钢箱梁斜拉桥活动支架辅助不变幅架梁吊机施工探讨.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-04-22作者简介：康华娟（1979），女，工程师，从事公路桥梁建设管理工作。钢箱梁斜拉桥活动支架辅助不变幅架梁吊机施工探讨康华娟（江西井冈路桥（集团）有限公司，江西 吉安 343000）摘要：为控制施工成本，必须减少大型浮吊设备在钢箱梁斜拉桥架设施工中的应用，省去河道浅滩处开挖疏浚施工环节。鉴于此，针对某跨河钢箱梁斜拉桥，通过与浮吊配合不变幅吊机安装、变幅吊机安装等常规工艺相比，提出活动支架配合不变幅吊机架设钢梁的施工方案，进而对桥塔区及辅助墩活动支架设计及钢箱梁架设等施工过程展开分析探讨。结果表明，提出的钢梁架设方案对浅滩河道大跨度双塔双索面斜拉桥钢箱梁架设施工较为适用，桥梁建设任务提前完成，也使桥梁工程社会效益和经济效益得以提前发挥。关键词：钢箱梁；斜拉桥；活动支架；不变幅架梁吊机；架设施工中图分类号：U445.4文献标识码：B0 引言跨河桥梁修建时水文气候条件复杂，且对于桥址处河床面高程较低的情况，施工难度大，利用现有技术如浮吊配合不变幅吊机安装、变幅架梁吊机安装架设浅滩区钢箱梁时必然涉及河道疏浚，投入大，风险高；还可能增大主梁及斜拉索设计变更工作量，钢梁局部加强处理还会增大施工费用。基于此，本文结合实际的跨河桥梁，提出一种施工投入小，能按钢梁制造顺序架设梁段，并能节省大型浮吊设备和河道浅滩疏浚费用的活动支架配合不变幅吊机架设钢梁的施工方案，其活动支架结构新颖，受力明确。通过对该钢箱梁施工架设方案应用过程及结果的分析，为类似工程提供参考。1 工程概况某跨河桥梁全长8 546 m，宽33 m，按照双向六车道高速公路标准设计。北汊主桥为5跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径为95 m+230 m+780 m+230 m+95 m，桥面设置2%纵坡，主跨位于半径24 000 m的圆弧竖曲线上。主梁采用扁平流线式钢箱梁结构，标准断面见图 1。钢箱梁设计宽度为38 m，上翼缘为正交异性板结构。北汊北半主桥钢箱梁共按照49节预制拼装，其中AC段为桥塔区梁段，D、E为标准梁段，F为辅助墩墩顶梁段，G、H为边跨压重段，I为过渡墩墩顶梁段，J为跨中合龙段。钢箱梁梁段间全焊连接，主梁标准节段设计长度为15 m，最大起吊重量为361 t。19 0008 00011 00011 00019 0008 000斜拉索防撞护栏2 0301 082图1 钢箱梁标准断面示意图结合河道防汛部门统计数据，桥址区最高、最低潮位分别为 4.510 m 和-3.204 m，最大、最小潮差为6.91 m和0.97 m。施工区河床面高程在-4.6-2.3 m，河床面平缓，在低潮位时河床面出露。桥址区9月至次年4月为大风季节，且主要为东北风，最大风级可达到9级，58月为台风季节，最大风级在12级以上，瞬时风速最大可达60 m/s。单位：mm135总659期2023年第29期（10月 中）2 施工方案比选结合该钢箱梁斜拉桥所在地水文气象环境及现场施工条件，在浮吊配合不变幅吊机安装、变幅吊机安装等常规工艺的基础上，提出活动支架配合不变幅吊机安装钢箱梁的架设施工方案1。2.1 浮吊配合不变幅吊机安装在固定支架上设置1 000 t全回转浮吊，展开桥塔区梁段安装，并顶推滑移就位；将2台不变幅吊机对称拼装在桥塔区梁段，通过吊机进行标准梁段悬臂对称安装。此后采用同样方式在支架上安装临时墩、辅助墩和过渡墩墩顶梁段。考虑到该桥梁钢箱梁梁段长度不一致，为满足不同梁段吊装要求，必须对整幅梁段和分幅梁段分别设计出1套吊具，其中小块分幅梁段借助扁担梁和吊挂梁吊装。吊具全部为梁索结合形式，主吊梁和扁担梁、吊挂梁间均通过法兰连接；通过扁担梁位置的调整，保证吊具适应各种长度梁段的吊装要求。