全预制装配式桥梁一体化架设施工技术研究.pdf

全预制装配式桥梁一体化架设施工技术研究 龚 博1，王 峥1，张益伟2，杨才千2（1.中交第三航务工程局有限公司南京分公司，江苏南京 210011；2.东南大学土木工程学院，江苏南京 211189）摘要：依托阜溧高速公路横泾河特大桥工程，针对高速公路全预制装配式桥梁对施工场地、周边环境、施工质量、安全管理及标准化要求高的现状，设计了一种新型的一体化架桥机。同时，提出了适用于预制立柱、盖梁及小箱梁一体化安装的新工艺，实现了全预制装配式桥梁墩梁的同步架设，提高了施工效率和架梁速度。此工艺具有便于现场施工组织、减少地基处理、不受地面及地质制约、高效经济等诸多优点，为全预制装配式桥梁的施工提供借鉴。关键词：全预制装配式桥梁；一体化架桥机；同步架设；立柱；盖梁；小箱梁 中图分类号：U445.46 文献标识码：A 文章编号：1004-9592（2023）04-0108-05 DOI:10.16403/ki.ggjs20230423 Study on Integrated Erection Technology Applying to Fully Prefabricated Assembled Bridge Gong Bo,Wang Zheng,Zhang Yiwei,Yang Caiqian（1.CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210011,China;2.College of Civil Engineering,Southeast University,Nanjing,Jiangsu 211189,China）Abstract:To meet high requirements of fully prefabricated assembled bridge for the construction site,surrounding environment,construction quality,safety management and standardization,a new type of integrated bridge erecting equipment is designed based on Hengjing River Bridge project of Fu-Li Expressway.In addition,a new technology for integrated installation of prefabricated column,cover beam and small box girder is proposed,which realizes the synchronous erection of abutments and beams,improves the construction efficiency and erection speed.The above process has many advantages such as convenience in construction organization,reduced amount of foundation treatment,being free from ground and geological constraints,high efficiency and low cost.The research will provide a reference for similar projects.Key words:fully-prefabricated assembled bridge;integrated bridge erecting machine;synchronous erection;column;cover beam;small box girder 引引 言言 预制装配式桥梁通过工厂预制与现场安装，解决了传统现浇施工中存在的施工周期长、能耗大、施工工艺复杂等弊端。就国内预制装配式桥梁发展现状而言，已经由“半预制”桥梁（上部结构预制、下部结构现浇）逐渐向“全预制”桥梁（上下部结构均预制）过渡。上海 S3 公路先期实施段主线高架桥中全面采用装配式技术，实现了小箱梁、盖梁、墩柱等上下部结构全预制装配化的设计与施工，缩短了工程建设周期，起到了示范推收稿日期：2023-05-09 作者简介：龚博（1978-），男，本科，高级工程师，主要从事桥梁与隧道工程管理工作。