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嘉紹跨江大橋北側主橋合龍段鋼箱梁吊裝施工方案 于 2012年05月11日 發布 點擊數:

 

1.1 工程簡介
主航道橋為六塔獨柱四索面分幅鋼箱梁斜拉橋,跨徑布置為70+200+5×428+200+70=2680 米。橋面最大縱坡為0.45%,位于R= 142666.667m、切線長T=642m、外矢距E=1.445m 的圓弧豎曲線上。
1.1.1 結構體系  
    單幅箱梁在輔助墩、過渡墩處各設置一個雙向滑動支座,支座規格分別為1750t和1250t;鋼箱梁在索塔兩側布置兩排豎向支座,單個索塔共有2×2=4個雙向滑動支座,支座規格為2000t。整幅鋼箱梁在六個索塔及過渡墩、輔助墩處均設置橫向抗風支座約束梁墩或梁塔之間的橫向相對自由度。
Z4、Z7索塔各設置塔梁順橋向限位支座,其余索塔的塔梁順橋向設置四套粘滯阻尼器。
全橋的跨中位置(Z5與Z6索塔之間的跨中位置)兩幅鋼箱梁各設置一道伸縮縫,在伸縮縫處鋼箱梁內部采用剛性鉸構造,剛性鉸釋放兩側鋼箱梁的縱向相對變形,但約束兩側鋼箱梁之間的相對彎曲、扭轉、剪切等變形。剛性鉸小箱梁與滑動大箱梁之間設置阻尼器。
1.1.2 梁段結構、尺寸及梁段劃分  
    鋼箱梁采用分幅形式,單幅箱梁為栓焊流線形扁平鋼箱梁,外側全梁段設置風嘴,內側除70m 邊跨和索塔無索區外其余設置斜拉索檢修道。梁高4.0m(箱梁內側內尺寸),單幅梁寬24m(含風嘴及斜拉索檢修道),兩幅梁間橫梁長9.8m,全幅總寬55.6m。
過渡墩、輔助墩處橫梁,即I 類和H 類梁段橫梁下方安裝有橫向抗風支座連接架,抗風支座連接架與橫梁底板采用高強螺栓連接。B2 類梁段處橫梁與Z4、Z7 索塔之間設有塔梁縱向約束支座,橫梁內部設置支座加勁構造。
為控制分幅鋼箱梁的渦激振動,根據風洞試驗研究成果,單幅鋼箱梁在內側斜腹板下方設有抗風導流板。導流板全橋布置在除70m 邊跨和索塔無索區外的鋼箱梁上。
根據構造及施工架設的需要,全橋鋼箱梁除剛性鉸外劃分為A~J 共13 種類型梁段。其中D1、E1、F、G 類梁段又根據風嘴及內側斜拉索工作箱是否設置張拉孔及梁段是否設置壓重槽分為若干類型。各梁段均為分幅結構形式,單幅箱梁為栓焊流線形扁平鋼箱梁,外側設風嘴,內側設置斜拉索檢修道,梁高4.0m(中心線位置箱梁內尺寸),整幅梁寬55.6m(含風嘴和拉索檢修道)。對于不設橫梁梁段(A、E1、E2、F、J 類梁段)分為左右幅兩部分預制,設置橫梁梁段(B1、B2、C、D1、D2、G、H、I)分為左右幅和橫梁三部分預制。全橋共計374 個梁段(單幅),71 個箱形橫梁以及32 道工字形橫梁。
橫梁節段調整以后,標準梁段長度15.0m,邊跨梁段最大吊裝重258.90t(H類梁段,單幅),懸臂施工最大吊裝重對于Z5 塔中跨側為223.00t(J3 梁段,單幅),Z6 塔中跨側為265.27t(J1 梁段,單幅),其余塔為221.48t(G 類梁段,單幅),剛性鉸合龍梁段最大吊裝重374.05t(單幅),其余合龍梁段吊重119.02t(單幅),橫梁除了NBK1 梁段吊裝重分別為31.258 和28.048t 之外,其余箱形橫梁重量分別為28.048t(長箱型)和7.92t(短箱型),工字形小橫梁吊裝重4.985t。
1.1.3 剛性鉸 
    剛性鉸將在鋼箱梁跨中位置斷開,其基本構造是在一側鋼箱梁內部放置小箱梁,小箱梁一端固定在另一側鋼箱梁上,另一端自由。剛性鉸構造主要的基本組成為:小箱梁、小箱梁固定端、外套大箱梁、豎向及側向支座。剛性鉸分為J1、J2、J3 三個梁段類型預制,小箱梁固定端位于J1 類梁段,小箱梁及外套大箱梁放在J2 類梁段,小箱梁檢修區位于J3 類梁段。
主航道橋鋼箱梁標準斷面布置圖及各塔梁段劃分圖如下:
 
