独塔曲面索斜拉桥钢-混结合梁段施工控制要点研究_方进树.pdf

运输经理世界隧道与桥梁工程0引言随着我国桥梁设计、建造工艺的不断发展，各种材料的组合梁结构得到应用。为充分发挥材料的优势以及适应不对称的桥跨分布环境，钢混凝土混合梁斜拉桥应运而生。混合梁斜拉桥是指其主梁由两种或两种以上不同材料的梁体沿纵桥向通过连接件及预应力筋或锚杆等结合在一起的斜拉桥桥型，该桥型合理地利用了钢材和混凝土两种材料的优势特点，桥梁的受力性能、跨越能力和经济性能等得到了很大改善1。本文结合某工程实际案例和现场施工条件，对该 部 位 施 工 过 程 中 钢 箱 梁 安 装 施 工 控 制 要 点 进 行研究。1工程概况西溪大桥是一座跨漳州主干水系的特大型桥梁，地处漳州龙海市，漳州厦漳同城大道上的控制性工程，桥型布置见图 1。该项目位于九龙江下游，距北溪水 闸 约 2km，起 止 桩 号 K15+980K19+100，全 长3.12km，包含北溪引桥、北溪主桥、沙洲互通立交、西溪主桥、西溪引桥及桥头引道。西溪主桥为独塔扭背索斜拉桥，墩、塔、梁固结，跨径组成为（88+200）m，其中 88m 主梁为边跨，设计为预应力混凝土箱梁，200m主跨采用钢箱梁。桥塔为独柱式斜塔，桥面以上塔柱轴线向边跨侧倾斜 8，桥面以上塔高 117m。边跨侧为双索面空间扭背面索，主跨为准单索面。2钢-混结合段施工的总体方案2.1 设计概述钢-混结合段是全桥的关键部位，钢-混结合段的钢梁（1#梁段）长 9.7m，宽 47m。钢梁采用带 T 型加劲的 U 肋，钢箱梁端部设置多格室结构，且在格室内填充混凝土，并通过剪力键及钢板与混凝土的摩擦力传递轴力、剪力和弯矩2。纵向采用预应力钢束与混凝土箱梁紧密结合。钢梁起吊重量 384.4t；钢梁安装就位后，浇筑 1.5m 混凝土主梁后浇带以及钢格室内混凝土，混凝土方量 440m3，采用 C55 聚丙烯纤维混凝土。钢箱梁外形与 B=47m 宽混凝土箱梁一致，混凝土箱梁标准横断面图见图 2，钢箱梁标准横断面见图3。根据结合段设计概述，安装施工的技术难点主要在于：图 1 西溪主桥结构布置示意图（单位：cm）其一，钢-混结合段采取格室内填充混凝土的构造，格室内钢筋、预应力管道分布密集，混凝土浇筑的独塔曲面索斜拉桥钢-混结合梁段施工控制要点研究方进树（漳州市公路事业发展中心云霄分中心，福建 漳州 363099）摘 要：从钢-混结合箱梁的工艺流程、钢梁运输、临时支架、吊装设备、预应力施工、监控量测等方面精心组织，并统筹桥、墩、塔、梁的关系，使该项目在保证质量完成施工任务，为同类项目技术人员提供借鉴。关键词：钢-混结合梁段；独塔曲面斜拉桥；施工控制中图分类号：U448文献标识码：A86运输经理世界隧道与桥梁工程操作空间极为有限，若浇筑不密实将会导致混凝土与钢格室结合不紧密，影响钢-混结合段受力和传力，因此对混凝土工作性能及浇筑工艺要求较高；其二，受通航条件的限制，大型浮吊无法进场，钢-混结合段及主 3#墩顶梁段均需要利用桥面吊机吊装，对桥面吊机的吊幅、吊重以及塔墩梁固结段支架承载力有较高要求。图 2 混凝土箱梁标准横断面图（单位：cm）图 3 钢箱梁标准横断面图（单位：cm）2.2 施工方案设计根据工程结构特点和实施具体安排，钢-混结合段的施工方案如下：2.2.1钢-混结合段钢管支架与塔墩梁结合段支架一并搭设，塔墩梁固结段施工完后，在箱梁顶面拼装桥面吊机并完成试吊。2.2.2船运钢-混结合段（钢梁）至现场就位后，桥面吊机起吊钢梁，精确调位后搁置在支架上。