108Port,Waterway and Offshore Engineering 广作用。京沪高速公路（新沂至江都段）改扩建工程中，部分桥梁采用了全预制装配技术，构件整体在工厂预制后运至现场拼装，减小了对现场交通的影响，使工程的工期和质量得到了保证。南京 S126 市政配套工程的高架桥作为江苏首例轻型化全预制装配式桥梁，各类预制构件分块设计，实现了新时代工业化的建造水平。然而，现有全预制装配式桥梁施工项目占比相对有限，尤其是下部结构的预制及拼装技术仍处于推广应用阶段。运架一体化施工工艺是全预制装配式桥梁的重要施工技术，即采用一体化架桥机完成运输、架设预制构件的整个流程，无需对预制构件进行二次装卸等工序，简化了施工步骤，利于施工组织。目前，需要研发适用于墩柱、盖梁、节段梁和具有横移功能及适用于小曲率半径的架桥机，便于提高施工效率，节约成本1。一体化架设安装工艺首次在浙江周岱大桥中应用，其陆域段立柱、盖梁及 T 梁采用集中预制和现场安装，实现了上、下部结构的一体化架设2。深圳盐港东立交同样采用一体化安装工艺架设全预制装配式桥梁，并节省了施工用地，缩短了工期3-4。一体化架桥机5-9作为预制装配式桥梁一体化架设的主要施工机械，其能够实现工序衔的接流畅紧密，施工工效高，优越性突出。本文基于传统一跨半形式架桥机，设计了一种新型架桥机。同时提出了全预制装配式桥梁一体化架设的施工关键技术，为全预制装配式桥梁的施工提供了借鉴。1 工程概况工程概况 阜溧高速公路建湖至兴化段项目所处区域为里下河地区，沿线鱼塘众多，生态保护区密集，环保敏感区多，河流湖荡密布，软土地质分布广泛，其中控制性工程横泾河特大桥全长 3 829.6 m，第 923 联（33#102#排架）立柱、盖梁及小箱梁采用预制装配式工艺。墩柱为直径 1.4 m圆柱，墩柱下接现浇哑铃型承台，桥梁桩基采用钻孔灌注桩。单幅主梁由四节混凝土小箱梁组成。墩柱、盖梁及小箱梁最大重量分别约为 40.6 t、81.3 t及 95.2 t。全预制装配式预制桥梁示意图，如图 1所示。图图 1 全预制装配式桥梁结构示意图全预制装配式桥梁结构示意图 2 全预制装配式桥梁架设方案比选全预制装配式桥梁架设方案比选 全预制装配式桥梁常见的施工方法有五种：1）履带吊；2）履带吊+普通架桥机；3）汽车吊+普通架桥机；4）龙门吊；5）一体化架桥机。各施工方法的优缺点及适用范围，如表 1 所示。表表 1 全预制桥梁各施工方法优缺点及适用范围全预制桥梁各施工方法优缺点及适用范围 施工机械 优点 缺点 适用范围 履带吊 市场上可供选择的机械设 备较多；机械作业灵活。工作面零散，需大量人工，施工组织困难；交通繁忙时，构件沿线运输困难；需设置临时拼装场地，对周边交通及环境影响大。体量较小、作业场地较大的 预制拼装桥段 履带吊+普通架桥机 市场上可供选择的机械设 备较多 履带吊高度高，现场实际管线可能存在制约点；机械使用费用相对较高。有一定体量的预制拼装桥段 汽车吊+普通架桥机 市场上可供选择的机械设 备较多 汽车吊需定点支腿，无法负重行走；大吨位吊车需配重块，安拆耗时较长且工效较低。体量较小的预制拼装桥段 龙门吊 工效高，可多点流水作业；安全性系数高。需修筑双侧龙门基础，软基、河塘段存在制约；龙门走行轨道临时一次性处理措施费大，造成一 定浪费。桥位地面原状地质良好的预 制拼装桥段 一体化架桥机 逐孔作业便于现场组织施 工，无需大量地基处理 逐孔作业需等待结构物拼装达到一定强度，施工 作业面受限。桥位地面原状地质不好或便道 受制约无法 通行的预制拼装桥段 109 基于阜溧高速公路横泾河特大桥工程，对分别采用履带吊、履带吊+普通架桥机、汽车吊+普通架桥机、龙门吊、一体化架桥机 5 种方案的施工工效进行对比分析，如表 2所示。由表 2 可知，全履带吊、履带吊普通架桥机和汽车吊普通架桥机施工工效相对较低，龙门吊施工工效虽相对较高，但其设备投资大，施工场地要求较高。表表 2 施工工效对比分析施工工效对比分析 施工方案 施工工效 履带吊 每跨平均工期 4.5 d 履带吊+普通架桥机 每跨平均工期 5 d 汽车吊+普通架桥机 每跨平均工期 5 d 龙门吊 每跨平均工期 4 d 一体化架桥机 每跨平均工期 4 d 综上所述，一体化架桥机在上述五种施工方法中具有较高的竞争力。因此，本公司自主研发设计了新型一体化架桥机，在传统一跨半形式架桥机的基础上，设计了一跨超前跨，超前跨前支腿直接顶撑到地面承台上，然后由超前跨安装立柱以及盖梁。主跨用作安装预制小箱梁，可实现墩梁的一体化架设。