大跨度钢桁架桥落梁控制要点.pdf

建筑施工第45卷第10期2077大跨度钢桁架桥落梁控制要点张永哲上海建工（江苏）钢结构有限公司 江苏 南通 226100摘要：针对大跨度、大高差钢桁架桥落梁施工中存在的难点，结合工程实际进行了技术攻关。在充分分析实际施工过程中落梁难点的基础上，通过复核设计给出的相关标高来消除偏差、应用有限元分析软件来确保落梁过程中构件受力满足要求、复核辅助措施的安全可靠、选用熟练操作相应特种设备的工人进行相应施工等方法，确保了施工的顺利完成，总结的经验可供类似工程参考。关键词：钢桁架桥；落梁；大跨度；大高差中图分类号：TU99 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)10-2077-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.10.039Key Points for Controlling Beam Unseating of Large-span Steel Truss BridgeZHANG YongzheShanghai Steel Structure Construction(Jiangsu)Co.,Ltd.,Nantong 226100,Jiangsu,ChinaAbstract:As to the difficulties in the construction of steel truss bridges with large-span and large height difference,the technical breakthroughs are performed in combination with engineering practice.On the basis of fully analyzing the difficulties in beam seating during the actual construction process,by the methods such as using relevant elevations provided by the review design to eliminate deviations,applying finite element analysis software to ensure that the force on the components during the beam falling process meets the requirements,ensuring the safety and reliability of the review auxiliary measures,and selecting skilled workers to operate the corresponding special equipment for corresponding construction,the smooth completion of the construction is ensured.The summarized experience can be used as a reference for similar projects.Keywords:steel truss bridge;beam seating;large-span;large elevation difference预抬高尺寸不一，最大达1 800 mm，本项目预抬高远超其他项目，对落梁施工也是一项巨大的挑战1-2。2）本项目落梁质量达1 592 t，落梁施工支点位置有限，最大8个支点位置，单支点承重约200 t，根据规范要求，要保证其2倍的安全系数，对承重体系要求极高。