大跨度鋼桁架橋工程建設(shè)的技術(shù)探討

大跨度鋼桁架橋工程建設(shè)的技術(shù)探討

隨著高科技的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)自然環(huán)境的改造越來越大。河大橋等橋梁建設(shè)項(xiàng)目相繼啟動(dòng)。采用何種橋法成為衡量橋梁技術(shù)水平的參考。同時(shí)，橋梁安裝過程的質(zhì)量和安全要求也很高。馮巖在《大跨鋼桁架施工方法優(yōu)選與技術(shù)研究》一文中提出:“隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅猛騰飛和現(xiàn)代化程度的不斷提高,使得大跨度建筑的應(yīng)用得到了前所未有的發(fā)展,因此也為建造大跨度建筑提出了更高的要求,除了必須解決大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)的理論問題之外,還必須特別關(guān)注解決施工組織及其設(shè)計(jì)的問題。由于科學(xué)水平的發(fā)展,涌現(xiàn)了越來越多的新思路、新方法、新工藝,對(duì)于施工方案的優(yōu)選,直接影響了工程的成本、質(zhì)量和進(jìn)度等重要因素,優(yōu)選的目的就是運(yùn)用科學(xué)的方法,以最小的勞動(dòng)消耗取得最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。因此對(duì)該類問題進(jìn)行研究是十分必要的。”因此,結(jié)合橋梁施工實(shí)際,對(duì)大跨度鋼桁架橋整體頂推施工方法進(jìn)行研究,從中總結(jié)出科學(xué)、合理的施工方法既符合客觀實(shí)際的需要,又有利于橋梁建設(shè)的科學(xué)發(fā)展。1青尼羅河大橋的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1.1特征橋臺(tái)埃塞俄比亞青尼羅河大橋位于BLUENILERIVER較為平坦和寬淺的河道處,橋梁西岸(ASSOSA方向)的橋臺(tái)樁號(hào)為KM163+973.5,東岸(GUBA方向)的橋臺(tái)樁號(hào)為KM164+329.30,橋梁全長355.8m。橋梁布局為:2×20M(鋼筋混凝土“T”梁)+70M(鋼桁架梁)+35M(鋼桁架梁)+70M(鋼桁架梁)+7×20M(鋼筋混凝土“T”梁),橋面寬10.3m,即:7.3m行車道+2×1.5m人行道?？紤]到175m鋼梁頂推施工,為了減小頂推梁運(yùn)行中的內(nèi)力,便于頂推運(yùn)行,簡化施工結(jié)構(gòu),在3#墩和4#墩中間、5#墩和6#墩中間分別設(shè)1#和2#臨時(shí)墩。1.2頂推過程設(shè)計(jì)由于鋼桁架結(jié)構(gòu)縱橋向坡度為零,頂推設(shè)計(jì)為平坡頂推。頂推架設(shè)特點(diǎn)如下:一是半懸臂采用70m跨徑橋孔內(nèi)設(shè)1個(gè)臨時(shí)支墩,減小鋼梁在懸臂頂推過程中的傾覆力矩;二是在滑道設(shè)置方面采用縱梁下設(shè)連續(xù)上滑道,墩頂面設(shè)通長下滑道,橋頭路基和混凝土橋面上設(shè)間斷下滑道;三是采用高位頂推的方法,在橋頭路基和已完工的鋼筋混凝土橋面上設(shè)下滑道頂推;四是在頂推方法采用多次頂推就位法,一次整體拼裝,多次頂推就位;五是頂推裝置使用水平-豎直千斤頂頂推;六、頂推方式采用多點(diǎn)頂推。2贊揚(yáng)俄羅斯青尼羅河大橋總投資的配置2.1多點(diǎn)柔性墩頂推系統(tǒng)設(shè)計(jì)埃塞俄比亞青尼羅河大橋大跨度鋼桁架橋整體頂推施工采用ZLD連續(xù)頂推系統(tǒng),該系統(tǒng)由柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)。