辅助跨钢梁安装及边跨合龙段施工技术方案

文摘   2024-11-23 20:06   湖北  

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一、工程概况

1、工程简介

大桥主桥为主跨400m的双塔双索面钢混组合梁斜拉桥,桥面纵坡为2.5%,索塔采用H型索塔,塔高167.5m,主梁采用双边“工”字型边主梁结合桥面板的整体断面,两边主梁横向中心距34.5m,全宽36.5m,其中边主梁中心线处梁高2.7m。全桥钢梁划分为A-M共16种类型梁段,长度4.75-16.85m不等,共71个梁段。“工”字型边主梁、横梁、小纵梁通过摩擦型高强度螺栓连接形成钢梁,架设预制桥面板,现浇微膨胀混凝土湿接缝,通过焊接于钢梁上的抗剪栓钉组成组合梁体系。斜拉索梁上采用锚拉板锚固。

辅助跨5#墩与过渡墩6#墩跨度60.8m,包括编号为SB11~SB16的共6个节段,辅助跨梁段钢结构总重1041.5t,架桥机起吊最大重量65t(SB11+SB12边主梁重量)。边跨合龙段钢主梁梁段编号为SB10,梁段钢结构重量为154.85t,最大起吊重量为36.64t。

其中,辅助跨5#墩与6#墩钢梁上设置压重混凝土块。根据监控文件,在墩顶附近钢横梁间施加压重。辅助墩顶顺桥向14.4m范围内压重700kN/m,过渡墩顶顺桥向9.7m范围内压重400kN/m。压重采用铁砂混凝土块,容重不得小于32kN/m3,压重布置关于桥梁中心线左右对称,关于中跨中心线南北对称。

主梁标准横断面图

二、施工总体部署

钢梁运输由水上船舶运输至4#墩作业平台处,采用80t履带吊卸船提升至栈桥平台,由运梁炮车运至预制梁场存梁区。

辅助跨钢梁安装时,由龙门吊在预制场存梁区将钢梁起吊后行走至引桥起梁处,龙门吊提升钢梁至引桥上,并在引桥桥面上进行边主梁两节段拼装,之后由运梁炮车运至辅助跨处,采用架桥机进行安装。

边跨合龙段钢梁安装时,由运梁炮车从预制场存梁区运至栈桥平台主塔施工处,采用塔吊提升至上梁平台,由炮车运输至桥面吊机处,采用桥面吊机进行安装。合龙段钢梁安装与悬拼方式相同。

桥面板安装时,由平板运输车从预制场运输至主塔施工处,采用塔吊提升至运梁平台,由炮车运输至桥面吊机处,采用桥面吊机进行安装。

施工总体布置图如下:

六、施工工艺流程

施工工艺流程见图:

三、施工方案

1、支架拼装

1.1施工工艺流程


1.2施工总体部署

现拼支架搭设前在6#墩河心侧填筑临时施工便道,5#墩河岸侧距承台1m处搭设6m宽临时钢平台。钢管桩沉桩施工、第一道附强及以下构件采用履带吊进行施工,第一道附强以上钢管桩对接、桩间连接、第二道附强以及顶部承重梁均采用6t塔吊进行施工。施工总体部署如下图所示;

1.3拼装支架施工方案

1.3.1钢管桩制作

钢管桩采用受力性能较好的螺旋管桩,由Q235B钢板卷制而成。表面不得有裂缝、气泡、起鳞、夹层等缺陷。焊接材料应符合国家现行标准的规定,并采用与主材相匹配的材料。钢管桩对口拼装时对接焊缝采用埋弧焊进行,对接管端环缝应对称施焊,防止焊接变形,减少次应力。钢管桩对接环缝焊完后沿桩周均布加焊6块□250×150mm的加劲钢板,以增强钢管桩整体刚度。

1.3.2沉桩施工

钢管桩下沉采用振动法施工,80T履带吊配合60~90KW振动锤施打。履带吊吊装悬臂导向支架,利用悬臂导向支架精确打入钢管桩,测量组用全站仪确定桩位与桩的垂直度满足要求后,开动振动锤。第一节钢管桩打设到位后,利用履带吊提升第二节钢管桩,确定桩的垂直度满足要求后,在现场按要求焊接连成整体,开动振动锤打设钢管桩。具体要求如下:

钢管桩位置、垂直度经测量无误后开始施打。沉桩开始时,可依靠桩的自重下沉,然后吊装振动锤和夹具与桩顶连接牢固,开动振动锤使桩下沉。施打过程中要及时测量钢管桩的位置和垂直度,发现跑位或倾斜要立即调整。施工过程中采用设计桩长与贯入度法进行双控。