3 一体化架桥机设计一体化架桥机设计 3.1 一体化架桥机结构设计一体化架桥机结构设计 为方便运输和现场安装，本工程设计了一台HJQ200t-35m架桥机，主要结构的安装方式均为销轴和螺栓连接。其结构主要由主梁、主梁前后连接系、1#支腿、2#支腿、3#支腿、4#支腿、5#支腿、起吊天车、液压系统和电气系统等组成。适用桥跨35 m，吊装重量200 t，纵横坡3%，曲线半径600 m。架桥机结构图及其效果图，如图 2和图 3所示。主梁：架桥机主要承载结构，为“A”字断面蜂窝梁结构，刚度大，重量轻。主梁共两列，每列长 80 m，由 8节 10 m主梁组成，上弦杆上设有天车轨道。主梁节间采用销轴连接，拼装方便快捷。主梁前、后联系框架均由型钢焊接而成，采用销轴与主梁连接。1#支腿：架桥机工作状态最前端支撑点，带有液压千斤顶，支腿高度可调节，下部设有横移轮箱，便于架桥机的横向移动。为适应较大范围的桥墩高度，伸缩部分分为上下两层，每层可单独调节 1.4 m，支腿中间有两组固定加高节，桥墩高度变化较大时，可通过翻起或下放固定加高节来较大幅度地调节支腿高度。2#支腿：作为架桥机前端的第二个支撑点，带有液压千斤顶，支腿高度可调节。上部设置反托轮箱，用于过孔时传送主梁，架梁时与主梁下弦连接。下部带有横移行走机构，便于横向移动。2#支腿横梁上部安装有转盘机构，普通斜交桥梁施工时，可根据不同斜交桥转动相应角度，满足斜交桥的使用。2#支腿作为靠近 1#支腿的支撑点，其主要用于承担架桥机自重以及构件自重，并作为架桥机过孔时的最前端支撑点传送主梁，便于架桥机调整姿态。3#支腿：上部设置反托轮箱，其作用与 2#支腿一致。3#支腿下部及横梁上部机构设置与 2#支腿类似，作用一致。4#支腿：4#支腿与 3#支腿的安装间距为 12.75 m，未设置横梁，上部设置反托轮箱，其作用与 2#支腿、3#支腿一致。并配备液压伸缩油缸，架桥机 3#支腿前移时需借用 4#支腿把主梁顶起。5#支腿：作为架桥机后端支撑点，主要保证 4#支腿的向前挂行。为了适应下坡桥施工，5#支腿的立柱可从主梁蜂窝孔内穿过，从而最大限度地降低 5#支腿的高度。其配备的液压油缸，在特殊情况下可起到辅助顶升的作用。立柱与地梁之间为法兰连接，保证架设坡度较大的上坡桥时便于增设加高节。起吊天车：共计 2 台，每台天车配有 1 台 8 t卷扬机，下部配有一组额定起重量 100 t 的动滑轮组，可满足单台天车额定吊重 100 t 的要求。前天车配有两组专用吊具并带有电动旋转功能，分别用于立柱及盖梁的安装。后天车配有一组普通预制梁吊具。天车的纵、横移机构相互独立，架桥机主梁和天车主梁上部分别铺设有纵移轨道和横移轨道，可实现预制梁的纵向移动和横向安装就位。液压系统：架桥机的 1#支腿有两套液压系统，2#、4#和 5#支腿各有一套液压系统。每台液压系统控制两个液压油缸，每台液压油缸由一台 5.5 kW电动机驱动。110 电气系统：采用发电机供电，三相四线制供电方式，架桥机上移动单元的动力线与控制线沿滑轨移动，滑轨分别布置在架桥机主梁两侧。此外，还安装了一体化架桥机安全监测系统及智能监测黑匣子，监测架桥机结构的应变、倾角及位移信息，用于其结构安全状态的监测与评估，指导现场施工安全。图图 2 架桥机结构示意图架桥机结构示意图 3.2 一体化架桥机特性一体化架桥机特性 基于本工程设计的一体化架桥机，在力学性能、施工工效、适用范围等方面表现了优异的特性。其具体优势如下：1）架桥机形式新颖、结构合理，主梁采用“A”字断面蜂窝式结构，具有受力传递性好，自重轻、刚度大、挠度小、经久耐用等优点；2）架桥机采用自平衡步履过孔，工人劳动强度低，施工效率高；3）架桥机架墩梁一体化桥梁时，可适用于 30 m 跨径、单重200 t 的混凝土预制梁以及单重100 t 的预制立柱和盖梁的安装；架桥机架普通桥梁时，可适用于35 m 跨径、单梁重200 t的混凝土预制梁的安装；采用过墩放梁，可实现高等级公路桥梁全幅一次安装，极大提升架梁速度；4）架桥机架梁时，前、中支腿位置可以根据需要调整，架设斜交桥时可根据斜交桥角度调整架桥机前、中支腿位置，可适应 45 以下任意角度斜交桥；5）一体化架桥机与普通架桥机有良好的通用性，后期可方便拆除超前跨及一号支腿，作为普通架桥机使用。4 一体化安装施工技术一体化安装施工技术 4.1 一体化架桥总体工艺一体化架桥总体工艺 横泾河特大桥承台与立柱采用灌浆套筒连接、立柱和盖梁采用灌浆波纹管连接，根据本项目下部结构连接接头特点以及一体化架桥机的设计特点，为避免下部构件施工接头灌浆料等强造成一体架桥机安装时间延误，图 3 给出了施工一跨时每一步施工工序所需工期，即仅需 4 天即可全幅安装一跨立柱、盖梁及小箱梁。