随着交通量激增、维护管养相对不及时和落后导致公铁两用桥梁公路桥部分在使用过程中出现大量质量缺陷和病害,众多类似桥梁存在屡修屡坏、屡坏屡修的现象,无法满足现实条件下的桥梁承载力和使用性能要求,更是无法从根本上解决问题。为了保证公铁两用桥梁整体运营质量,公路桥桥面板更换技术应运而生,新制桥面板的架设安装技术是其最关键的控制点。

　　 本文依托九江长江大桥升级改造工程桥面板更换施工为背景,在现有的桥面板架设技术基础上,结合新制桥面板(单块尺寸为9m×9.94m,重34.3t)和既有桥梁结构特点,重点对宽体桥面板架设方法、架板机设计以及宽体桥面板的安装适配、精度控制、应力消除等技术进行研究。

　　 九江长江大桥由正桥和南北两岸公路、铁路引桥组成,铁路桥全长为7 676.09m,公路桥全长4 460.122m(桩号K1301+382.345—K1305+842.467)。其中,正桥为公铁两用,两侧引桥各有4跨为公铁合用,其余桥跨引桥为公、铁分离的桥梁。

　　 正桥共11孔,自北向南为:2联3×162m连续钢桁梁,1联180m+216m+180m用柔性拱加劲的钢桁梁和1联2×126m连续钢桁梁,正桥全长为1 806.712m,如图1所示。

　　 本次九江长江大桥升级改造主要内容为采用钢桥面板更换原有的混凝土桥面板。改造后桥面横断面如图2所示。

　　 新制桥面板构造主要由纵梁、横梁(肋)及其加劲的钢桥面板组成,其中纵梁布置及纵梁间距与原结构一致,桥面板跨中梁高900mm,顶板厚16mm,板顶设1.5%的双向排水坡,承载桥面铺装等桥面设施恒载及公路活载,其下部设置U形纵肋及板肋,且全桥连续。横梁、横肋腹板遇纵梁腹板断开,与纵梁腹板焊接连接。

　　 桥面板采用纵横向分块、整体制造、运输、架设和安装,现场采用栓焊组合的方式连接。纵桥向标准段9m/块,跨中异形段长5.7m,端部异形段长7.1m;横桥向平弦段分为2块,3大拱段分为4块,单块最大尺寸为9m×9.94m,重34.3t,如图3所示。

　　 本次改造采用先下游后上游的半幅施工方案,并始终保留≥5m宽的通道;加宽段由于3大拱的影响,拱脚处通行净高5.12m,拱外行车道宽3.75m,根据上述边界条件对现有的架设方案进行比选,如表1所示。

　　 通过多种方案比选,最终确定选择“架板机架设”的方案。

　　 架板机采用双主梁结构,轨行式自平衡过孔,主要由主梁、前支腿、中支腿、后支腿、电气系统、液压系统、防护系统等组成(见图4)。整机具有结构紧凑、使用方便、安全高效等特点。

　　 主梁采用双列箱形双梁结构。两列梁利用前后横梁连接在一起,防止主梁旁弯扭转。主梁单列长30m,两列间距3.8m,分3段通过销轴连接。

　　 前支腿通过销轴穿过铰支座与主梁连接,采用此柔性安装方式,保证过孔作业末,支腿垂直稳定地支承于横梁,确保过孔后自适应支撑面。

　　 中支腿由起升油缸、伸缩节、连接铰支座、纵移走行组成。

　　 后支腿由翻折机构、上节、伸缩节、下横梁、连接铰支座、纵移走行、支撑机构组成。

　　 单根主梁采用分节式拼装结构,内销轴连接,拼装简便,可利用现场多次拆装。

　　 中、后支腿的伸缩、翻折结构,在架板机宽度受限的情况下为宽体桥面板由架板机后方喂板提供了有效空间。

　　 天车支撑采用U形梁结构,降低了整机高度,满足了空间高度受限要求。

　　 架板机中、后支腿下部连接设计为可旋转的方形法兰,旋转纵移走行90°,实现架板机的横移走行功能。

　　 在架板机走行过孔和提板过程中,利用天车进行配重,有效降低了整机自重,且提高了整机稳定性。

　　 油缸驱动各支腿动作,满足自动化设计要求,作业效率高。同时,各构件之间通过销轴、螺栓等机械连接,确保了整机作业安全可靠。

　　 根据桥梁结构特点,架板机架设3大拱段边幅梁时,下方为公路桥三角托架支撑,此时为既有结构受力最不利状态,本次检算仅以托架结构受力为例,架板机工况选取如表2所示。

　　 利用MIDAS建模,对架板机各工况进行模拟计算,得出结果:最大应力值出现在落梁(偏载)工况时,主梁应力值为239MPa,小于Q345B允许应力257MPa;最大位移变形发生在喂板至主梁跨中时,最大位移变形δ=124mm-60mm(预拱度)=64mm<29 000/400=72.5mm。

　　 架板机架设3大拱段边幅梁为既有结构受力最不利状态,架板机内外支腿反力最大分别为440,470kN,通过计算,支撑托架结构最大应力值为72MPa,小于Q345D的允许应力;托架位移变形,内侧支腿位置位移为0,外侧支腿位置位移为-7mm,挠度较小,对架板机自身结构受力影响较小。计算结果如图5,6所示。

　　 基于九江长江大桥维修升级工程总体交通组织情况,要求施工期间预留≥5m宽的社会通道,桥面板安装采用半幅施工,按先下游后上游的原则,自南北提升站位置分别向两侧进行,起始4块采用提升站架设,后续节间全部采用架板机架设,架设工艺流程如图7所示。