3）钢桁架桥采用的是顶推工艺施工，落梁时要考虑拆除桁架桥下方的顶推措施如：滑道梁、反力支座等相关措施，拆除净空仅有540 mm，无疑是延长了落梁垫块的承载时间，也增加了落梁的危险系数。4）辅道桥为高架匝道桥，南北墩柱高差600 mm，本项目落梁存在较大高差，非常规水平状态桁架桥，落梁过程要避免高差带来的侧向水平力，施工技术水平要求极高。5）本项目桥体均为钢材所造，落梁定位时既要考虑热胀冷缩，也要考虑航道船只及道路车辆带来的共振影响，对最终定位有较大影响。6）防止支座落梁时不均匀受力，本项目支座后装，在狭小的空间内安装定位栓接支座，施工期间保证支座下锚杆的预埋与栓接长度的预留，支座安装精度要求极高。3 落梁前准备本项目落梁难度较大，为保证施工过程的稳定安全、1 工程概况案例项目位于苏州市吴江区江陵街道，规划为吴江快速路内环线的北环。本文所述的桁架桥横跨京杭运河，是当地连接两岸的重点桥梁，钢桁架桥梁跨度120 m，采用下承式简支钢桁梁，主桁架采用不等高三角桁架，节间长度为12 m，共10个节间，钢桁架桥全长120 m，上、下弦杆均采用箱形截面，主桁横向采用T梁形式，单向2%坡，端斜腹杆采用箱形截面和工字形截面，桥面系采用密横梁正交异性桥面板，每隔3 m设置1道横梁，钢桥面顶板与下弦杆的上盖板焊接，横梁腹板与主桁架腹板栓接，底板与主桁架杆件焊接，上、下弦杆为栓接形式，本次落梁采用可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）系统分级落梁。2 重难点分析1）本项目桁架桥施工设计有预抬高，在顶推滑移到位后进行落梁，传统的沉降施工采用砂箱完成，由于本项目作者简介：张永哲（1998），男，本科，助理工程师。通信地址：江苏省南通市海门区深圳路996号（226100）。电子邮箱：收稿日期：2023-07-10市政工程MUNICIPAL ENGINEERING202310Building Construction2078落梁线形符合相关误差要求，落梁前需做好准备工作。1）对原设计支座标高、桥面预拱度、钢桁架铺装标高、垫石标高等进行核算，确保没有设计数据误差。2）使用Midas Civil进行数据分析，模拟落梁过程中受力情况，对受力状态进行分析，确保受力措施安全系数大于规范要求，保证其监控过程中理论数据与计算数据的一致性。3）检查相关辅助措施的尺寸、板厚、填充物等级及主受力构件的焊缝，尤其是检查液压千斤顶的型号，严禁低代高施工，确保千斤顶油管无老化、裂纹、小孔等安全隐患，待千斤顶符合JG/T 3212011预应力用液压千斤顶后，才能进行使用。4）操作人员必须为特种设备使用熟手及经专业培训毕业人员，保证其使用特种设备过程中的熟练性及稳定性，且具备面对突发情况的机动性和灵活性。4 大跨度钢桁架桥落梁控制要点桁架桥总质量大，落梁支点有限，施工空间较小，落梁过程中为了保证桁架桥的同步沉降，防止传统工艺的不稳定性，确保施工安全，保障施工质量，本次采用PLC千斤顶系统进行落梁施工。本工程所使用的PLC系统的控制部分具有自主产权，可以设定同步千斤顶的数量，最高、最低位置，压力，同步精度，位移、压力误差等，并具备超限报警功能。本系统的贴合功能可对地面或重物等不确定因素进行修正，有位移、压力同步顶升和同步下降功能，液压锁在重物的顶升过程中不会因为胶管等外因造成突然下降，液压锁保压功能，能保证重物安全。PLC同步顶升系统常分为6个组成部分：电动液压泵站、PLC计算机控制系统、液压千斤顶、位移传感器、压力传感器、人机界面操作系统。该系统是将液压顶升系统、计算机PLC信号处置、位移监控及压力监控进行集成，并在集成系统上进行的成套技术开发。其核心是在桥梁组织分析与施工方法总结的基础上，依据桥梁特性设计电脑PLC信号处理液压系统，输入外部监控设备的位移和压力信号，通过PLC控制千斤顶顶升，顶升和下降误差不超过1 mm。