 圖1.1-2 主航道橋鋼箱梁標準斷面布置圖
 
圖1.1-3 主航道橋Z3 索塔梁段劃分圖
圖1.1-4 主航道橋Z4 索塔梁段劃分圖
圖1.1-5 主航道橋Z5 索塔梁段劃分圖
 
表1.1-1 鋼箱梁梁段概略表(橫梁調整前)
1.2 工程特點
(1)橋位區的錢塘江河口尖山河段河床寬淺、潮強流急、涌潮洶涌,河床變遷劇烈,兼有災害性天氣影響,施工條件惡劣。鋼箱梁運輸以及拋錨定位困難。根據2009 年5 月武船出具的適航報告,鋼箱梁運輸到位后,必須在50 分鐘內將鋼箱梁起吊離船,船舶退出。否則船舶將擱淺。因此吊裝施工難度大,要求科學組織,精心施工。
(2)嘉紹大橋鋼箱梁為分幅式,部分鋼箱梁設有橫梁。采用分幅吊裝方式,因此左右幅箱梁與前段梁的匹配接口、以及兩幅梁與橫梁的匹配接口要求精度高,線型控制較為復雜,施工要求高。
(3)鋼箱梁采用頂推幾何合龍,最大頂推力達到615t,頂推裝置數量多,頂推裝置的布置以及如何控制左右幅箱梁的頂推平衡,保證結構安全,難度較大。
(4)鋼箱梁吊裝施工由鋼箱梁加工和土建兩家單位配合完成,其中加工單位負責梁段的運輸、船舶定位以及鋼箱梁焊接工作,土建單位負責鋼箱梁吊裝工作。因此兩家單位應密切配合,協調一致,同時,從施工進度和安全考慮,鋼箱梁運輸應嚴格按照土建單位要求及監理指令組織運輸到位,并在24 小時內完成船舶定位工作,定位精度在5cm 以內,定位完成后需留有足夠的時間進行吊具安裝、解除約束、起吊離船等吊裝工作。 
1.3 鋼箱梁吊裝施工總體施工流程
 