ZLD自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)目前有2000kN級(jí)、1000kN級(jí)、200kN級(jí)三個(gè)品種,主要特點(diǎn)在于它的連續(xù)性和同步性。連續(xù)性,就是它能不斷的并且勻速地將一大型物件水平頂推幾十米甚至幾百米的距離或水平轉(zhuǎn)體任意角度;同步性,就是它能多臺(tái)千斤頂同步工作。這樣,不僅克服了多點(diǎn)頂推中由于反復(fù)起動(dòng)、停止而對(duì)工程造成的不良影響,而且大大地加快了施工的速度。ZLD自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)采用柔性墩頂推工藝,該工藝將水平頂推力分散到多個(gè)橋臺(tái)、橋墩上,在所有千斤頂?shù)耐阶饔孟?按照千斤頂出力大小按摩阻力大小變化分為四級(jí),逐級(jí)升壓,對(duì)梁體施力,兩臺(tái)千斤頂縱向串聯(lián)再通過自動(dòng)控制裝置來實(shí)現(xiàn)交替牽引。牽引的速度連續(xù)、不間斷。多點(diǎn)柔性墩頂推的技術(shù)關(guān)鍵:每墩上水平千斤頂施力的大小應(yīng)根據(jù)橋墩上所受梁體滑動(dòng)摩擦阻力大小而確定,也就是說千斤頂施力與磨擦阻力基本平衡,梁體能在四氟板和不銹鋼滑道板組成的滑道裝置上以較小的摩擦系數(shù)向前移動(dòng),柔性橋墩承受的水平力合力為零(圖1)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式:式中:Fi:表示某墩水平千斤頂所施的力;μi:表示摩擦系數(shù)0.04~0.08;ki:表示上坡阻力系數(shù)。ZLD自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)由三部分組成,即自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂、自動(dòng)連續(xù)頂推泵站和主控臺(tái),其相互關(guān)系如圖2所示。主控臺(tái)由主控單元、檢測單元、顯示單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。主控單元采用PLC(可編程控制器)控制,檢測單元由安裝在千斤頂上的接近開關(guān)組成,將千斤頂活塞位置信號(hào)送到主控單元。每臺(tái)千斤頂有6個(gè)接近開關(guān)組成1~6#感應(yīng)位,1~3#位為后頂行程感應(yīng)位,4~6#位為前頂行程感應(yīng)位。顯示單元由面板上的指示燈及液晶觸摸屏組成,用于顯示控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓泵站上的電磁換向閥構(gòu)成、受PLC的控制。自動(dòng)連續(xù)頂推泵站分液壓系統(tǒng)和控制電路系統(tǒng)兩部分。自動(dòng)連續(xù)頂推泵站液壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。該鋼梁的上坡阻力為零(縱坡為零度),頂推時(shí)的鋼梁總重約558t(拼裝橋面板10塊)。水平靜磨擦力按鋼梁自重10%,最大靜推動(dòng)力約為55.8t。頂推設(shè)備采用10臺(tái)ZLD20自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂,5臺(tái)ZLDB-G泵站。順橋向每隔35m,以橋面中心線為對(duì)稱軸設(shè)置兩臺(tái)ZLD20和一臺(tái)ZLDB-G,頂推千斤頂與下弦距離1.725m(圖4)。連續(xù)頂推的工作原理如圖5所示。