大跨径刚性悬索加劲钢桁架梁桥施工技术

作者:刘小勇 徐巧成 范波
单位:中交二航局第二工程有限公司
摘要:重庆市曾家岩大桥为三跨连续刚性悬索加劲钢桁架梁桥, 跨径布置为135m+270m+135m, 为跨嘉陵江的重要市政桥梁。针对周边建筑物密集、大桥上方存在高压电缆等限制条件, 论述了在桥位环境影响下施工方案的比选, 简述了钢桁梁施工相关设计和施工工艺。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控制措施, 取得了较好的效果。
关键词:桥梁工程 钢桁梁 斜拉索 设计 安装 施工技术
作者简介:作者简介: 刘小勇, 高级工程师, E-mail:29381007@qq.com;
基金:基金: 中交第二航务工程局2016年科技立项;

 

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。

图1 大桥立面布置 (单位:cm)

图1 大桥立面布置 (单位:cm)

Fig.1 Bridge elevation layout (unit:cm)

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。

图2 施工方案1立面布置

图2 施工方案1立面布置

Fig.2 Elevation layout of construction scheme 1

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。

图3 施工方案2立面布置

图3 施工方案2立面布置

Fig.3 Elevation layout of construction scheme 2

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。

图4 施工方案3立面布置

图4 施工方案3立面布置

Fig.4 Elevation layout of construction scheme 3

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。

表1 钢桁梁安装方案比选
Table 1 Selection of installation schemes for steel truss girders   

表1 钢桁梁安装方案比选
图5 墩旁托架立面布置

图5 墩旁托架立面布置

Fig.5 Elevation layout of brackets beside piers

图6 墩旁托架立面布置

图6 墩旁托架立面布置

Fig.6 Elevation layout of brackets beside piers

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。

图7 起始节段立面布置

图7 起始节段立面布置

Fig.7 The elevation layout of the initial segment

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。

图8 整体变形姿态

图8 整体变形姿态

Fig.8 Overall deformed posture

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。

 

Construction Technique of Long Span Steel Truss Bridge With Rigid Cable Reinforced by Rigid Rib
LIU Xiaoyon XU Qiaocheng FAN Bo
(China Communcations 2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co., Ltd.)
Abstract: The Zengjiayan Bridge which has special rigid cable is a three-span continuous steel truss bridge of 135 m+270 m+135 m and it is an important municipal bridge across the Jialing river.There are a large amount of construction around the bridge. There are high voltage cables above the bridge and the other limit. This paper gives several construction methods in view of the above-mentioned fact and selects the best one. This paper consists of design concept, construction method contrast and corresponding construction technique. In the process of assembling and hoisting steel truss beams, pertinent construction schemes and related safety and quality construction measures have been formulated, and good results have been achieved.
Keywords: bridge; steel truss; stayed cable; design; installation; construction;
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