湖北省巴东新县城至野三关公路工程, 是一条二级公路, 设计时速40km, 桥面净宽8m, 在施工的K38+200.000—K58+400.000段的11座桥梁中, 转弯半径300m内的大桥有5座, 包括300, 270, 180, 150, 95m, 均采用常用双导梁架桥机顺利架设完成。其中圆曲线半径95m的纸厂沟大桥是转弯半径最小、地形复杂、架设难度较大的一座。本文以纸厂沟大桥为例, 介绍架桥机架设小半径曲线桥的关键技术。

纸厂沟大桥全长128m, 平面位于半径95m圆曲线上, 从小桩号往大桩号坡降3.4%。大桥下部结构最高18.5m, 桥墩为直径1.3m双柱墩。上部构造采用4×30m装配式预应力混凝土连续T梁, 先简支后结构连续体系, 全桥共1联。每跨T梁5片, 总计架设T梁20片。布梁方式是以折代曲, 在T梁架设后, 全宽11.3m, 通过防撞护栏形成净宽8m的曲线桥面 (见图1) 。本桥T梁架设主要有以下难点。

1) 由于曲线半径只有95m, 盖梁呈扇形布置, 相邻盖梁间有约18°夹角, 每片T梁长度不一, 其中曲线内侧边跨T梁长27.72m, 外侧边跨T梁长30.65m, 相差2.93m, 架桥机过孔就位和T梁喂梁难度较大。同时桥面横坡5%, 转弯运梁不易平衡。

2) 由于制梁场位于大桩号方向的路基上, 运梁需从大桩号往小桩号进行。而大桩号到4号桥台路基的左侧边坡为混凝土挡墙, 路基宽度只有8.5m, 限制了架桥机的过跨和喂梁。

3) 桥梁下部有条村道, 桥梁架设时需要保证村民出行畅通。

架桥机之外先后比选了起重机、扒杆吊2种方案。

由于T梁最大质量在75t左右, 考虑起重机起吊半径, 比较起重机方案后选用220t汽车式起重机, 其39t的起吊半径可以达到16m。初期考虑采用1台220t汽车式起重机布置在架设桥跨中间, 与运梁炮车配合, 将T梁从运梁一端提到远端后, 再用1台75t汽车式起重机提起近端, 放在架设支座上。但起重机提梁移动与运梁炮车后退的速度难以匹配, 容易侧翻发生安全事故。因此只能考虑2台220t汽车式起重机吊装方案, 1台站在待架桥跨中间, 1台站在前跨中间, 运梁炮车到位后, 各提一端进行平吊安装。由于220t汽车式起重机具有进场困难、租赁费用高、支设起重机回填平台将中断村道等一系列问题, 因此未采用。

扒杆吊方案主要是采用在架设跨两侧盖梁 (或桥台) 上立人字扒杆, 用缆风绳固定, 双钩钓鱼法架设T梁。采用扒杆吊方案不需要回填场地, 与外界干扰较小。但由于是曲线桥, 每跨架设时均需设相应的缆风绳地锚。扒杆吊每跨都需要重新组装1次, 需要认真有经验的队伍, 费用较高。且施工时间较长, 架设完4跨20片T梁约需要1.5个月。

从方案比较上, 架桥机方案最快、最节省、作业队伍也最有经验。但需要解决几个技术方面的问题: (1) 架桥机能否安全可靠地完成小半径曲线桥架设的机械动作; (2) 大桩号第1跨架设时, 如何避免右侧边坡挡墙限制, 将架桥机安装到位; (3) 由于曲线半径小, 架桥机过跨后尾部喂梁空间较小, 如何解决在弯桥上喂梁的问题。

1) 架桥机选型

架桥机选择DLQJ120—30A3型双导梁桁架式架桥机 (以下简称架桥机) 。该型号桥机由导梁、前后连接横梁、前支系统 (包括前支腿、前下横梁、下挂行走轮箱和前横移轨道) 、中支系统 (包括中托上下层轮箱、转盘、中横梁和中支横移轨道) 、后托轮 (采用液压顶升托起导梁, 与中托轮一起驱动导梁前移) 、后支腿 (采用倒链收放) 、液压系统、电气设备和提升小车等组成。其中导梁为三角桁架, 每片导梁配4节12m标准节和1节2m非标准节三角桁架, 全长50m。两导梁中线距离7m。提升小车 (起重天车) 2台, 最大起重60t+60t。该型号架桥机在完成曲线桥架设操作时主要有以下几项特点: (1) 在架设弯桥时, 根据桥轴线和盖梁角度, 左右导梁可前后错位, 用连接横梁调节盘上的转角调整斜度以达到各种斜度要求, 前支腿位置也随之变动, 保证在曲线桥相邻盖梁不平行时, 前支横移轨道与盖梁平行; (2) 在中支反托轮下设有转向盘, 过孔时可调整架桥机方向; (3) 在前支腿设有前下横梁和吊挂行走轮, 增加了前支腿在横移轨道上横移的范围, 可以保证行走轮在盖梁挡块范围内, 前支腿最大可超出盖梁挡块边线50cm, 方便弯桥的边梁架设。