2.2施工頂推過程中的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作在埃塞俄比亞青尼羅河大橋整體頂推施工中,為保證橋梁施工的安全、質(zhì)量和進(jìn)度,必須做好實(shí)施整體頂推施工的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,為橋梁的順利施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.2.1頂推階段的頂推就位在埃塞俄比亞青尼羅河大橋的施工過程中,施工方法的使用的基礎(chǔ)是施工場地的準(zhǔn)備工作。三跨連續(xù)鋼桁架橋位于3#墩與6#墩之間,總長為175m,其東端與7跨每跨20m鋼筋混凝土橋緊接,西端與2跨每跨20m鋼筋混凝土橋連接。由于鋼桁架梁夾在兩邊鋼筋混凝土橋之間,利用已經(jīng)完成的鋼筋混凝土橋面作為頂推場地是唯一選擇。在鋼桁梁進(jìn)行頂推施工之前,1#臺(tái)-3#墩和6#墩-13#臺(tái)之間的鋼筋混凝土橋面已經(jīng)完成澆筑。鋼筋混凝土橋面寬度達(dá)11.1m,扣除兩側(cè)各40cm的人行道欄桿凈寬僅有10.3m,其中雙車道寬7.3m,兩側(cè)人行道各寬1.5m。鋼桁架梁底部兩道下縱梁HE900A的中距為7.95m(>7.3m)。在橫橋向勉強(qiáng)可以滿足鋼桁梁拼裝空間的需要,但在橋面上不易調(diào)用和運(yùn)轉(zhuǎn)大型運(yùn)輸、吊裝設(shè)備如裝載機(jī)和50t吊車等,而且下滑道必須設(shè)于混凝土橋行車道和人行道交接處;在縱橋向,鋼橋兩端的混凝土橋面長度均不能滿足桁架整體拼裝所需的拼裝場地。因此,為了盡量減少和避免上述頂推架設(shè)的不便,為拼裝鋼梁提供足夠的操作空間,初步擬定在與ASSOSA岸橋臺(tái)相接的路面上拼裝鋼桁梁,拼裝場地順橋向長175m。結(jié)合拼裝場地條件,全橋鋼梁一次整體拼裝175m,多次頂推就位。鋼桁架梁主梁兩桁架間的中距為7.95m,而鋼筋混凝土梁外側(cè)的兩片梁的中距為8.0m,與鋼桁架主梁基本吻合,因此可以將橋面中線作為拼裝場地的中線。2.2.2墩身及臨時(shí)墩因?yàn)榘Ｈ肀葋喦嗄崃_河大橋鋼梁的最大設(shè)計(jì)跨徑為70m(大于50m),為減少頂推鋼梁的懸臂長度和梁體過大的彈性下?lián)?在3#墩和4#墩中間、5#墩和6#墩中間分別設(shè)1#和2#臨時(shí)墩,此時(shí)頂推跨徑為35m。為了加快臨時(shí)墩施工進(jìn)度,臨時(shí)墩基礎(chǔ)和下部分墩身采用剛度大的混凝土結(jié)構(gòu),上部分墩身設(shè)計(jì)為貝雷桁架。1#、2#臨時(shí)墩的混凝土結(jié)構(gòu)部分已經(jīng)完工?；A(chǔ)坐落于未風(fēng)化的堅(jiān)硬基巖上,采用和主體墩身基礎(chǔ)相似的擴(kuò)大基礎(chǔ),尺寸為12m×4m×0.7m。墩身平面尺寸為9m×3m。為了節(jié)省混凝土澆筑量,中間部分放入若干個(gè)尺寸為L×W×H=1.2m×1m×0.75m鋼筋籠,鋼筋籠內(nèi)填入片石。鋼筋籠的總體尺寸為1.2m×8m×3m。臨時(shí)墩的貝雷桁架每層1.5m共9層,總高度高達(dá)13.5m,順橋向?yàn)?m,橫橋向?yàn)?m。為確保臨時(shí)墩在頂推過程中或受到風(fēng)荷載時(shí)能夠保持穩(wěn)定,偶數(shù)層8片貝雷橫橋向每排1片共8排平行排列,奇數(shù)層15片貝雷順橋向每排3片共5排平行排列。1#、2#臨時(shí)墩分別與相鄰的主橋墩用水平束連接,同時(shí)在順橋向設(shè)置雙邊對(duì)稱纜風(fēng)。由于臨時(shí)墩系阻水建筑,在完成鋼桁架落梁就位后予以拆除。為了減少拆除工程量,在施工臨時(shí)墩時(shí)預(yù)留PVC管子,拆除時(shí)將管內(nèi)存水抽凈,然后實(shí)施爆破拆除。實(shí)施爆破作業(yè)時(shí)將采取相應(yīng)措施確保主體工程的安全。