如图 4 为安装工艺流程。图图 3 一体化架桥机工效分析一体化架桥机工效分析 图图 4 一体化架桥机安装施工流程图一体化架桥机安装施工流程图 4.2 预制构件吊装施工预制构件吊装施工 由于吊装预制立柱、箱梁及盖梁时的步骤大致相似，因此以预制箱梁吊装为例详细介绍其施工流程如下：1）预制箱梁由地面运梁车拉运至提梁站，再由提梁站龙门吊提升并换装至桥面运梁车上；2）预制箱梁由轮胎式运梁车喂送至架桥机尾部，至前天车能够起吊的位置停止；3）前天车吊起梁的前端，与后运梁车同步向前，至后天车可以起吊的位置停止；4）后天车吊起梁的后端，与前天车同步向前，直至预制箱梁纵向吊运到位；111 5）两天车同步落梁，离支座一定高度时，通过大车横移和小车横移将预制梁安装到预定位置。依次循环完成其余小箱梁的架设。此外，预制立柱由两天车吊运至接近超前墩的位置时，前后天车后移至立柱成竖直状态，后天车将立柱底部吊具松开，前天车吊起立柱，通过前天车的纵横移将立柱安装到承台的预定位置。预制盖梁由前天车吊运至 1#、2#支腿跨中时，通过电动旋转吊具将盖梁旋转 90，随后继续前移安装。4.3 一体化架桥机过跨一体化架桥机过跨 一体化架桥机过跨有如下 7个步骤：1）架桥机完成超前墩预制盖梁的安装后，在等强 12小时后，架桥机开始过孔；2）架桥机架完盖梁，两天车退回时的站位状态；3）5#腿支撑，4#腿收起向前挂行 10 m到 3#腿后方重新支撑；4）4#腿顶起，使 3#腿悬空向前挂行一孔距离，至下一孔的站位位置重新支撑；5）2#腿收起，向前挂行一孔距离，至下一孔的盖梁上方重新支撑；6）4#腿再次收起向前挂行 20 m后重新支撑；7）架桥机主梁在 2#、3#、4#支腿反托轮的驱动下，向前送出 30 m，架桥机一次性过孔到位，锚固各支腿与主梁的连接，调整天车的位置，架桥机具备架设预制立柱、盖梁和小箱梁的条件。4.4 架设主要注意事项架设主要注意事项 预制构件架设的主要注意事项如下：1）在吊装作业前，需试吊一次，即捆好构件后，应先将卷场机组作制动试验 23 次，然后将构件吊起少许，检查钢绳有无跳槽、吊架插销有无窜动等情况，确认可靠后方可正式作业；2）天车纵移时构件必须对中走行，即走行时处于两列主梁中央，严禁偏位走行。机上横移只能在梁片处于起吊位置和到位位置时进行；3）卷扬机组应动作一致，严防出现剧烈摆动现象。预制构件在起吊、走行和下落时，应尽量保持水平；4）根据桥梁坡度调整支腿的高度。使架桥机主梁坡度2%，以防止架桥机在走行过程中下滑；5）预制构件走行及空车走行时，应设专人监视电缆收放情况，发现电缆滑车卡住时，要立即停车排除故障。5 结结 语语 本文通过全预制装配式桥梁一体化施工关键技术的研究，成功研发了公路桥梁全幅一体化架桥机，并形成了全预制装配式桥梁一体化安装施工工艺。通过优化施工工艺顺序，提高关键工序灌浆料早强性能，实现了 4 天全幅安装一跨立柱、盖梁、小箱梁的高效施工，并且具有施工流程标准化程度高、安全环保、现场无需大量地基处理、设备投入低、经济高效等诸多优点。阜溧高速公路建湖至兴化段横泾河特大桥，全长 2.1 km 采用全预制装配式桥梁设计，作为江苏省首座成功采用一体化安装工艺施工的桥梁，为后续装配式桥梁的设计及施工提供了重要的示范作用。全预制装配式桥梁将原有的现浇结构进行工厂预制，使分散在现场的大部分工作，转移到科学管理的工厂完成。采用一体化架桥机进行施工，减少了现场施工作业人员，培育了新型产业工人，表现了良好社会综合效益，将引领交通基础设施建设的转型升级。参考文献：参考文献：1 孙策.城市桥梁预制装配化绿色建造技术应用与发展J.世界桥梁,2021,49(01):39-44.2 王其明.公路装配式梁桥一体化快速建造经济性能与定额分析J.交通节能与环保,2021,17(05):98-104.3 夏昊,范晨阳.市政装配化桥梁墩梁一体化架设施工关键技术J.公路,2021,66(04):85-89.4 崔超峰,吴伟才.预制装配式一体化架桥机施工技术J.建筑机械,2020,(11):96-98.5 张鸿,张永涛,王敏,等.装配式组合梁桥一体化架设方法及装备J.中外公路,2018,38(06):140-143.6 周伟明.钢板组合梁桥钢梁及桥面板一体化架设施工技术J.铁道建筑技术,2021,(09):102-106.7 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