PLC多点同步液压控制系统原理分析：针对本项目设计的PLC设备采用一个主控制系统、多个驱动系统、多个反馈系统组成。控制系统由PLC、触控屏、泵站组成。驱动系统由PLC、电磁阀组成驱动单元。反馈系统是由压力传感器和位移传感器组成的双反馈闭环系统。本项目整体设备运行采用位移控制，以保证落梁过程线形控制，并确保施工更加合理化、人性化。PLC系统控制的千斤顶都存在锁定系统，即使相隔百米也可以随时锁定千斤顶，千斤顶本身也带有自锁功能，当发生油管爆裂、崩坏及脱落时，千斤顶会立刻锁定，封堵进出口阀门，保证其自身的安全性。1）考虑本项目预抬高较高，对受力平衡有一定要求，利用PLC设备的机动性和灵活性进行分级落梁，以阶梯式减少落梁高度，利用PLC设备可同步控制多台液压设备，每次落梁高度150 mm，同步落梁高度一致性，在落梁过程中监控数据传输，保证落梁的稳定性，使落梁过程均匀受力。2）针对支点位置有限、承重系数较大的情况，本项目根据高度共制造上百个垫块、若干块垫板，垫块内填充混凝土增加强度。针对本工况，承重垫块经Midas的受力变形计算，预应力及变形数据均满足相关要求。本项目临时措施满足2倍安全系数，保障了支撑体系的承载问题。3）针对落梁前障碍物的拆除进行了模拟施工，确定合理拆除顺序，减少拆除时的碰撞。本次障碍物拆除的可用高度仅540 mm，普通吊机施工高度无法满足要求，根据施工经验选取折臂吊进行吊装，折臂吊钩头可在400 mm高的空间内起重吊装，大臂可直进直退，灵活性较强，吊装选用2台折臂吊，防止构件因重心不均产生摆动，为解决拆除过程中存在的部分冲击力，垫块连接成三角形，增加稳定性。4）由于落梁高度远超常规高度、两岸存在600 mm高差，通过计算分析相关受力，本次落梁标高较低的一侧垫块尺寸增大，增加其摩擦力和受力面积，抵消构件自重通过高差产生的侧向水平力，落梁选用分级落梁，先同步落梁900 mm，保障其水平状态的均匀受力。待900 mm落梁完毕，单边继续落梁600 mm，相对侧改为辅助塞板填充缝隙，防止落梁过程中出现倾覆及重心偏移等安全隐患，待落梁高度剩余300 mm时再进行纠偏处理。5）本次落梁由于桥体为钢材所造，温差大小会影响梁段伸缩长度，故落梁最佳时间为早上、下午温差较小的时间，钢桁架桥落梁时下方为古运河，行驶船只较多，两侧为国道公路，产生的共振效应也要考虑在其中，落梁时应缓慢施工，因落梁过程及环境因素产生的偏移误差，落梁剩余300 mm时应进行误差消除，通过模型定位结合测量数据分析偏移大小，在分配梁及桁架桥底部焊接纠偏牛腿，利用MGE板材涂抹黄油进行纠偏。6）防止落梁过程中不均匀受力，破坏支座永久受力结构，本项目选择后装支座，因落梁后剩余空间狭小，支座上钢板与桁架桥栓接、下钢板与锚杆栓接，桁架桥连接侧螺栓孔较多需先行栓接，支座锚杆纠偏完成后用直径70 mm的钢夹定位至孔洞上方20 mm处，锚杆定位时注意钢夹的紧固性，防止锚杆掉入垫石孔洞中，将支座塞进钢桁架桥梁底部，利用长臂扳手栓接固定支座与锚杆，支座定位时保证与墨线齐平，确保其数据与原设计的一致性。5 施工流程5.1 落梁设备选用落梁过程中，保证其在一定条件下的稳定性、安全张永哲:大跨度钢桁架桥落梁控制要点建筑施工第45卷第10期2079性，单幅钢桁梁的最大质量为1 592 t，单个支撑点需设置2台YS-DS-400型液压顶升器，共设置8台YS-DS-400型液压顶升器，单台YS-DS-400型液压顶升器的顶升能力为400 t，总的顶升能力为3 200 t1 592 t，满足规范要求。5.2 落梁施工流程1）钢桁架桥顶推到位后，在河西与河东两岸临时支架侧分配梁上方并排设置2组支撑，包括530 mm垫块、630 mm垫块、垫板等。安装液压同步顶升系统设备，包括液压泵源系统、顶升器等，顶升器顶板直接采用角焊缝焊接在端横梁下表面。此时顶升器行程为0 mm。