大跨径刚性悬索加劲钢桁架梁桥施工技术
1 工程概况
重庆市曾家岩大桥为路轨共建,上层为双向6车道及两侧人行道,下层为双线城市轨道交通10号线。主桥结构采用刚性悬索加劲梁3跨连续钢桁架梁桥,跨径布置为135m+270m+135m,桥面宽度32.6m。钢桁梁采用矩形断面,桁宽26.7m,高12.483m。主桁采用等高度的三角形桁式,标准节间长度为12.2m,如图1所示,构件之间采用栓焊连接形式。全桥用钢量约2.4万t, 10.9S级高强螺栓约63万套。
2 工程难点
曾家岩大桥属城市大跨径钢桁加劲梁桥,跨越嘉陵江黄金水域、公路干线及轨道线路,施工场地狭小,周边建筑物密集,且在大桥上方存在1组110kW的过江高压电缆,其工程难点主要为以下方面。
1) 桥位位于主城核心区,且紧邻市政重要建筑物,可作业时间短,单个构件质量大,安装对位较难。
2) 钢桁梁上跨市政主干道路及曾家岩车站,安全防护要求高、难度大。
3) 上部钢结构采用对称悬臂拼装施工,悬臂长度大,结构抗倾覆风险高。
4) 上部钢结构安装工序多,且均为高空作业,体系转换频繁,施工安全风险高。
3 可行性方案研究比选
曾家岩大桥上部结构安装施工,由于受地形及临近建筑物的影响,无法利用支架、顶推及转体法施工,需采用预偏补偿方式,利用斜拉扣挂系统悬臂对称拼装工艺进行施工。
1) 方案1在主墩墩身牛腿上设置高62m的钢管格构柱扣塔,并在塔顶设置3对斜拉索,采用桥面吊机对称悬臂拼装工艺,在安装过程中通过压重等方式确保钢梁安装过程中的抗倾覆稳定性,如图2所示。
2) 方案2利用钢桁梁的大立柱,在其顶端设置高26m的钢管扣塔立柱,与方案1相同,在塔顶设置2对斜拉索,进行钢梁安装,如图3所示。
3) 方案3利用钢桁梁的大立柱,仅在其顶端设置锚箱,与上述方案相同,设置2对斜拉索,并通过增大斜拉索索力,增加钢绞线斜拉索的根数,确保安全储备,进行钢梁安装,如图4所示。
根据现场实际情况,从施工安全性、工效、经济性等方面对3种方案进行比较,如表1所示。根据比选综合考虑采用方案3作为现场实施方案。
4 钢桁梁施工设计
钢桁梁施工设计主要包括墩旁托架设计、临时墩及压重设计和临时拉索系统设计。
4.1 墩旁托架设计
墩旁托架设置在主墩墩身两侧,作为钢梁安装过程中的临时支撑结构,其托架结构由2排格构柱式φ1 000×16钢立柱、柱脚及埋件结构、桩顶连接架、柱间连接系、附墙结构及桩顶对拉结构组成。托架与墩身间设置3层附墙结构与墩身锚固,同时为增加结构稳定,横桥向2排格构柱立柱间设置柱间连接系连接,如图5所示。
4.2 临时墩及压重设计
为保证钢梁安装过程中的抗倾覆稳定性需要,根据现场施工条件及周边建筑物限制,在江北侧边跨第6节间与渝中侧第3节间节点处分别设置临时墩,并在钢梁安装至临时墩处进行压重,临时墩采用φ1 020×12钢管形成的格构立柱,并在立柱顶设置横联,基础为桩基+承台方式。压重采用砂袋堆码均匀布置在临时墩两侧的桁间上,如图6所示。
4.3 拉索系统设计
根据钢梁架设方案采用斜拉扣挂系统对称悬臂拼装工艺,主桁设置3对临时索,拉索上端都锚固于刚性悬索顶部锚箱内,下端分别锚固在主桁上弦节点拉索锚箱上。