② 每根桩的下沉一气呵成,不可中途间歇时间过长,以免桩周的土恢复,继续下沉困难。每次振动持续时间过短,则土的结构未被破坏,过长则振动锤部件易遭破坏。振动的持续时间长短应根据不同机械和不同土质通过试验决定,一般不宜超过10min~15min,贯入度为5cm/min

③ 振动锤与桩头法兰盘连接螺栓必须拧紧,无间隙或松动,否则振动力不能充分向下传递,影响钢管桩下沉,接头也易振坏,在振动锤振动过程中,如发现桩顶有局部变形或损坏,要及时修复。

④ 应先打入定位钢管桩安装悬臂导向支架固定,以便打桩时稳定桩身;但桩在导向支架上不应钳制过死,更不允许施打时,导向支架发生位移或转动,使桩身产生超过许可的拉力或扭矩。

⑤ 测量人员用全站仪现场指挥精确定位,在钢管桩打设过程中要不断的检测桩位和桩的垂直度,并控制好桩顶标高。下沉时如钢管桩倾斜,及时牵引校正,每振1~2min要暂停一下,并校正钢管桩一次。设备全部准备好后振桩锤方可插打钢管桩。

⑥ 如管桩接长必须先将接头切割整齐,保证接口对接完好,然后周边满焊,焊缝宽度不小于10mm,并在焊缝处四周加贴6片钢骑缝焊接在接头处,保证接头整体性和受力。

1.3.3加载预压

钢管桩插打入土深度达到设计位置后,顶面高程控制在+6m,即与栈桥顶面标高相同位置,以便吊装加载进行预压。加载采用履带吊吊装整捆钢筋进行加载,在每个临时墩顶设置型钢堆放平台,加载重量为480t。钢筋顺桥向进行堆放,横桥向两侧采用槽钢焊接限位装置,以避免钢筋滑落。

1.3.4钢管立柱接高

钢管桩预压完成后,采用履带吊分捆卸载钢筋,割除钢管顶面预压平台型钢梁。在距钢管桩第一道桩间连接平联底部设置操作平台,5#墩临时平台与钢管桩之间焊接人行步梯, 步梯两侧设置防护栏杆,钢管桩之间利用桩间连接平联作为人行通道,在距平联1.5m位置设置一条安全绳,以便施工人员在通过时挂设安全带。每根钢管桩上面采用直径12mm螺纹钢筋按间距30cm焊接爬梯,每接高一节在钢管间对接部位采用75mm*75mm角钢焊制正方形操作平台铺设脚手板,以便进行钢管桩对接焊接工作。

采用80t履带吊安装第一节钢管桩,并完成第一道桩间连接杆件安装焊接施工。每道横向桩间连接杆件安装前均在距平联以下1.5m处设置操作平台,以便施工人员进行焊接施工。钢管桩对接环缝焊完后沿桩周均布加焊4块□250×150mm的加劲钢板,以增强钢管桩整体刚度。

现场安装的操作平台

1.3.5平联斜撑安装

桩间平联及斜撑杆件采用2I45a,在后场钢结构加工场按桩间距及尺寸加工成型后运输至施工现场,采用塔吊起吊安装,在设计管节安装位置焊接底托牛腿,起吊后直接搁置于底托牛腿上,然后人工将平联及斜撑与钢管桩焊接固定,焊缝高度和长度要满足设计要求。

1.3.6立柱桩帽

顶节钢管桩在后场加工时同时完成桩帽加工,桩帽隔板设计为井字型,采用厚14mm钢板焊接,高度为40cm,盖板采用厚20mm钢板,桩帽结构焊制完成后在钢管桩顶开槽口插入桩帽结构进行焊接,采用焊脚为10mm的双面角焊缝。

1.3.7附墙结构安装

附墙杆件采用2I45a,中间稳定杆件采用I45a,临时墩第一道附强距施工平台20m高,我部拟采用履带吊进行第一道附强安装,附强安装时先安装L6L5杆件,构件最大重量为5.4t,履带吊满足吊升条件。安装完成后再安装桩间稳定杆件L7L8。安装前附强与墩身部位应设置操作平台,操作平台采用角钢在地面加工成型,与附强预埋钢板进行焊接设置。

第二道附强在后场钢结构加工场加工成型后运输至施工现场采用塔吊吊升后与墩身和钢管立柱进行焊接固定。附墙杆件采用分块吊装,最大起重重量为2.7t,塔吊吊重满足要求。安装时先安装三角撑2I45a,然后安装中间I45a稳定杆件,附墙杆件焊缝高度应满足设计要求。