2）调试液压顶升系统，确认无异常情况后，开始落位作业。顶升器伸缸，顶升器底部落到垫块上，继续伸缸将钢桁架桥顶起，拆除河东与河西顶推临时措施（需考虑河东与河西拆除顺序），在桥墩支座处设置1组支撑措施。3）控制液压顶升系统，河西与河东开始同步落梁。顶升器缩缸，钢桁架桥受力转移至桥墩垫块上，拆除顶升器下方1个垫块。4）顶升器伸缸将钢桁架桥顶起，拆除桥墩支座处支撑最上方1个垫块。5）重复落梁流程直至落梁高度降低至300 mm后停止，安装调平块（楔形），河东河西准备开始纠偏。6）纠偏完成后开始灌浆，待灌浆料达到设计值后拆除千斤顶，使垫石及支座永久受力。6 相关计算与分析结论钢桁架桥抗滑移计算分析、垫块抗倾覆计算分析、垫块上螺栓抗剪力计算分析、支撑钢管承载力验算分析、均已通过计算分析，满足规范要求，千斤顶顶出最大力时，不会超过支撑钢管的承载力，均满足规范要求。7 落梁施工控制措施1）落梁施工前进行相关的安全技术交底，落实登高作业、临边围护及相关人员持证上岗，严禁无证施工。2）落梁时应统一指挥，总指挥人员只能有1人，避免多级命令，影响施工进度及施工安全，指挥人员应熟练掌握相关施工流程，避免指挥错误。3）落梁PLC系统应由专业人员操控，严格控制落梁下沉量，为保证成桥线形，应稳健落梁。4）支点落梁过程中，应密切关注结构受力情况，当结构发生异常（如钢梁局部屈曲，墩顶滑移较大）情况时，应立即停止支座下沉，并查明原因进行处理。5）相关辅助措施需焊接部分应由专业人员施焊，待冷却期满足24 h后进行相关探伤检测，保证其焊接质量。6）施工过程中避免偏移量过大，应焊接限位牛腿，使其顶推过程中偏移量不超过规范要求。8 落梁灌浆8.1 砂浆砂浆应经检验满足相关规范要求后进行支座灌浆，待灌浆料强度达到设计值后才能拆除千斤顶。灌浆料的选择也是落梁施工的关键步骤，它会影响落梁后的支座伸缩量，本次选用的砂浆具有以下优点。1）良好的和易性：优异的流动度，无需机械振捣和抹压；重力灌浆，自流找平，密实填满模板；不分层、无离析、不泌水。2）早强、高强：8 h抗压强度20 MPa，24 h抗压强度40 MPa，28 d抗压强度50 MPa。3）微膨胀：具有微膨胀补偿功能，可消除水泥硬化收缩现象，28 d竖向膨胀率0.02%0.10%。4）可在低温、负温下施工：在低温、负温下强度仍有较大增长，有效地解决了冬季施工等问题。8.2 灌浆注意事项1）对需灌浆的基面进行清除粉尘、油污和其他污垢等不利于黏结的物质，灌浆前预湿基面，用水将基面浸湿至饱和，但施工时不得留有明水。2）根据施工浇注体积计算粉料及用水量，粉料用量约2.0 t/m3，按粉料水1（0.130.15）（质量比）配制浆料，环境温度20 时，每次搅拌完成后，应在30 min内用完。3）搅拌浆料时，应先将水加入搅拌桶内，然后逐渐加入称量好的粉料，边投料边用机械进行搅拌，直至粉料全部加完，再继续搅拌34 min，使浆料均匀。若采用人工搅拌时，宜先加入2/3的用水量搅拌均匀，再加入剩余用水量继续搅拌34 min至浆料均匀。4）采用重力灌浆方式，将拌和后的料浆均匀倒于处理好的基面上，灌浆过程应从支座中心部位向四周注浆，自流平即可。也可从一侧灌入，直至另一侧溢出，以利于排出支座与混凝土基础之间的空气，使灌浆充实。为使空气顺利排出，不得从四侧同时进行灌注。9 结语采用PLC分级落梁技术进行120 m大跨度钢桁架桥落梁，安全系数较大，速度快，桥梁标高及轴线偏位都很好地控制在设计范围内。PLC分级落梁技术，节省了施工时间，同时机械的成本也得到了控制。本次钢桁架桥落梁施工，为往后的预抬高落梁施工打下了坚实的基础。1 李守涛.沙庄大桥钢桁架桥设计与施工技术研究J.地产,2019 (11):54-55.2 罗宇涛,侯娜,任志强.半穿式钢桁架桥落架关键技术研究J.山西 建筑,2013,39(20):172-174.张永哲:大跨度钢桁架桥落梁控制要点