2) 总体方案

先在CAD图实测地形上绘制桥梁平面及每片T梁位置, 然后按架桥机过跨、喂梁和安装等各种工况在图上模拟, 图上模拟可行后, 再对照现场勘察确定架设总体方案。

由于受大桩号侧边坡挡墙限制, 在4号桥台侧拼装好架桥机再过跨难以实现, 因此第4跨采取直接在3号盖梁和4号桥台上安装架桥机。同时, 拆掉架桥机导梁尾部12m标准节和2m节段, 只安装36m, 以避开尾部挡墙妨碍。

由于3号盖梁与4号桥台中线有约18°夹角, 因此, 架桥机主梁减少到36m后, 导梁尾部位于中托横梁后的长度不够前天车提梁, 因此喂梁时采用千斤顶和后天车配合副炮车对梁进行挪移, 使T梁前端移到副炮车前面3m左右达到前天车提吊位置, 再进行喂梁。

在第4跨架设完成后、第3跨架设时架桥机需要过跨。过跨前先将已经架好的第4跨T梁间横隔板主筋全部焊接完成形成整体。为保证过跨时架桥机的平衡配重, 架桥机过跨前需恢复安装尾部12m+2m节段主导梁。由于4号桥台侧边坡挡墙限制, 采取在架桥机前移12m后再安装。

曲线桥架桥机过跨需要转向, 主要利用起重天车吊挂已经架设的T梁后天车配重, 通过天车平移时钢丝绳反力的牵引作用, 以中托为支点, 使架桥机往天车平移方向转向。过孔时根据现场观察进行转向, 转向后使架桥机前支横移轨道与盖梁中线平行, 2个前支全部落于2号盖梁范围内。

由于架桥机长50m, 在弯桥上过跨就位后尾部喂梁区间较小, 因此初期考虑在喂梁前再将架桥机尾部12m+2m梁段拆除, 留36m以便于喂梁, 喂梁方式与第4跨相同。施工中根据实际情况又做了调整, 未拆除导梁尾段, 而采取了增加喂梁空间的其他办法, 具体见下文。其余第2跨和第1跨T梁架设方式与第3跨相同。

架桥机拼装采用2台25t汽车式起重机配合, 将前支横移轨道、前下横梁及行走轮箱整体吊装到3号盖梁顶部。横移轨道摆放在小桩号侧垫石上, 中线与盖梁中线平行, 底部用枕木和钢筒垫平, 用钢丝绳与盖梁缠绕绑扎, 并用倒链拉结牢固。中托横移轨道布置在4号桥台边, 底部垫平, 方向与前支横移轨道平行。

在前支下横梁和中托就位后, 吊装纵导梁 (36m) 和前支腿。左、右侧纵导梁分别吊装, 将一侧主导梁整体用运梁车运至现场, 总重约15t (标准节1节12m约5t, 共3节) , 运梁车配合2台25t汽车式起重机抬吊就位。单侧主梁吊装就位后, 将前支腿与前下横梁用螺栓固定连接, 同时在两侧用倒链与盖梁绑扎牢固, 保证稳定。然后安装前端框架和后端上横梁。在纵导梁安装完成形成整体后, 再将提升小车下轮箱及横导梁按桥线角度连成整体后吊起放在纵导梁轨道上, 将提升小车放在横导梁的轨道上, 安装电缆支架。最后按说明书要求进行电气设备和吊钩安装。

喂梁采取提升小车提吊T梁前吊点前移, 运梁炮车转弯倒退跟进, 待运梁炮车的T梁与架桥机架梁方向平行后, 再完全由提升小车起吊梁体进行安装。由于纸厂沟大桥转弯半径小, 取掉14m后, 导梁长度只有36m, 在中托横移轨道后边的提升小车运行长度太短, 无法用前提升小车直接提吊T梁前吊点, 因此, 采取倒换一次后再提吊的方法。先用后天车挂住T梁前吊点, 采用千斤顶在炮车下将T梁顶起后, 副炮车后退3m, 再降下千斤顶将梁放回至炮车上。炮车再喂梁, 使梁前端达到前天车提梁位置后, 再用前天车提起梁前吊点, 主炮车与天车同步前移正式喂梁。倒换时采用后天车提吊保证梁稳定, 梁放回炮车后须将梁左、右支撑牢固, 防止倾斜。喂梁时运梁炮车转弯跟进, 至运梁车转到架梁方向后, 再用后提升小车提吊T梁后吊点, 前、后提升小车将梁整体吊起后开始T梁安装。第4跨架桥机拼装后喂梁工况具体如图2所示。