塔吊吊装第二道附强最重杆件(2.7t)时工作起吊幅度为25m,此范围内起重能力为3.5t,满足吊装要求。

1.3.8桩顶承重梁安装

桩顶承重梁采用2HM588*300型钢,每节长5m,单件重量为1.51t。承重梁在后场钢结构加工成加工成型后运输至施工现场,采用塔吊分节段提升至桩顶进行焊接固定。承重梁与桩帽钢板之间点焊连接后焊接限位板进行固定。

塔吊在35m范围起重能力为2.3t,满足单件起吊要求。

1.3.9托梁安装

配重托梁采用三根I56工字钢,单根长度最长为13.46m,最大起重重量为4.28t,在地面组焊成型后采用塔吊起吊安装。

塔吊在15m范围其起重力为6t,满足单件4.3t起吊要求。

1.3.10贝雷梁拼装

在地面上分段组拼,然后用塔吊吊至支架上,分段接长。分段的长度需满足单台塔吊的起重能力。贝雷梁安装步骤如下:

第一步:组拼2#临时墩上游侧三组贝雷梁,整体吊装到位。贝雷梁总重2.52t,塔吊工作幅度为30m,起重能力为2.59t,满足起重要求。

第二步:地面组拼三片四组贝雷梁整体吊装,吊装重量为3.36t,塔吊吊装幅度为25m,起重能力为3.8t,满足起重要求。

第三步:按下图所示地面组拼贝雷桁架,吊装重量为4.2t,塔吊工作幅度为22m,起重能力为5t,满足起重更要求。

第四步:完成剩余节段吊装,吊装重量为3.3t,塔吊工作幅度为22m,起重能力为5t,满足起重要求。

2、辅助跨梁段施工

2.1钢梁运输

采用单构件水运的方式,运输钢梁构件的船舶到达施工现场码头后,采用100t履带吊卸船提升至栈桥平台,由运梁炮车运至预制梁场存梁区。钢梁安装时,由龙门吊在预制场存梁区将钢梁起吊后行走至引桥起梁处,龙门吊提升钢梁至引桥上,并在引桥桥面上进行边主梁两节段拼装,之后由运梁炮车运至架桥机下,采用架桥机进行安装。

2.2钢梁架设安装

2.2.1辅助墩支架设计施工

辅助墩采用Φ800*10mm钢管作立柱支承,顶面采用H588型钢作支承梁,其高度按监控要求施工。立柱之间进行连结形成格构式,顶面采用贝雷梁形成盖梁形式,以铺设架桥机行走轨梁及轨道,由于配重块与桥面板同时压重时横梁变形过大,因此在配重区另附加配重辅助架,以保证钢横梁的线型。

现拼段支架图示如下:

辅助墩支架施工钢管基础采用履带吊配合震动锥插打,1#辅助墩可在岸上打插,2#辅助墩由栈桥向上河进行插打,与栈桥插打方式相同,完成基础施工后利用塔吊进行支架上部安装。

为减小支架承载,提高施工的安全度,辅助跨的桥面采用后装形式安装,即为桥面板待中跨对应梁段号挂索一张后铺设,即桥面板仍为中跨与边跨对称安装和湿接缝施工等。

2.2.2梁段架设过程

辅助墩完成后,架桥机由引桥进行过孔,并安装2#辅助墩前的所有钢梁,完成后,再前移过孔,完成余下的钢梁拼装,回退架桥机。其施工流程如下:

流程一:

1、安装架桥机,过孔,将前支点放置在2#辅助墩顶上。

2、架桥机过孔配重采用40m箱梁(余留一片中梁不架设)。

3、在引桥龙门吊处上梁,并在引桥上接装好边跨SB15和SB16节段边主梁运至架桥机下。

流程二:

1、安装梁下支座、支架上的支撑板及承重分配梁。

2、将边主梁安装就位。

3、同样方法安装另一侧边主梁。

流程三:

1、以同样方式起吊,将钢横梁前移至架桥机起吊跨中部。

2、利用风缆转动使横梁大致就位,再用手拉葫芦配合精确定位,安装冲钉以及高强螺栓初拧,完成横梁安装。

3、以同样方法安装完成小纵梁。

4、当钢梁框架安装完毕后,按照设计要求对高强螺栓进行终拧。完成SB16和SB15梁段钢梁的安装。

流程四:

1、安装连接处拼装平台。

2、以同样方式安装完成SB14和SB13梁段钢梁及配装。

流程五:

