市政钢箱梁施工最常用的方法为原位吊装, 当桥位不适合直接吊装则需要考虑顶推法、滑移法或其他方案。其中, 滑移法设置轨道, 可使钢箱梁移动过程平稳可控;通过轨道的选择可调整胎架位置, 避免对桥下产生影响;梁底可设置调平装置, 适应梁底曲线变高的情况;使用的设备简单轻便, 成本较低, 具有广泛的应用价值。常规项目往往是钢箱梁逐个节段纵移或累积纵移, 或者整体横移, 本项目结合两种思路, 采用逐个节段先横移后纵移的施工方案。

徐州北三环项目在原三环北路基础上改造为高架快速路, 其中丁万河大桥处路线与丁万河呈28°斜交, 原有的地面桥拆除重建, 同时还要进行主线高架桥施工。高架桥及地面桥均为斜交正做, 地面桥分4幅, 沿河依次错开排列, 跨径均为 (40+65+40) m, 高架桥的桥墩从地面桥中间的7m间隙中穿出, 高架桥采用 (31+65+31) m跨径, 桥面宽25m, 结构为单箱4室底面变高钢箱梁。丁万河大桥主线高架为主线24联, 墩号范围70~73号, 桥面位于R 8 700m的竖曲线上, 边墩及中跨跨中处梁高2m, 中墩处梁高3.2m (见图1) 。

根据现场场地条件, 原计划在地面桥以外的北侧空地进行钢箱梁的拼装然后整体横移, 后因北侧拼装场地上方的高压线影响吊装, 故改在桥位东南角的小块空地上设置单节段的拼装场地, 采取逐个节段拼装后先横移再纵移的施工工艺 (见图2) 。

综合考虑设计图纸及规范要求、运输条件、厂内制造能力以及现场安装条件, 丁万河桥主线钢箱梁采用纵横向结合方式进行分段划分, 4个墩顶处为保证隔板的完整性采用横向划分, 分为2个含挑臂的横向分段;其余位置采用纵向划分, 每个横断面划分为6个分段, 即每个箱室作为1个分段, 两侧挑臂各作为1个分段。全桥共分4个横向节段、9个纵向节段, 共计62个分段。为了配合滑移施工方案, 本项目环缝位置没有采用常规的顶底腹板错缝方案, 而改为齐口方案 (见图3) 。

由于横向分段的纵桥向长度太小无法单独完成横移, 故4个横向节段需要与旁边的纵向节段组合后再进行滑移, 最终全桥分为9个滑移轮次, 每个滑移轮次的滑移质量各不相同, 最大滑移质量280t。

丁万河胎架分为纵向滑移临时支架与横向滑移临时支架, 其中纵向滑移临时支架包括普通纵向滑移临时支架和纵横滑移换向区域, 横向滑移支架包括拼装区域和独立支架部分。为了保证箱梁节段纵向滑移到位之后能够顺利卸载就位, 纵向滑移胎架一般是沿着箱梁对接环口布置, 平均间距12m左右。施工胎架的总体布置如图4所示。

拼装胎架的作用在于将4个纵向分段和两侧的挑臂分段 (部分轮次还包含2个横向分段) 拼成一个完整的节段, 然后横向滑移到桥轴线上, 再进行纵向滑移。由于横移轨道间距定为4个隔板间距即4×2.6=10.4m, 且横移轨道布置于隔板下方, 而钢箱梁分段在拼装时纵向长度不一, 钢梁分段与横向滑移轨道的相对位置不同, 故拼装胎架上面设置了多组拼装用的分配梁, 用于设置调节管作为拼装支撑。拼装胎架顶部铺设角钢及花纹钢板, 形成操作平台, 平台的平面尺寸为17m×17m, 平台距离地面高度7m左右, 平台轴线与桥轴线距离25.15m。平台东、西两侧保留足够的空间供吊装作业使用 (见图5) 。

纵向滑移胎架设计所遵循的2个主要原则为:①纵移胎架需要从地面桥的7m间隙中穿过, 总宽度不能过宽, 本项目考虑使用原有的胎架材料, 主管采用325×8钢管, 先预制成2个2.5m×2.5m胎架, 2个胎架中心间距4m组合, 最终胎架的外缘总宽度6.825m。②胎架纵桥向沿着钢箱梁环口布置, 平均间距12m;纵向滑移轨道布置于中腹板下方, 间距9m, 故胎架体系中设计了大量纵横向斜撑来减小轨道梁跨径, 实现受力体系的转换, 也受制于以上原因, 纵向滑移胎架系统的传力路径不够明确 (见图6) 。