每跨T梁安装按照先一侧边梁再相邻中梁, 然后另一侧边梁再相邻中梁, 最后中间中梁的顺序。

在炮车完成喂梁后, 前、后提升小车同时提梁前移到架设位置, 安设支座后将T梁吊放就位, 然后设左、右支撑加固。T梁落梁时注意使橡胶支座与上、下钢板中心对正, 上、下面与钢板密贴, 保证支座均衡受压。支座垫石标高需满足设计要求, 用水平尺检查水平, 对垫石不平的在橡胶支座下加垫薄钢板调整。

T梁架设时2个提升小车同步提梁至待架梁跨上方后停止前行, 2个提升小车卷扬同步下落, 下落时注意保持T梁水平, 否则需启动单台或单侧卷扬进行调整。待预制梁距墩台顶面约15cm时停止落梁, 启动前支腿和中支装置的横移电机, 整机带动预制梁同步横移, 把预制梁放到合适的位置上。梁放稳后设临时支撑或钢筋连接牢固, 然后架桥机架设下一片梁, 如此反复。

边梁架设时为保证安全需尽可能不让桥机悬出, 由于本架桥机设有前下横梁和吊挂行走轮, 能够保证行走轮位于盖梁挡块范围内, 而前支超出盖梁外侧最大50cm;因此, 能够保证边梁架设时整机横移, T梁能最大限度就位。

边梁落梁就位后两端在翼板内侧临时用圆木斜撑稳定在墩台上, 边梁相邻中梁架设后, 须立即对相邻横隔板的主筋进行焊接, 保证已经架设T梁的稳定, 在T梁间横隔板钢筋焊接完成前不可拆除临时支撑。

由于架桥机前移过孔和平转时需要保持自平衡和采用天车提吊T梁配重, 因此进行下一跨过孔前必须恢复架桥机尾部的14m。同时因右侧山体挡墙限制, 需要架桥机前移12m后才有足够空间接上后边14m。

在第4跨T梁架设完成、T梁间横隔板钢筋焊接成整体后, 再进行架桥机第3跨前移准备。移动前先根据待架T梁中线与2号盖梁中线的夹角, 用调节盘上的转角调整斜度将2列纵导梁前后错位, 此时前支腿随之变动, 使导梁与前支横移轨道的角度一致, 从而使架桥机过孔完成时, 前支横移轨道和盖梁平行。

安装好托轮后, 拆除中支装置与主梁连接螺栓, 启动前支腿、后托液压装置, 放下后支腿, 使架桥机的前支腿、后托轮和后支腿6个支点同时平稳受力, 调整好架桥机水平和稳定后, 再用前提升小车将中支装置吊至前盖梁位置, 调整好中支横移轨道与前支横移轨道平行后, 将中支装置安装在横移轨道上部。然后将前、后提升小车移至纵导梁尾部并吊挂已经架设的T梁配重。确认完成各项准备后, 进入架桥机前移操作。

前移时, 将前支横移轨道用钢丝绳绑在前支横梁上一起前移。收起前支腿和后支腿, 使纵导梁完全落在中支装置和后托轮上, 确认架桥机保持水平和稳定。启动中支和后托的上层轮箱驱动纵导梁向前平移12m。然后顶起中支和后托的液压装置, 放下后支腿, 使架桥机的中支、后托轮和后支腿6个支点同时平稳受力后, 采用25t汽车式起重机配合进行尾部12m+2m的主导梁拼装 (见图3) 。

架桥机转向装置主要是中托转盘和中托轮, 转向力矩通过在天车尾部提紧T梁时, 中托在轨道上横移或天车往一侧移动产生。架桥机导梁放置在中托轮上, 用轮牙限制导梁超过轮轨横向移动, 但不限制导梁纵向移动;同时, 前后连接导梁的上横梁上的调节盘可以适当调节导梁间的距离, 使导梁前后错动, 因此导梁可以在中托左、右2个支点上旋转。曲线桥架梁时对架桥机在中托转盘上做了改造, 转盘中心加了销轴;转盘上、下相对的固定螺栓孔改成月牙槽孔。转向时先将槽孔螺栓取掉, 通过销轴转动, 到位后再用螺栓销住转盘。