拉索采用φ15.2高强低松弛钢绞线,按2倍安全系数控制设计。1号拉索单桁由4组20根钢绞线组成,最大索力8 370kN, 2, 3号拉索单桁均由4组25根钢绞线组成,最大索力9 000kN,拉索锚箱均采用Q345C钢材焊接结构。
5 钢桁梁安装施工
曾家岩大桥钢桁梁安装施工总体采用“预偏中支点预降边支点,利用斜拉扣挂系统对称悬臂拼装工艺”,即将江北侧主墩处的滑动支座向跨中方向预偏58mm进行补偿,并预降边墩墩身高度0.8m,设置临时支座,且为布置在梁底的千斤顶留足空间;利用设置在加劲弦顶端的拉索锚箱布设斜拉索,采用桥面吊机对称悬臂拼装。
5.1 桁梁安装
起始节段指主墩支座处靠江侧主桁节段,其首节段钢梁由设置在墩旁的80t桅杆吊直接卸船、吊装至墩旁托架和主墩支座处安装,构件安装顺序:下弦杆→下层桥面板→立柱→斜腹杆→上弦→上层桥面板。由于吊幅限制,远离桅杆吊侧的B11 (B33) 构件,采用先将B11 (B33) 吊装至墩中线处设置的滑梁上,再利用滑移、顶升方式进行安装,如图7所示。
起始节段安装完成后,利用桅杆吊在其上桥面拼装80t桥面吊机,桥面吊机拼装调试完成后,钢桁梁采用桥面吊机对称悬臂拼装方式进行安装,直至合龙。构件安装时上下游对称,防止出现单侧偏载现象。
5.2 刚性悬索安装
刚性悬索由加劲弦杆与吊杆组成,其中吊杆通过销接将加劲弦与上弦连接起来,由于吊杆与下弦及加劲悬杆均是销轴连接,为保证安装时吊杆垂直以及销轴穿插,在吊杆上采用抱箍形式设置可调八字撑杆进行稳定及调整,同时由于刚性悬索安装过程中,对应吊杆均呈受压状态,为保证杆件顺利对位,需利用桥面吊机对加劲弦施加一定上提力。
5.3 合龙段安装
中跨合龙总体采用“下降边支点+江北侧钢桁梁整体纵移”的方式进行合龙施工。江北侧边支点下降约0.656m (相对设计成桥标高) 、渝中侧边支点下降约0.474m (相对设计成桥标高) ,江北侧钢梁整体向跨中侧纵移0.058m。
合龙段主桁构件安装前,利用桥台设置的液压千斤顶装置,下降边支点,使得主梁分别绕P1和P2墩墩顶整体转动,调整中跨合龙口高程及转角偏差。利用P1墩墩顶设置的纵桥向反力装置及球形支座纵向滑轨,微调中跨合龙间隙,确保中跨合龙段构件安装空间。横桥向误差通过设置在左右桁梁的对拉葫芦,进行调整。经调整后,整体变形姿态如图8所示。
合龙口下弦纵向偏差为0,上弦纵向偏差为-0.002m;上、下弦竖向偏差均为0;上、下弦转角偏差约为0°,合龙口姿态满足合龙施工要求。
6 结语
曾家岩大桥由于受地形地貌及周边建筑物的影响,与平原地区加劲弦钢桁梁施工有所不同,在钢桁梁拼装及吊装过程中,制定了针对性的施工方案和相关安全、质量施工措施。以城市密集区大跨度刚性悬索加劲钢桁梁桥为例,通过方案比选、施工设计及施工方案简述,概述了曾家岩大桥施工特点,为类似桥梁工程建设提供参考和借鉴。
参考文献
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[2]董正良, 孙晓伟, 陈诚.峡谷大跨径钢桁梁斜拉桥上构总体施工方案研究[J].施工技术, 2018, 47 (13) :124-126.
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