2.2.3安装钢-混结合段（混凝土梁）模板、钢筋及 预 应 力 钢 束，浇 筑 混 凝 土（包 括 钢 格 室 内 的 混 凝土），待混凝土强度达到设计强度后进行混凝土梁及钢-混结合段全部剩余预应力的施工。2.3 施工准备工作2.3.1施工总平面布置：施工总平面布置包括现场施工栈桥、施工平台、支架、塔吊、电梯、桥面吊机、拖泵等布置情况。2.3.2塔吊选型：在塔墩梁固结段顶上靠近主塔位置的下游侧安装一台动臂式 JCD500 塔吊（吊臂长度 45m），主要用于主塔施工，期间同时安装桥面吊机。JCD500 塔吊立面布置见图 4。2.3.3钢箱梁运输船舶：钢箱梁运输计划采用三艘甲板海驳，一船装一件。船舶运载能力超过运输总重的 2 倍，满足安全要求。图 4 塔吊立面布置图（标高单位：m，其余：mm）3塔 墩 梁 固 结 段 及 钢-混 结 合 段 支 架方案3.1 功能需求及设计思路塔墩梁固结段在支架上浇筑。钢-混结合段先利用桥面吊机将 01#墩顶钢梁起吊，精确调位后，将钢梁安放在支架上就位，然后在支架上浇筑混凝土梁部分。支架应能承受结构自重（含钢格室内混凝土）、施工活载、桥面吊机自重以及在桥面吊机起吊 01#梁段时分配到支架上的荷载，并满足 01#钢梁搁置安放及钢-混结合段混凝土梁底模梁系安装的需求。3.2 墩顶临时支架结构设计根据现场施工条件，塔墩梁固结段支架及钢-混结合段支架采用钢管支架。支架下部排架桩基采用8208mm 钢 管 桩，部 分 立 柱 桩 基 采 用92010mm，平联采用4266 钢管，斜撑采用 225a，在立柱顶部横桥向布设 2HM588300 型钢作为主承重梁，01#梁下方主承重梁为 2HN900300，立柱顶部与主承重梁之间设有卸荷砂箱，主纵梁长 48m（塔墩区断开），在主承重梁上顺桥向搭设 HM588300 纵梁，纵梁间距 1.253m，实心位置间距 1.25m，空腔位置间距 2.5m，翼缘板位置间距 3m，纵梁共 29 根，长纵梁长度为 32m（塔墩区断开），纵梁上横向铺设 20#工字型87运输经理世界隧道与桥梁工程分配梁，铺设间距为 90cm（横隔板位置 45cm 加密），长 48m（塔墩区断开），分配梁上铺设模板系统。3.3 支架施工钢-混结合段支架与塔墩梁固结段支架同步设计、同步施工，现场采用 80t 履带吊配合塔吊搭设。先施打钢管桩至设计标高，然后安装柱间平联、斜撑，最后吊装横梁与纵梁。横梁与纵梁重量过大，不能直接吊装，采用分节段吊装、支架顶部拼接的工艺。4钢-混结合段（钢梁）吊装吊装施工作业技术路线包括：吊装前准备工作起吊工作梁段初定位梁段精准调位。4.1 吊装前准备工作4.1.1桥面吊机安装根据 1#钢梁的吊重及吊幅，采用两台起吊能力200t 的变幅式桥面吊机联合提升、调整、安装钢箱梁。桥面吊机主要由底架、前撑杆、后拉杆、吊臂、吊具、起升卷扬机构、变幅卷扬机构、支顶装置、后锚固装置、前移机构、横移机构、液压系统、电气系统、司机室、安全保障系统等组成3。桥面吊机采用位于塔墩梁固结段顶面的 JCD500 塔吊组拼。4.1.2后锚反拉试验桥 面 吊 机 后 锚 座 焊 接 加 固 完 成 之 后 进 行 抗 拉检验。检验步骤及方法如下：（1）吊装 1#梁段时，后锚座反力最大值 105t；（2）焊接桥面吊机后锚座，包括拉板、筋板；（3）加工 HM588 反力梁（包括梁下拉板）和千斤顶下方垫墩，反力梁按简支梁计算受力，最大应力为85.1MPa，满足要求；（4）安装垫墩、千斤顶，用砂将垫墩底部找平；（5）安装 HM58 反力梁，并将下方拉板与后锚座拉板用销轴连接；（6）启动千斤顶油泵送油，反顶 HM588 反力梁，保 持 两 台 千 斤 顶 受 力 对 称 加 力，单 顶 反 力 控 制 为52.5t；（7）反拉过程中注意观测后锚座，如有焊缝撕裂或埋件松动应立即回油卸荷。