2.2.3起橋板及上墩小支墩布置該項(xiàng)目支墩分為路面拼裝場支墩和橋面支墩、橋墩頂面支墩和臨時(shí)墩支墩。支墩由墩身、頂面滑道等組成。首先,在路面和橋面支墩的設(shè)計(jì)方面:路面上支墩設(shè)計(jì)為兩道連續(xù)的混凝土地梁,地梁頂面平面尺寸175m×0.4m,兩者順橋向中心線間距等于鋼梁下弦間距,即7.95m。由于該項(xiàng)目鋼桁架在路面上拼裝,而混凝土橋面本身就高于鋼梁墩頂將近2m,所以路面支墩應(yīng)盡量降低高度,混凝土地梁的頂面標(biāo)高為539.90m,較3#橋墩處的橋面標(biāo)高539.50m高出40cm。為了方便手動(dòng)喂入上滑道板,以地梁GUBA端為起點(diǎn),向ASSOSA向延伸,每隔35m在每道地梁頂面設(shè)置五道尺寸為L×W×H=1.5m×0.4m×0.15m的小支墩;在A1橋臺(tái)附近路面上、2#、3#橋墩附近的混凝土橋面上設(shè)置雙排共六道平面尺寸為L×W=1.5m×0.4m的混凝土小支墩,支墩高度依次為1.2m、0.65m、0.55m,支墩的頂面標(biāo)高均為540.05m(圖6、圖7)。其次,主橋墩上支墩的頂面標(biāo)高為540.05m,其比墩頂高出2.375m,所以支墩高度配合頂推高度設(shè)為2.375m。順橋向長度為1.5m。支墩主體結(jié)構(gòu)采用工字鋼、槽鋼等搭設(shè)。蓋梁頂面5%流水斜坡,可采用楔形木塊或低標(biāo)號(hào)水泥混凝土(接觸面上鋪水泥紙袋)墊平。第三、臨時(shí)墩支墩的頂面標(biāo)高為540.05m,其結(jié)構(gòu)形式與主橋墩支墩類似。1#、2#臨時(shí)墩支墩高度分別為2.776m、2.4m。第四、上墩設(shè)施用來將頂推至支墩側(cè)面下?lián)系匿摿憾瞬可咧林Ф枕斆婊牢恢?并通過支墩上頂面滑道繼續(xù)頂推前進(jìn)。鋼梁頂推最大懸臂長35m,懸臂端的最大撓度為77mm。由于梁前端低于支墩上的下滑道頂面,不能直接上墩。為了鋼梁懸臂端順利上墩,在鋼梁上墩之前,墩頂安裝了一部分墩頂支架,該支架頂面標(biāo)高(539.87m)比下滑道頂面標(biāo)高(540.07m)低0.2m。在墩頂支架上、對(duì)應(yīng)下橫梁豎直千斤頂起頂點(diǎn)處放置50T級(jí)手搖豎直千斤頂。當(dāng)鋼梁頂推跨過任何一個(gè)橋墩(3#主墩、1#臨時(shí)墩、4#主墩、5#主墩、2#臨時(shí)墩、6#主墩)后,該橋墩上的兩臺(tái)豎直千斤頂同時(shí)手動(dòng)操作頂起鋼梁至頂推下滑道頂面標(biāo)高,在墩頂安裝標(biāo)高范圍為539.87~540.07m的支架。3通用端部結(jié)構(gòu)方法的應(yīng)用3.1頂推頂推過程(1)設(shè)備安裝,每35m安裝1#~10#千斤頂和1#~5#泵站,主控臺(tái)放在1#橋臺(tái)周圍。(2)空載聯(lián)調(diào)。(3)鋼絞線等長下料,每根約45m,共5根。(4)穿鋼絞線,先穿1#千斤頂,每頂穿入1根鋼絞線。(5)隨著頂推的進(jìn)行,頂推前進(jìn)方向的其他千斤頂依次加入工作。(6)頂推過程中,各千斤頂在適當(dāng)時(shí)需要換拉錨器位置,重新預(yù)緊鋼絞線。(7)鋼梁牽引到達(dá)預(yù)定位置后,千斤頂回程,取出夾持器夾片,松固定端壓板,退出夾片,鋼絞線從張拉端抽出。3.2鋼梁頂推及落架過程控制(1)檢查滑道、頂推系統(tǒng)以及其他臨時(shí)設(shè)施無誤后,可由主控臺(tái)發(fā)出頂推指令。(2)主控臺(tái)面板上的按鍵操作如下:啟動(dòng)→自動(dòng)→前頂進(jìn),這樣鋼梁可以自動(dòng)連續(xù)的被頂推。(3)在頂推過程中,液壓、電控專業(yè)技術(shù)人員要密切注意千斤頂、泵站和主控臺(tái)的工作情況,尤其是自動(dòng)連續(xù)千斤頂前后兩套夾持器的持力轉(zhuǎn)換效率。(4)在滑移過程中,隨時(shí)檢查滑塊的磨損情況,并準(zhǔn)備頂升千斤頂以更換滑塊。