)提升期間不考慮風(fēng)荷載引起的橫橋向位移，控制的重點(diǎn)是塔架的縱橋向位移。分析表明，在豎轉(zhuǎn)提升期間塔架的縱橋向位移為0. 012m，考慮到塔架的實(shí)際剛度及其承載能力，其縱橋向位移的控制值設(shè)定為0. 02m，一旦超過(guò)該值就應(yīng)該停止提升并采取措施確保塔架安全。
4結(jié)語(yǔ)
浦東大道9號(hào)橋主橋拱肋采用豎轉(zhuǎn)提升工藝施工，2010年3月開(kāi)始拼裝拱肋和塔架，2010年5月順利完成拱肋安裝。實(shí)踐表明，上述工藝與技術(shù)可行，針對(duì)工程特點(diǎn)所設(shè)定的總體流程適應(yīng)了場(chǎng)地狹小、施工空間不足的特點(diǎn)，拱肋節(jié)段的定位技術(shù)特別是豎轉(zhuǎn)鉸的同心度控制方法克服了傳統(tǒng)鋼棒法的不足，具有施工簡(jiǎn)單、安裝定位方便等優(yōu)點(diǎn)，拱肋的合龍與體系轉(zhuǎn)換方法完全滿(mǎn)足工程施工精度，拱肋的應(yīng)力與線形達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，施工安全控制較
好。該工藝減少了高空作業(yè)、降低了費(fèi)用。
下一篇:返回列表