1、前移架桥机(此次前移只有23米),直接将后支点移至2#辅助墩顶,然后架桥机梁体跨孔,无需配重。

2、在前移完成后将后支点移至1#辅助墩顶,完成架桥机跨孔。

3、铺设6#墩与1#辅助墩之间道板,形成炮车道。

流程六:

1、铺设架桥机横移梁。

2、分段拆除2#辅助墩顶贝雷梁,采用架桥机提升并后移,再采用炮车运至后场拆除。

流程七:

1、以同样方式安装完成SB12和SB11梁段钢梁及配装。

2、退回架桥机至引桥,安装剩余的箱梁后拆除架桥机。

2.3钢梁吊装方式

钢主梁采用架桥机安装,其中边主梁采用专用吊具利用对接螺栓孔两端起吊吊装,横梁采用双拼45工字钢制作的专用吊架进行吊装,具体吊装示意如下;

钢横梁吊装转动流程

刚横梁吊装转动采用拉设缆绳人工进行90度转动,利用横梁端部连接螺栓孔各设置三根缆绳,并在过渡墩盖梁顶面及辅助装顶面对角位置设置拉稍桩,横梁拉缆转动时利用拉稍桩控制横梁转动速度。具体流程如下;

步骤一:在钢横梁两端利用对接螺栓孔各布设3根缆绳,在6#墩盖梁顶面和辅助桩顶设置拉稍桩。如下图所示;

2.4配重块吊装

辅助墩处配重块共60块,采用架桥机进行安装,过渡墩处配重块共24块,方法同桥面板相同,采用桥面吊机进行安装。配重块吊耳采用直径28mm圆钢,每块设置四个。架桥机吊装单块最大重量为21t,桥面吊机吊装单块最大重量为22.23t。配重块吊环设置见下图:

钢筋吊耳计算:

配重块最大重量为22.3t,采用直径32圆钢设置4个吊点;

每个吊环按两个截面计算;

4个吊点,仅考虑3个吊环同时发挥作用;

计算公式:σ=9800g/n*A

式中:σ—吊环的拉应力,Mpa;

[σ]—吊环的允许拉应力,不应大于50Mpa;

n—吊环截面个数,4个吊环时为6;

A—1个吊环的钢筋面积,mm2

g—构件重量,t;

所需吊环钢筋的截面面积为:Ag=9800g/[σ]*n=9800*22.3/50*6=728mm2

选用直径32mm钢筋吊环,A=803mm2728mm2,故满足条件。

3、边跨合龙段施工

在辅助跨梁段架设完成后,即等双悬臂施工到SB9梁段再进行边跨合龙段施工。边跨合龙梁段采用桥面吊机进行安装。为保证边跨顺利合龙,拟选择低温自然合龙的方法。

3.1施工准备

合龙段钢梁的安装是一个抢时间、抢速度的施工过程,必须在有限的时间里完成。因此,在合龙前必须做好一切准备工作。

1)合龙温度的确定:钢梁能否在自然状态下顺利合龙,关键要正确选择合龙温度,该温度的持续时间,应能满足钢梁安装就位及定位栓接所需的时间。

2)全桥温度变形的控制:整个施工过程中,应对温度变形进行监测,特别是对将接近合龙段时的边跨梁段和温度变形更应重点测量,找出温度变形与环境温度的关系,为确定合龙段钢梁长度提供科学的依据。

3)合龙段梁段长度的观测:合龙段钢梁按制定宽度加工、预拼,在施工过程中,提前合龙段2~3个梁段观测已安装梁段端部与辅助跨梁段的距离,根据合龙段的施工时间推算合龙段长度,便于加工。

4)SB9梁段、SB11梁段钢梁上设置观测点,测量两段钢梁的高程、平面位置及扭角,取得有效数据,并预先制定措施。

3.2单构件运输及临时压重

将合龙梁段的构件由存梁区运输到栈桥平台塔吊起吊范围内,通过塔吊将合龙梁段的构件垂直提升上桥面,利用炮车运输到桥面吊机后方。

按设计要求在SB9梁段对称施工临时配重(一般情况为合龙梁段重量的一半)。利用水箱进行配重,在吊装SB10合龙段边主梁后,调整压重使悬臂端的高程满足合龙要求。等边跨钢梁合龙后即拆除临时压重。

3.3合龙梁段的安装

边跨合龙段施工布置图如下:

1)SB10梁段与SB9梁段连接

1)桥面吊机回转至后方起吊边主梁,转至安装位置,通过变幅落钩及缆风约束,使边主梁大致就位,再用手拉葫芦配合精确定位。精确定位后,立即插入50%冲钉和吊紧螺栓,复核轴线及标高后,用高强螺栓逐个替换冲钉,并进行初拧。