(5)測量人員隨時(shí)觀測該鋼梁控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)以隨時(shí)指導(dǎo)頂推施工。(6)最后定位調(diào)整時(shí),最好手動(dòng),而且保證千斤頂有部分活塞延伸量,以方便頂推到位后拆除頂推設(shè)備。(7)桁架軌道上必須布置定位點(diǎn)以剎車用,嚴(yán)防鋼梁頂推過頭。(8)頂推過程中保證同步、對(duì)稱、自動(dòng)連續(xù)頂推。(9)構(gòu)件工具錨安裝孔中心與千斤頂?shù)闹行膽?yīng)在同一水平線內(nèi),嚴(yán)格控制鋼絞線偏移水平線的角度≤3°。(10)鋼梁在頂推過程必須采取有效的糾偏措施。當(dāng)鋼梁軸線偏移超過一定范圍后及時(shí)停止頂推,并進(jìn)行糾偏工作,使梁回到預(yù)定位置后方可繼續(xù)頂推。當(dāng)全部鋼桁架頂推就位后,由12臺(tái)YBD100-200斤頂同時(shí)進(jìn)行全橋頂升,并逐段拆除掉頂推滑道,然后利用型鋼組成的臨時(shí)支撐逐步下落鋼梁,使鋼梁精確的落在墩上安裝好的支座上。每個(gè)墩上的千斤頂由1臺(tái)液壓泵站與配油閥提供動(dòng)能,操控配油閥塊可調(diào)整各頂?shù)穆浼芩俣?。液壓系統(tǒng)能夠進(jìn)行單頂和整體的操控。油泵流量6L/min,最大工作壓力31.5MPa。考慮到3#、4#、5#、6#墩上每個(gè)落梁點(diǎn)的千斤頂豎直頂升力不盡相同,主控計(jì)算機(jī)不易實(shí)時(shí)控制整個(gè)落梁系統(tǒng)以獲得多點(diǎn)同步落梁效果,因此采取手動(dòng)操作各泵站以實(shí)施落梁工作。每個(gè)墩頂升點(diǎn)設(shè)置一個(gè)行程傳感器,進(jìn)行行程測控,共需8個(gè)行程傳感器。整個(gè)落架過程分14級(jí)進(jìn)行,每級(jí)落架高度約10cm(其他落架點(diǎn)降下的具體高度根據(jù)監(jiān)控單位提供的數(shù)據(jù)實(shí)施)。每級(jí)內(nèi)分為5步來完成,每步下降約2cm。在鋼梁落梁過程中,8個(gè)落架點(diǎn)共8個(gè)臨時(shí)支墩位置由型鋼組成主體鋼梁的臨時(shí)支撐。鋼梁每個(gè)落架循環(huán)3個(gè)關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié):第一環(huán)節(jié),千斤頂頂升,代替臨時(shí)支撐,撐起鋼梁;第二環(huán)節(jié),撤除臨時(shí)支撐頂端設(shè)計(jì)所要求高度的墊塊;第三環(huán)節(jié),千斤頂緩慢下降至解除撐頂高度,鋼梁剩余荷載又轉(zhuǎn)化為臨時(shí)支撐撐起,這個(gè)過程是循序漸進(jìn)的。要有千斤頂與臨時(shí)支撐交替受力,交替下降。為確保整個(gè)落架過程中操作人員和支架臨時(shí)墩的安全,落架時(shí)千斤頂和臨時(shí)支撐的壓力不容許超過設(shè)計(jì)壓力的10%。根據(jù)青尼羅河大橋的落梁高度,為保證175m的主鋼桁架順利落架1.4米,用于落架的千斤頂活塞端部均設(shè)置有球形頂壓頭,頂升缸設(shè)置的背壓閥具備自鎖功能,通過控制系統(tǒng)保證各頂升點(diǎn)的同步性、可控性,避免落梁時(shí)橋墩托空及油管爆裂。4嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)安裝的規(guī)定進(jìn)行施工,加強(qiáng)施工所使用的各項(xiàng)施工作業(yè)在整體頂推施工過程中做好安全管理和控制關(guān)系到施工方法實(shí)施的效果。本橋橋高達(dá)近二十米,橋梁頂推安裝屬高空作業(yè),因此必須把施工安全放在第一位。因此,在施工過程中,堅(jiān)持做到了一