圖1.3-1 鋼箱梁吊裝總體施工流程圖 
2.合龍段鋼箱梁吊裝
嘉紹大橋為六塔斜拉橋,根據設計要求,全橋共有七個合龍點,采用頂推合龍的方式,分四個階段完成。
第一階段:Z3、Z8 塔兩側梁段懸臂施工至Z2、Z9 輔助墩時,鋼箱梁與70m邊跨共兩個合龍點完成合龍,在Z2、Z9 輔助墩頂推;
第二階段:Z3 塔與Z4 塔,Z7 塔與Z8 塔之間的鋼箱梁共兩個合龍點完成合龍,頂推前需拆除Z7 與Z8 塔的塔梁臨時約束,在Z3 及Z8 塔托架進行頂推;
第三階段:Z5 塔與Z6 塔之間的鋼箱梁,即剛性鉸J2 類梁段完成合龍,本階段完成一個合龍點,此階段不頂推;
第四階段:Z4 塔與Z5 塔間及Z6 塔與Z7 塔間的鋼箱梁共兩個合龍點完成合龍,頂推前需拆除Z5 及Z6 塔的塔梁臨時約束,在Z5 及Z6 塔托架進行頂推。
第二和第三階段合龍施工時,為平衡索塔受力,調節索塔成橋內力狀態,需在合龍梁段焊接前在索塔另一懸臂端根據施工監控指令要求安裝鋼箱梁跨中區及輔助墩區壓重。
其中,屬于我標段的有四個合龍點,按照合龍順序依次如下:
①、Z3 與Z2 間的邊跨合龍;
②、Z3 與Z4 間的合龍;
③、Z5 與Z6 間的合龍(剛性鉸,我標段配合III 標段施工);
④、Z4 與Z5 間的合龍。
2.1 邊跨合龍段施工(Z3-Z2 墩)
由于吊裝空間影響,將D1-3(Z3B10-L/R,10#)梁段作為邊跨合龍段,E1-2(Z3B11-L/R,11#)梁段利用變幅式步履吊機提前吊裝到邊跨支架上堆放并與輔助墩墩頂梁段(H 梁段)焊接形成整體。邊跨合龍段施工流程如下圖所示:
圖2.1-1 邊跨合龍段施工流程圖
邊跨合龍段準備工作:
(1)邊跨合龍段吊裝前,需根據設計要求,在Z2 輔助墩頂兩個支座墊石的一側安裝主頂推裝置,包括牛腿及千斤頂(如圖所示)。千斤頂采用兩個100t 千斤頂。
圖2.1-2 過渡墩頂主頂推裝置示意
(2)經過計算,得出合龍所需的頂推力為1373KN(此結果依據結構在頂推時處于基準溫度和計算理想結構狀態得出)。實際施工時,由于溫度、臨時荷載等的影響,可能需要設置輔助頂推點,輔助頂推裝置位于合龍口兩側箱梁頂面,其工作原理是利用千斤頂張拉鋼絞線將邊跨大塊梁段拉向江側直至合龍(如圖所示);
圖2.1-3 輔助頂推裝置示意
(3)將無索區大塊梁段向北側預偏約20cm,預留出合龍口所需寬度;
(4)根據測量結果及監控指令,選擇一個一天內氣溫較為穩定、持續時間較長、鋼箱梁伸縮量變化不大的時機作為合龍時機,開始合龍段吊裝。
邊跨合龍段的安裝:
選擇溫差較小、風速較小的時段,架梁機起吊邊跨合龍段10#梁段就位,調整線形后將10#梁段與9#梁段焊接,對稱張拉10#索。根據測量結果及監控指令,選擇一個一天內氣溫較為穩定、持續時間較長、鋼箱梁伸縮量變化不大的時機,將輔助墩頂兩側千斤頂同步、分級加力,將邊跨大塊梁段向合龍段緩慢頂推,若主頂推點頂推力不足,則啟用輔助頂推裝置,共同作用直至合龍縫寬滿足要求。調整合龍段姿態,使之與邊跨梁段(11#塊)匹配后進行焊接,焊接完成后解除主梁頂推作用,完成合龍。邊跨合龍完成后,中跨側繼續吊裝11、12#塊梁段,同時對稱張拉兩側的斜拉索。全部吊裝完成后,拆除橋面吊機及邊跨支架,同時安裝輔助墩壓重區壓重。
2.2 剛性鉸施工(Z5-Z6 墩)
剛性鉸安裝由III 標、IV 標共同完成,IV 標配合安裝。
剛性鉸是本橋的技術重點與創新點,其施工質量的好壞直接關系到大橋的使用壽命和行車能力,因而也是本項目的施工重點。在施工中,要通過各種措施達到如下四個目標:
⑴ 剛性鉸在成橋狀態下恒載彎矩為零。
⑵ 剛性鉸各支座受力均勻。
⑶ 剛性鉸支座滑動自如。
⑷ 保證剛性鉸采用多種綜合耐久性措施嚴格落實。
剛性鉸的安裝步驟如下:
1、J1、J3 類梁段安裝
剛性鉸J1、J3 類梁段施工工藝與其它梁段懸臂吊裝施工工藝相同,主要注意事項:
a. 在J3 類梁段起吊及橋面吊機在梁上作業時,應在JHG2 橫隔板上安裝豎向支撐型鋼,待橋面吊機作業完畢后拆除支撐型鋼。
b. J1 類梁段剛性鉸固定端側臨時吊點構造采用與橋面板焊接的方式,安裝時注意臨時吊點板件與梁段內部剛性鉸固定端板件對齊,臨時吊點使用完畢后應將橋面打磨平整并對橋面板進行磁粉檢查。
2、J2 類梁段安裝
J2 類梁段小箱梁與大箱梁裝配成整體后運輸,運輸時小箱梁與大箱梁在固定位置插打臨時固定銷釘,將小箱梁在J2 類梁段內臨時固定。J2 類梁段作為合龍段施工,安裝J2 類梁段工地連接時應遵循先與J1 類梁段連接,后與J3 類梁段連接的次序,具體施工步驟為:
a. 將J2 類梁段左右幅同時起吊到位,調整標高;
b. 解開J2 類梁段內小箱梁與外套大箱梁的臨時約束,將小箱梁由手拉葫蘆向J1 類梁段小箱梁固定端靠攏(利用小箱梁端頭預留的小孔),并在千斤頂輔助下將其調整對接好,安裝小箱梁固定端接頭螺栓;
c. 將J2、J3 類梁段接頭臨時固結,安裝臨時匹配件,按照其它梁段相同的施工工藝安裝J2、J3 類梁段的工地連接;
d. 安裝J2 類梁段橫梁;
e. 安裝J2 梁段伸縮縫封板位于風嘴及箱梁頂板的剩余部分板件。
J2 類梁段起吊安裝時,為平衡索塔受力,在Z5、Z6 塔的跨中壓重區需根據施工監控指令要求安裝壓重塊。
剛性鉸合龍口姿態調整完畢后,需臨時鎖定合龍口,然后直接起吊剛性鉸入合龍口,同時焊接兩側合龍縫,完成合龍。
3、小箱梁接頭螺栓的安裝
首先對齊小箱梁四個定位銷孔,插打小箱梁定位銷,然后按照高強螺栓的施工要求進行小箱梁固定端接頭高栓的初擰、復擰、終擰。高強螺栓的擰緊順序應從剛度大的外緣向不受約束的內緣進行。擰緊方法采用扭矩法施擰,具體擰緊工藝以及質量檢查要求應符合《鐵路鋼橋高強度螺栓連接施工規定》(TBJ214-1992)的規定。小箱梁端頭四個定位銷在小箱梁接頭螺栓安裝到位后留在原位,不得拆除。
2.2.1中跨(Z5-Z4 墩)與次邊跨(Z4-Z3 墩)合龍段施工
Z3-Z4 合龍在Z3 托架處進行頂推,Z4-Z5 合龍在Z5 托架處進行頂推。合龍段J 類梁段長8.8m,重119.02t,需兩臺橋面吊機抬吊安裝。合龍段安裝流程圖如
下:
圖2.2-1 中跨合龍段施工流程圖
由于合龍段需抬吊安裝,故橋面吊機的吊具需進行改裝。拆除原有大吊具,改用專用的抬吊小吊具。Z3、Z5 墩主梁的主頂推點設在X 托架與主梁之間,每塔設置兩個主頂推點,順橋向布置一排,橫橋向布置在單幅主梁梁段的重心位置附近。根據計算,在沒有考慮溫度、臨時荷載等對頂推的影響前提下,各墩的合龍口調整頂推力如下表所示:
表2.2-1 Z3-Z4 合龍口調整頂推力
 表2.2-2 Z4-Z5 合龍口調整頂推力
 