拼装过程中需要在拼装平台上面两组特定的分配梁上安装拼装支撑管。各轮次拼装完成后, 安装滑移小车及滑移支撑体系;横移到位后经过换向后改为纵向滑移支撑体系。滑移到位后安装落梁临时支撑。各步骤的支撑管标高根据需要进行调节, 对于拼装支撑尤其应该考虑多次调整高度的便利性。支撑管顶面应该根据梁底的形状切成相应的斜面 (见图7) 。

本项目胎架宽度受到地面桥的限制, 材料的选择又受限于库存材料, 因此材料截面偏小, 设计了大量斜撑, 传力路径不够明确, 胎架设计过程中经过反复验算和结构调整, 确保了胎架各部分应力水平相近, 充分利用材料的性能。按照最不利荷载工况, 纵向滑移胎架最大应力为110MPa, 拼装胎架最大应力为93MPa, 约为容许应力[σ]=215MPa的一半, 有足够的安全保障。

本项目的胎架先在外面的场地预制成13m左右的标准胎架, 在地面桥施工过程中, 穿插进行胎架系统的安装。胎架安装按照基础施工、标准胎架安装、横向联系、横向分配梁、横梁斜撑、纵梁、轨道槽钢、水平隅撑、纵移轨道斜撑、纵向通道的顺序依次安装。滑移轨道标高精度对滑移阻力影响较大, 本项目以±10mm为控制目标。由于本项目胎架安装工序较多, 胎架设计和安装时应该充分考虑各安装步骤的安装精度, 预留适当的调整间隙, 保证最终的轨道顶面标高。

本项目采用履带式滚轮小车作为搬运设备, 相较于常规的四氟乙烯滑靴+不锈钢轨道面的减阻方案, 本方案具有设备简单、成本低廉、滚阻力小、可连续滚动等优点, 每个小车上方放置1台三维调节千斤顶, 用于滑移过程中的高程及水平位置调整, 二者组成1套滑移设备。为减小各滑移设备所承受的荷载, 按照350k N为控制值确定每个滑移轮次所需的设备数量, 每个轮次使用设备数量6~10套, 最多保证4个滑移轮次的循环使用, 共准备了38套设备。滚轮小车尺寸为880mm×250mm×180mm, 滚轴宽度100mm, 自重200kg, 额定荷载2 000k N (见图8) ;三维精调千斤顶参数如表1所示。

全桥滑移轨道按照项目实际情况定为横移轨道间距10.4m, 滑移距离25.15m;纵移轨道间距9m, 最大滑移距离111m。滑移轨道结构形式为双拼H600×200×11×17型钢, 上面放置[32a作为滑移轨道, 槽钢的上、下缘作为限位装置, 确保滚轮小车在轨道内移动, 轨道梁的结构细节如图9所示。由于滚轮小车的滚轮宽度仅100mm, 而双拼H型钢翼缘较薄, 也无法做到满焊, 在滚轮的集中荷载作用下, 下面的双拼H型钢翼缘很容易凹陷变形, 影响滚轮小车的移动, 故而需要在槽钢与H型钢之间设置垫钢板以加强局部刚度。

本项目使用液压穿心千斤顶作为牵引动力, 使用ф25精轧螺纹钢筋作为传力媒介, 每条纵、横向轨道端部设置1台, 共计4台千斤顶。千斤顶参数如表2所示。利用千斤顶牵引时, 首先要保证各滑移设备之间用精轧螺纹钢筋串联成整体, 千斤顶顶住精轧螺纹钢上的螺帽使其前移, 行程结束后, 千斤顶回缩, 同时人工将精轧螺纹钢上的螺帽向后旋转至再次顶住千斤顶, 然后进行下一个行程。精轧螺纹钢的首段交替使用分6m和3m两种长度规格, 从而保证可以连续移动。