为加强线形控制，在将大块梁段吊装就位后，还应进行高程、纵向里程及横向的精确调位。具体而言，可采取分体式千斤顶调位系统。结合当前国内桥梁架设施工现状，大型浮吊体量大，使用成本高，进场难度大；桥位位于浅滩区，浮吊进场前必须展开河道疏浚2，不利于钢箱梁架设施工进度及成本控制。此外，该方案下，桥塔区梁段架设结束后必须立即展开临时墩、辅助墩和过渡墩墩顶梁段安装，要求墩顶梁段必须提前预制完成。2.2 变幅吊机安装在固定支架上借助D1100塔吊拼装1组2200 t变幅架梁吊机，并安装桥塔区梁段。通过顶推滑移就位后对称拼装另一组2200 t吊机，以保证两端悬臂同步拼装。采用相同方式安装临时墩、辅助墩和过渡墩墩顶梁段。该方案主要通过工作幅度在11.523.0 m的变幅架梁吊机架设墩顶梁段，施工过程控制简单，但与不变幅架梁方案相比，施工费用约增多350万元。2.3 活动支架配合不变幅吊机安装将 1台 JQJ-400型不变幅吊机安装在活动支架上，桥塔区梁段安装任务全部在活动支架上完成，并通过顶推纵向移动钢箱梁就位；在桥塔区梁段安装完成后，将另一台同型号不变幅吊机对称安装于另一侧活动支架，两端对称拼装悬臂。采用此方法依次拼装临时墩、辅助墩、过渡墩墩顶梁段。该方案中，钢箱梁架设任务全部通过JQJ-400型不变幅吊机及塔墩处的可拆装活动支架完成，安装过程依次分成桥塔区梁段，标准梁段，临时墩、辅助墩、过渡墩墩顶梁段安装以及边跨压重，中跨合龙安装等。施工开始后步骤如下：1）首先通过D1100塔吊进行钢箱梁架设钢管和吊机拼装，并借助吊机及活动支架架设桥塔区梁段，在梁段上完成另一侧吊机对称拼装；2）利用吊机进行标准梁段对称架设，在预先完成临时墩施工任务后，通过吊机及可拆装活动支架架设墩顶梁段；3）在完成辅助墩和过渡墩钢梁架设后，通过吊机及支架架设过渡墩墩顶梁段；4）最后进行边跨压重，由吊机悬拼标准梁段，直至中跨合龙，结束主桥钢箱梁架设施工。该方案不使用浮吊，无工期延误风险，架梁施工成本低；梁段架设与钢梁制造顺序一致，工序间不存在冲突和影响。综合以上分析，出于施工安全及质量、进度控制方面的考虑，最终选用活动支架辅助不变幅吊机的钢箱梁架设方案。2.4 活动支架特征辅助不变幅吊机架设钢箱梁使用的活动支架结构中，两根立柱竖向并排放置，且底端固定安装在主塔承台钢管立柱处；两根横撑横向并排放置，并通过对拉锥体与主塔下横梁侧壁固定。立柱和横撑垂直固定，形成结构稳定的连接杆；立柱顶端则固定在支架滑道中部底端；支架主滑道左端通过垫块置于主塔下横梁顶部，右端则通过销轴连接滑道梁左端。将千斤顶操作平台及支架滑轨分别固定在左右立柱外壁上下部，通过斜撑销轴连接斜撑顶端和滑道梁；通过斜撑底销轴连接斜撑底部和立柱。将升降吊耳固定于支架滑道右端底部，并将滑轮安装在吊耳上。由此，便构成了由吊耳、上下滑轮、斜撑、千斤顶操作平台、滑轨、卷扬机等组成的梁段提升系统。3 活动支架设计及钢箱梁架设3.1 桥塔区活动支架设计不变幅架梁吊机在活动支架的辅助下架设 5 个节段钢箱梁，在通过吊机起吊钢箱梁的过程中，支架旋转至竖向状态，将钢箱梁垂直起吊至设计位置时，支架也恰好旋转至水平状态。将滑道布置在支架分配梁上，并纵向顶推钢梁节段就位，最终完成墩顶钢梁架设。桥塔区活动支架主要包括滑道梁、斜撑、箱型横撑、立柱、平联、对拉锥体、提升系统等部分。其中，滑道梁为长 1 000 mm、宽 600 mm 的箱型结构，使用f150 mm销轴连接支架主滑道，提升到位后存梁。斜撑为长600 mm、宽320 mm的箱型结构，使用f150 mm销轴连接滑道梁，作为支架的主要支撑。通过平联连接滑道梁和斜撑，以保持稳定。支架提升及下放均由千斤顶操作平台、卷扬机、滑轮组、吊耳、滑轨等组成136交通世界TRANSPOWORLD的系统完成。