4.1.3施工安全检查检查内容包括：一是对桥面吊机锚固系统、千斤顶系统、吊索具系统、操作系统等逐项检查；二是填写钢箱梁吊装前检查表，签发 钢箱梁吊装令；三是选择梁段吊装作业的有利天气条件（桥面高程处阵风风速不超 20m/s），与海事部门取得联系并确认后，运梁船运输梁段至起吊位置抛锚定位，运梁船定位误差不超过1.0m，避免梁段吊装时发生较大摆动。4.2 起吊工作4.2.1当运梁船定位完成后，将桥面吊机的吊具下放至运梁船上钢箱梁顶面。4.2.2用桥面吊机上的变幅机构提升吊具到预定位置，并在已安装完毕的梁段边缘与将要起吊的梁段边缘留出 200mm 的起吊空间。4.2.3将桥面吊机吊具与吊耳的完成销接。4.2.4启动卷扬机，使吊具的吊耳受力，根据事先计算的钢箱梁重心位置，调节吊具的微调油缸，保证钢箱梁被吊起时处于水平状态，确认无误后方可起钩。每个梁段正式提升前均进行静载和动载试车，调试起重机刹车系统4。4.2.5起钩时要平稳，当钢箱梁要脱离运输船时，起吊缓慢加速，使箱梁迅速离开船体，以免由于载荷减小船只随水流有相对位移发生碰撞。4.2.6长行程提升中，可能会由于卷扬的速度差引起梁块倾斜，只需某一卷扬机停一下即可恢复水平。当梁块升至桥面时，通过开动任一卷扬机调整梁块横桥向水平，提升梁与已安装梁段基本水平。起吊过程中跟踪监测桥面吊机各部位及后锚。4.3 梁段初定位当 1#梁段起吊至梁底超过支架顶面后，通过变幅机构调整梁段纵向里程，通过微调吊架上的油缸调整梁段纵坡；使用手拉葫芦进行横向轴线调整，满足要求后，桥面吊机缓慢落钩，将 1#梁段落于支架的搁置垫墩上，完成梁段的初定位。4.4 梁段精确调位钢-混结合段是钢箱梁的初始梁段，其位置偏差对主梁整体线形影响较大，应按照监控指令对 1#钢梁进行精确调整。梁段精确调整系统由基座与三向千斤顶组成，三向千斤顶由一台 150t 主千斤顶和 3 个平移千斤顶组成，基座顶面与主千斤顶之间设有四氟滑板，主千斤顶油缸与钢箱梁底板之间设有钢板和硬橡胶垫块。在 1#梁段支点对应位置共布置 4 套三向千斤顶。先用 150t 主千斤顶顶起梁段，调整高程及纵坡，然后用平移顶纵（横）向顶推主顶带动钢箱梁进行平面位置调整。梁段精确调整是一个渐进的过程，在测量的指挥下，反复调整方可达到设计及监控方要求5。精确调位符合监控要求后，将梁段自重荷载转移到钢支墩上，主千斤顶卸荷，并将梁段临时焊接在钢支墩上，防止梁段在施工过程中位移。5钢-混结合段（混凝土）施工5.1 钢筋、模板施工1#钢梁吊装就位后，即可进行钢-混结合段混凝土梁钢筋、模板、预应力波纹管的安装，施工工艺同边跨混凝土箱梁。5.2 混凝土施工5.2.1配合比结合段是受力特殊部位，一方面要求混凝土具有抗裂增韧的性能；另一方面又要求混凝土具有良好的88运输经理世界隧道与桥梁工程使用性能，降低收缩，保证钢-混结合段的填充、浇筑密实。根据以往大桥经验采用 C55 大流态微膨胀聚丙烯纤维混凝土，能很好地满足混凝土的防裂要求和密实性。5.2.2混凝土浇筑箱梁混凝土整幅一次浇筑完成，分层浇筑；横桥向 从 箱 梁 中 心 线 向 翼 缘 区 依 次 对 称 浇 筑。