在前几个滑移轮次千斤顶与钢箱梁距离太远, 牵引的精轧螺纹钢过长, 导致钢箱梁开始移动前弹性伸长量过大或在移动过程中顿挫, 因此本项目中牵引千斤顶的位置可以移动, 千斤顶固定于轨道上的反力装置如图10所示。

鉴于本项目规模较小, 滑移距离不长, 人员可以直接交流, 另外考虑到自动化控制系统工作效率相对较低, 故而本项目滑移过程采用全人工控制方案。液压系统包括液压泵站、控制阀、分流阀、液压管路、三维精调液压千斤顶、液压穿心千斤顶等。各不同施工阶段中液压管路如图11所示。

其中, 滑移阶段两侧的穿心千斤顶的同步性依靠同步阀来保证, 施工过程中两侧滑移速度略有不同步的情况, 可由轨道槽钢两侧的壁板自动调整过来。滑移阶段整个钢箱梁的荷载通过三维精调千斤顶支撑并传递到下面的轨道上, 全部千斤顶的液压管路相互连通, 从而保证各千斤顶承担的荷载一致, 保证轨道受力均匀。

本项目施工大致可分为以下几大步骤:胎架安装、拼装及横向滑移循环作业、纵向滑移循环作业、焊接卸载及胎架拆除, 详细流程如图12所示, 滑移施工过程中需要控制的细节如下。

钢箱梁拼装过程中的精度控制要点为轴线和横坡, 先由拼装支撑管的顶面标高来控制各分段的标高, 吊装完成后对各分段的梁面控制点进行测量和调整。由于滑移阶段梁段的受力不大, 为了减少对拼装平台的占用时间, 后面几个滑移轮次在拼装平台上只进行了部分焊缝的焊接即开始滑移。

钢箱梁横移和纵移滑移轨道均为水平设置, 且在同一标高, 统一按照满足两个中墩的墩顶段过墩的高度要求设计。钢箱梁从吊装到拼装胎架上再到最终安装到位, 需要考虑多次支撑转换, 同时还要考虑足够的过墩间隙, 因此涉及多次高程调整, 详细的高程调整方案如表3所示。

为了保证纵横向滑移换向的便捷性, 滑移支撑系统 (滑移小车、三维精调千斤顶、支撑管及斜撑纵联) 及滑移轨道采用了若干特殊设计:①纵横向滑移轨道面标高一致, 轨道设计为平交;②纵横向滑移支撑点在4个角点位置保持一致, 保证滑移支撑管可以重复使用;③纵移支撑系统应该在箱梁横向滑移至覆盖轨道前由吊车安放到纵移轨道上, 支撑管与梁底有一段间隙, 需要千斤顶起顶后才能与梁底密贴 (见图13) 。

梁段横向滑移到位后, 先对梁段的轴线位置进行测量和调整, 然后开始进行纵横移支点转换工作。首先将角点以外纵移支点处的千斤顶顶升, 并将调节管顶与梁底进行焊接, 安装斜撑和纵联。然后4个角点位置千斤顶下降、将千斤顶与梁底临时刚接、将滑移小车搬起并平转90°、重新安放千斤顶然后顶升使四角重新受力。最后剩余的横移支点处的千斤顶下降, 拆除支撑系统。

各轮次箱梁节段纵向滑移到位后, 安装临时支撑, 由于梁底为变高曲线, 落梁临时支撑不能提前安装, 另外由于现场没有吊车站位场地, 只能采用土扒杆分片安装格构式落梁支撑。落梁支撑安装完成后, 先将钢箱梁的平面位置吊装到位, 然后测量桥面控制点标高, 测量落梁支撑管与梁底的间隙并与理论值进行比较, 确定需要切割和垫高的数值并进行处理, 最后将箱梁卸载到落梁支撑上。完成全桥的环缝焊接, 然后按照先中跨后边跨的顺序进行全桥的卸载和胎架拆除。

本项目克服了现场工期紧迫、作业面狭窄、地面桥与高架桥同步施工等不利因素, 创新性地采用了双向滑移施工技术, 解决了没有合适的拼装场地、上下同步施工、工期紧张等问题。通过双向滑移工艺的运用, 钢箱梁与地面桥同步施工, 互不影响, 仅用25d时间完成全部9个滑移轮次的施工, 保障了整个项目的节点工期, 可为类似项目实施提供参考。