架桥机恢复到50m后, 先进行调试, 然后开始进行第3跨过孔和转向。为转向方便, 架桥机在过孔20m时初次转向, 采用了2台25t汽车式起重机辅助进行, 分别提吊在左、右导梁尾部向左侧转动, 使导梁以中托为轴向右侧平转。用起重机转动架桥机导梁方向时, 要用天车提梁配重, 同时注意防止中托轮脱轨, 时时观察。转动前在中托转盘中使用润滑油, 保证转盘转动灵活。在导梁偏移到中托轮一侧超出轮牙时, 采用人工用倒链转动中托转盘, 使导梁位于中托轮中心。

架桥机过孔共约需转向18°, 采用起重机约转向8°~9°, 其余主要通过架桥机自身完成。转向操作采用提升小车和中支横移配合进行, 主要有2种方式: (1) 转向时, 1台提升小车吊挂已经架设的前跨T梁配重, 在将提绳收紧后, 根据现场观察, 操作提升小车向右移动, 利用移动时牵拉已经架设T梁反力在导梁上形成转向力矩, 使架桥机导梁以中托为轴向右侧平转一定角度。 (2) 在提升小车垂直提紧T梁时, 驱动中托横移电机在轨道上右移, 使导梁以提绳为中心向右侧平转一定角度。转动时, 根据中托与提梁天车间距离大小, 可以调整每次转向角度。

这2种方式根据现场观察选择进行操作。同时注意架桥机导梁前、后支腿位置, 看到前支腿要移到盖梁挡块外时, 操作中托适当向左横移, 后支腿注意不要移到桥外。转向临时中断时要及时将后托顶起, 将后支腿放下, 保证架桥机支撑在6个支点上, 并用天车提挂T梁配重。前移到20, 25, 30m时分别进行1次转向, 到达前盖梁后还要根据现场情况微调, 直至架桥机主梁与第3跨待架T梁的中线平行, 架桥机前支腿全部落在2号盖梁范围, 其前支横移轨道基本与盖梁中线平行且与待架设的T梁落梁位置没有妨碍 (见图4, 5) 。

在确定前支横移轨道已经达到盖梁预定位置后, 在盖梁前横移轨道下按照间距50~100cm支垫枕木和钢管, 然后启动前支液压油缸, 将前支横移轨道放下, 支撑稳定。

第3跨在曲线桥上架桥机尾部已局部伸到桥面外, 喂梁空间小, 难以进行。初期考虑采用与第4跨相同方式, 即先取掉导梁后面14m, 再采用千斤顶和后天车倒换1次, 再前天车提梁炮车喂梁的方法。但操作较麻烦, 需要拆装1次导梁, 工序复杂。现场做了调整, 为取得喂梁空间主要采用2种方法。

1) 在CAD图上模拟, 第3跨喂梁空间较小, 只是尾部左后支腿出了边线。如果适当将前支横移轨道左转1°~2°, 不完全平行盖梁中线, 也不妨碍T梁架设。因为架桥机长50m, 这时架桥机导梁尾部就会内移0.87~1.75m, 增加喂梁空间。

2) 驱动前支在横移轨道上向左移, 中支在横移轨道上向右移。利用导梁连接横梁的调节盘可以使导梁前后错动的特点, 适当减少导梁的中线距离, 以使尾部在桥上有喂梁空间。但采用该方法调整后, 架桥机导梁与待架T梁不平行, 存在夹角。因此在喂梁完成、前、后天车提梁后, 再将前支右移, 中托向左移, 使架桥机恢复到与待架T梁平行状态。然后进行T梁架设作业。

桥面横坡为5%, 为防止运梁炮车重心不稳, 需对先架设跨T梁进行处理。将已架桥跨的梁体横隔板、湿接缝主筋全部焊接, 提高已架跨T梁整体稳定。桥面横坡较大的部位垫砂石调平。运梁炮车在桥上行进都是在2片梁的肋板范围上。因为是曲线桥, 运梁炮车喂梁时需要转弯进梁。过湿接缝时铺设3cm厚钢板。

中、边梁架设一般与第4跨相同, 只是喂梁不需要倒换。炮车喂梁至前天车提梁部位时, 直接用前天车提梁前端前移, 炮车转弯跟进;后天车提梁位时, 再后天车提后端。通过提升小车横移和架桥机整体横移的方法把T梁就位。

因为曲线半径小, 边梁前、后端局部还无法落在支座范围上。现场采取在前或中横移轨道端头布置10t倒链, 挂住T梁端头横隔板主筋上, 在天车提挂时横向牵引的方法移梁就位。

半径300m以内曲线桥预制梁架设通常都是一个难题, 受到架桥机长度和转弯喂梁限制, 一般会采用现浇或大型起重机吊装方案。采用架桥机改造后进行吊装作业, 因为这种弯桥设计不多, 常常费用较高。通过巴野公路30m长预制T梁的架设实践, 认为采用合理的方案和操作, 常用的双导梁架桥机能够适应小半径曲线桥梁的架设, 而且较之其他方案成本较低、安全性高。