浇 筑 方式为：（1）从主塔侧顶板浇筑孔布料，浇筑底板，在底板浇筑孔位置和端头通气孔位置利用附着式振捣器振捣，保证混凝土密实且与钢箱梁紧密贴合；（2）底板浇筑完成之后，从顶板浇筑孔、腹板浇筑孔布料，浇筑横隔板及腹板，从箱梁中心线向翼缘区依次对称浇筑，从顶板浇筑孔和腹板浇筑孔利用插入式振捣器振捣，在分界板、腹板位置利用附着式振捣器振捣；（3）腹板及横隔板浇筑完成之后从顶板浇筑孔布料，插入式振捣器配合附着式振捣器振捣确保混凝土密实，完成顶板浇筑；（4）浇筑完成抹平浇筑孔，清除钢箱梁表面残留的砂浆、混凝土。5.2.3混凝土养护混凝土浇筑完成、收浆之后尽快用土工布覆盖，并洒水保湿养护。遇到气温较低或温差较大时应在表面加盖塑料薄膜进行保温，防止混凝土开裂。5.2.4孔隙压浆处理在混凝土浇筑完成后，要对钢格室内混凝土进行检查，查看是否密实，如有空隙，采用高强度压浆料压入空隙中，保证钢混结构填充紧密。注浆孔布置在顶板、腹板及底板，保证注浆的密实性。5.3 预应力施工钢-混结合段浇筑完，混凝土强度达到设计强度的 90%且养生 7d 后，进行纵向预应力及剩余的横向预应力施工。钢-混结合段涉及的预应力如下：斜腹板纵向钢束 8 束，15 孔；底板、顶板纵向钢束 84 束，19孔；翼缘区纵向钢束 8 束，5 孔；横隔板钢束 6 束，19孔；顶板横向钢束 3 束，5 孔；总计钢束 109 束。张拉施工后，按照施工规范要求进行注浆以及封锚工序。6钢-混结合段施工控制6.1 钢箱梁施工测量控制钢箱梁吊装完成后按照现浇箱梁放样方法控制该节段的左、中、右平面位置及钢箱梁顶面高程。钢箱梁施工测量的内容及精度都应满足监控的要求。在箱梁施工过程中对实际高程进行监测，如与设计值有较大出入时与有关部门查明原因后进行调整。6.2 斜拉索索导管安装测量控制斜拉索索导管分塔端的索套管和梁端的索套管。塔端索套管和钢锚箱一起安装，其中 M01 索套管有部分需提前预埋。安装时主要测量控制现场定位，塔端索套管的定位应在劲性骨架安装后放样定位。梁端索套管的定位要搭设型钢平台，控制索套管两端的中心坐标。6.3 预应力体系施工质量控制为保证钢-混结合段受力情况满足设计要求，需要保证预应力施工质量。在预应力张拉完后，组织第三方检测机构对预应力体系的锚下有效预应力以及注浆孔的密实性开展试验检测。7结论第一，通过对独塔曲面索斜拉桥钢-混结合梁段施 工 控 制 要 点 研 究，严 格 把 控 施 工 质 量，西 溪 大 桥钢-混结合段的施工满足要求；第二，钢-混结合段作为混合梁斜拉桥的关键部位，其结构和受力特点都比较复杂，需要进行专项施工方案设计以及施工要点研究；第三，在复杂的海况、台风影响等不利条件下的桥梁钢箱梁安装施工要有细致的施工组织方案；第四，预应力体系的施工质量情况关系着钢-混结 合 段 应 力 分 布 情 况，需 严 格 把 控 施 工 质 量 关 键指标。参与文献：1谢鸿.独塔单索面混合梁斜拉桥钢混结合段模型试验设计与分析D.长沙：湖南大学，2012.2刘乃友，赵少华，张伟.某公路特大斜拉桥钢箱梁施工控制技术J.中国水运，2010（8）：192-193.3陈勇鑫，滕欣定.变幅桥面式架桥机强度与刚度的有限元分析J.起重运输机械，2012（8）：55-58.4杨清印.一种变幅桥面吊机安装超宽钢箱梁的施工方法J.工程技术研究，2020（15）：71-72.5劳日红.港珠澳大桥变宽段超重钢箱梁安装施工J.城市道桥与防洪，2019（8）：175-177+206+22-23.作者简介：方进树（1979-），男，汉族，福建云霄人，本科，工程师，从事公路工程施工、工程管理、工程监理工作89