　　 1)步骤1:铺设轨道架板机轨道向前倒用,运板车轨道接长。

　　 2)步骤2:架板机前移架板机前支腿抬起,解除架板机限位装置,天车移至最后端,整机迁移至下一节间,安装限位装置,前支腿垫梁放置时,根据下部螺栓高度采用钢条进行抄垫。

　　 3)步骤3:喂板天车移至最前端,后支腿向上翻折,运板车运输桥面板至后支腿和中支腿之间。

　　 4)步骤4:提板后支腿放下,由液压缸支撑,安装后支腿后拉锚固杆。天车移至桥面板上方,下放吊具与桥面板连接,提起桥面板,运板小车退出。

　　 5)步骤5:天车移动中支腿抬起,天车载着桥面板前移至纵桥向安装位置,再通过横移至设计安装位置。

　　 6)步骤6:落板天车下放桥面板至其底部与支座面处于待载接触状态时,通过措施调整桥面板姿态并进行临时连接,天车松钩。

　　 7)步骤7:天车后移天车提升吊具,并移至最后端,铺设轨道,循环至下一块桥面板安装。

　　 宽体桥面板架设过程如图8所示。

　　 (见图9)

　　 桥面系支座体系,纵桥向每联联中3～7道横梁为固定支座,两侧对称均为双向活动支座。

　　 首块桥面板安装完成后将支座临时锁死固定,后续桥面板安装完成后,均将临时锁定装置拆除,直到首块固定支座桥面板安装完成后,再将首块桥面板支座临时锁定装置拆除,恢复为活动支座,完成桥面板安装支座体系转换,支座安装体系转换如图10所示。

　　 备制4,6,8,10,12mm等不同厚度的调高垫板,标准高程支座垫8mm厚钢垫板,其余支座根据高程通过调高垫板进行调整。

　　 桥面板安装时,在主桁与桥面板无温差时,保证横梁中心线、支座中心线、原主桁横梁中心线三者重合最佳状态,因此在桥面板下放时宜选择桥面板与原主桁温度一致时进行,避免因温差效应引起的不同步变形造成位置偏差。若存在温差时应预留预偏量:

　　 式中:ΔL为预偏量(mm);a为钢材的线膨胀系数(m/(m·℃));L为距固定支座纵桥向距离(mm);Δt为主桁与桥面板温差(℃)。

　　 桥面测量重点在高程控制,是保证成桥后车辆运行平顺的关键所在。原桥面板拆除后,对横联顶标高进行测量,桥面板顶面高程以横联高程测量数据为依据,进行适当优化调整,保证桥面板整体平顺。

　　 根据桥面板四角的坐标以及距桥轴线距离精确测量确定,需和已架设的桥面板进行闭合测量。测量过程要避开列车运行区间,在相对平稳状态下测量,测量过程中尽量减少其他荷载对桥梁的影响。

　　 根据桥面板支座中心十字线对中原则选择精调措施并安装,推算对应桥面板的移动方向及距离,在支座上做出记号。借助千斤顶进行顶推或回拉,精确定位至支座中摆移动至记号标识处停止。操作过程应保证千斤顶底面和活塞面均与临时焊接的钢结构紧密贴合,并使千斤顶与精调措施装置的受力中心线重合,如表3所示。

　　 由于既有桥梁改造的特点,桥梁构件局部发生变形情况,造成现场实际桥面板安装尺寸与设计理论尺寸存在出入,导致按设计图纸加工的桥面板无法适配安装,具体适配措施如下。

　　 1)面板适配为适应现场横梁节间长度变化不确定情况,厂内制造时将桥面板与前块对接端长度尺寸适当放大,桥面板安装就位后,现场根据需要对多余部分面板进行配切,满足横梁节间长度变化的最大偏差以及修正已装桥面板焊缝收缩变形,保证桥面板对接焊缝宽度。

　　 2)纵、横梁对接适配为适应主桁拱度、累积变形,桥面板对接纵、横梁腹板和底板拼接板螺栓孔均采用半边现场配钻,确保高强度螺栓精准安装。

　　 3)U肋、板肋嵌补段适配U肋、板肋采用嵌补连接,在工厂将U肋、板肋改为整节制造,根据现场嵌补段实际测量需求长度,现场对U肋及板肋进行分段切割,以满足嵌补段的适配性。

　　 新制桥面板纵梁为栓焊混合连接结构,上翼缘(顶板)为焊接连接,腹板和下翼缘(底板)为高强度螺栓连接,接头形式复杂;为保证施工工效,接头需能快速实现架板机走行受力要求以及消除栓焊混接相互作用应力影响,将纵梁连接分为2个阶段进行。

　　 1)第1阶段:纵梁临时连接(见图11)(1)纵梁上翼缘采用马板焊接;(2)纵梁下翼缘采用螺栓连接,并完成100%终拧;(3)纵梁腹板螺栓连接,最上3排采用冲钉,其余螺栓50%初拧。

　　 临时连接主要满足架板机桥面走行的纵梁受力需求,腹板最上3排采用冲钉主要消除后续焊接变形对高强度螺栓产生的内应力。

　　 2)第2阶段:纵梁永久连接(1)完成面板、U肋及板肋焊接;(2)将腹板冲钉更换为高强度螺栓,并完成所有腹板螺栓终拧。

　　 本文结合九江长江大桥升级改造工程新制桥面板架设安装施工,从架设方案的比选,架板机结构、功能设计,桥面板架设施工等多个方面对宽体桥面板架设技术进行研究,并针对既有桥梁升级改造桥面板安装,从支座体系及转换、安装精度控制、接缝适配和纵梁栓焊混接技术等方面进行研究,总结出一套系统、完整、高效的公铁两用桥宽体桥面板架设安装技术。