箱型立柱及横撑全部为长 850 mm、宽850 mm的箱型结构，作为主要的传力结构，主要将支架荷载向桥塔下横梁、钢管支架传递。活动支架设计时，必须考虑300 t的钢梁重量，190 t的桥塔吊机重量，2.5 kN/的施工荷载，485 t的支架结构自重，34 m/s的风荷载。根据设计架设步骤，应用ANSYS有限元软件构建仿真模型3，其中，A梁段架设时活动支架和主滑道梁受力最为不利。计算结果显示的最不利工况下各构件应力均符合规范。3.2 桥塔区钢箱梁架设钢箱梁架设过程中，钢管支架和吊机底座均通过塔吊拼装。拼装不变幅吊机的要点如下：1）通过后锚方式将吊机锚固于下横梁处，吊机前支点则支撑于底座处；2）待C梁段运输至承台侧起吊位置后下放活动支架，将该梁段起吊至钢梁支架上方，通过提升系统来提升支架并牢固销接；3）将该梁段放至活动支架处，借助顶推系统将该梁段顶推至设计位置，并将吊机后锚拆除，再整体顶推吊机和梁段；4）最后将后锚与下横梁锚接。按照以上步骤依次完成桥塔区全部梁段架设后，将另一侧吊机按相同步骤对称架设标准梁段。3.3 辅助墩活动支架设计辅助墩墩顶2个节段钢箱梁通过活动支架辅助吊机架设。支架系统主要包括走道梁、平联、销轴、挂点、提升系统等部分。其中，走道梁为长 1000 mm、宽800 mm的箱型结构，一端使用f150 mm销轴连接支架滑道梁，另一端则在提升后借助挂点连接已经架设的钢箱梁段，并在顶推平台存梁。活动支架是走道梁的支撑结构，其挂设点主要包括扁担梁、销轴、吊带、分配梁和锁紧装置，并连接悬臂钢梁，便于安装和拆卸。即使悬臂钢梁受到吊机吊重而发生竖向位移，或因温度应力而表现出水平位移4，吊带悬吊扁担梁挂点形式也能将支架走道梁端牢牢固定在钢梁上。吊带长度的设置必须考虑钢梁变形位移，扁担梁重量必须严格控制，以方便人工安装。在设计辅助墩活动支架时，必须考虑361 t的墩顶钢梁重量，2.5 kN/m2的施工荷载，55 t 的支架重量及34 m/s的风荷载。应用ANSYS有限元软件构建辅助墩墩顶梁体模型，并按照梁体架设步骤分不同工况展开活动支架受力计算。F梁段架设时滑道梁和支架受力最为不利，得出的支架构件应力均符合规范。3.4 辅助墩钢箱梁架设辅助墩钢梁架设系统包括活动支架系统、墩旁立柱支架系统、顶推及架梁吊机等，通过该套系统实现辅助墩顶钢梁架设。过渡墩和临时墩架设方式与此相同。待钢梁架设至辅助墩前，搭设墩旁支架，并安装墩主梁支座。前移架梁吊机就位后安装并固定后锚，此后按设计要求起吊 F梁段。将该梁段起吊至桥面以上，借助卷扬机提升活动支架，在支架上挂点并牢固销接，再将梁段下放至活动支架相应位置。通过顶推系统将梁段前推至与背塔侧预偏20 cm处。采用同样方式起吊下一梁段并合龙，结束辅助墩墩顶梁段的架设施工。4 结束语综上，该钢箱梁斜拉桥位于河道浅滩区，在潮位较低时河床面大部分出露，采用常规浮吊或变幅架梁吊机架设钢梁时，必然面临水浅、河道疏浚及大型浮吊进场无法保证、工期延误等问题。改用活动支架与不变幅架梁吊机配合架设墩顶区梁段的处理方式后，避免了对大型浮吊设备的使用，对吊机也无变幅要求，施工过程更加高效可控。施工期间只需要遵循悬臂拼装次序依次预制、拼装各梁段，制梁工期大幅缩短，也无存梁要求，节省了钢箱梁预制及储存成本，社会效益和经济效益凸显。采用活动支架和不变幅架梁吊机配合的方案架设钢箱梁后，各工况下构件应力也均符合规范，结构受力稳定。参考文献：1 何佳明.独塔斜拉桥钢梁架设施工技术分析J.安徽建筑，2022，29（1）：41-43.2 高鹏.桥梁预制箱梁施工及架设技术分析J.设备管理与维修，2021（6）：113-115.3 姚仁德.预制混凝土箱梁架设的成套施工技术研究J.建筑施工，2019，41（8）：1558-1560.4 黄守辉，邹晓以.节段箱梁拼装架设施工技术J.珠江水运，2019（11）：52-53.137