注:合龍口變化為正值表明增大合龍口,反之合龍口變化為負值表示減小合龍口。
單個主頂推點的頂推裝置包括牛腿及千斤頂等裝置。為了防止頂推過程中千斤頂突然失效后主梁的前沖量過大,主頂推裝置中設置了限位器,如下圖所示。
 圖2.2-2 主墩托架主頂推裝置示意
 
 圖2.2-3主頂推裝置中的限位器示意
 為平衡索塔受力,調節索塔成橋內力狀態,在Z3-Z4 及Z5-Z4 墩間合龍梁段焊接前,需根據施工監控指令要求在索塔另一懸臂端即在Z4 塔安裝鋼箱梁跨中區壓重,在合龍口兩端施加等效臨時壓重。合龍時若合龍口主梁軸線存在偏差,須調整使兩側主梁軸線一致,可通過在合龍口兩側箱梁頂面設置交叉對拉裝置實現,交叉對拉可采用手拉葫蘆(如下圖所示)。
圖2.2-4合龍口軸線調整交叉對拉示意
合龍段焊接完成后,解除主梁頂推作用,拆除橋面吊機,安裝斜拉索減震裝置、塔梁間粘滯阻尼器等。
輔助頂推裝置
針對Z3-Z4 主塔頂推力較大的情況,當主頂推點頂推力不足時,將塔-梁縱向水平限位裝置——縱向水平索作為施加頂推力的輔助頂推裝置。輔助頂推點設置4 個,其中2 個頂推點作為調節合龍口寬度的輔助頂推點,另外2 個作為輔助頂推點千斤頂突然失效后的主梁限位輔助裝置,也是一種必要的安全裝置。
輔助頂推點利用塔梁縱向臨時約束構造,將頂推千斤頂安裝在梁上錨箱后,通過張拉縱向臨時拉索來施加頂推力。
合龍溫度低于基準溫度時輔助頂推預案
當需要減小合龍口寬度時(即合龍溫度低于基準溫度時),而主頂推點的頂推力不足時,可在合龍口兩側箱梁頂面設置輔助頂推點。如下圖所示:
圖2.2-5 合龍口處的輔助頂推點
圖2.2-6合龍口處的輔助頂推裝置
3.附屬設施安裝
鋼箱梁附屬設施有豎向支座、橫向抗風支座、縱向限位支座、粘滯阻尼器、鋼箱梁除濕系統以及箱梁內外檢查車系統等。豎向支座在鋼箱梁安裝前安裝,其余支座及粘滯阻尼器在成橋后根據設計要求安裝。鋼箱梁除濕系統以及箱梁內外檢查車系統等根據廠家要求協助廠家安裝。
 
 
 
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