2)同样方式起吊横梁,通过变幅落钩及缆风约束,使横梁大致就位,再用手拉葫芦配合精确定位。精确定位后,插入高强螺栓并进行初拧。

3)边主梁和横梁安装完成后进行小纵梁的安装。

2)SB10梁段与SB11梁段接缝调整

SB10梁段与SB9梁段连接好后,调整SB10梁段横桥向、及竖向位置,使其前后接口匹配。

1)标高调整:SB10梁段与SB11梁段钢梁端部标高差可通过桥面吊机起吊SB11梁段形式调节。标高调整好后在SB11梁段钢梁底部安装导向钢板。

2)横桥向平面位置:在SB10梁段与SB11梁段左右幅钢主梁内侧挂斜向对拉葫芦,通过对拉葫芦调整两段钢梁间的平面位置。

3)SB10梁段与SB11梁段连接

在轴向和高程调到位后,先将接缝连接板在SB10梁段安装好并初拧。在SB10梁段钢主梁螺栓孔与连接板螺栓孔在温度作用下顺桥向匹配后立即安装冲钉。

SB10梁段安装好冲钉后,开始剩余螺栓孔的高强螺栓施工,全部螺栓孔用高强螺栓初拧好后,用高强螺栓逐个替换冲钉。

当钢梁框架安装完毕后,按照设计要求对高强螺栓进行终拧,并对纵轴线、对角线、标高进行复测,并作好记录,为监控提供详实数据。

3.4边跨合龙段施工预案

边跨合龙段主要考虑自然合龙,当平面位置出现偏差过大难以自然合龙时,采用以下措施调整:

辅助跨梁段支垫处换置三向千斤顶进行三向移动,同0#、1#块梁段施工,其支垫图如下:

3.5边跨合拢纵向顶推

辅助跨钢梁总重1041t,辅助墩和过渡墩范围内压重块共重1406t,纵向滑移在辅助墩顶梁底设置四氟滑板,在6#墩顶两侧主梁端设置千斤顶进行顶推滑移。具体如下图所示:

千斤顶选用计算:

滑移总重量为钢梁重量和配重块重量,辅助跨钢梁1041t,辅助墩及过渡墩范围内配重块共重1406t,总滑移重量2447t,临时墩顶设置了四氟滑板,按摩擦系数0.07考虑,钢梁纵向斜坡为3%,顶推力为2447*0.07+2447*0.025=244.7t。故选用两台150t千斤顶,在两侧边主梁各设置一个进行合拢时辅助跨钢梁顶推。为防止损伤钢梁涂装,顶移时在主梁端部设置尺寸为50*50cm厚20mm钢垫板。

3.6第一次张拉B9索

拆除边跨合龙临时压重后,进行B9索第一次张拉。B9索采用直径7mm的低松弛高强平行镀锌钢丝束,型号为PES7-211,重量为8.715t,施工流程及方法见斜拉索施工方案。实际施工过程中的索张拉力以施工监控签发的最后拉索张拉力数据为准。

4、安装桥面板

在边跨合龙后,桥面板和配重的施工与中跨同步进行,并根据监控要求及时调整边跨桥面板配重的进度。

预制桥面板由平板车运输上主墩平台,采用塔吊提升至桥面,通过炮车运输到桥面吊机后方,利用桥面吊机进行安装。

桥面板安装时应注意以下几点:

1)桥面板安装时应注意相邻板间纵向及横向预应力管道位置,使其衔接顺畅,满足设计要求。

2)桥面板安装时应确保位置准确,端部支撑在钢梁上的长度应满足设计要求。

3)前端桥面板安装时,应设置行走平台,以利于施工人员现场操作。

4)桥面板安装时,应由专人指挥。

5)当风力大于6级时,应停止吊装施工。

6)桥面板与钢梁接触部位应按设计要求加垫橡胶条。

5、浇筑湿接缝及预应力张拉

桥面板安装结束后即开始桥面板湿接缝的施工。合龙段湿接缝应在当天温度最低时施工。现浇桥面板和湿接缝均采用 C55 微膨胀混凝土,以减小收缩徐变的影响。混凝土配制选用优质水泥和级配良好的优质骨料。

湿接缝砼达到设计强度后,及时进行桥面板横向预应力张拉及孔道压浆。

5.1湿接缝钢筋施工、预应力管道连接

桥面板安装就位后,清理接缝,调直桥面板钢筋,并将钢筋焊接,以增强接缝抗拉能力,桥面板纵、横向钢筋之间均采用单面焊连接,焊缝长度均不小于10d。预应力管道通过波纹管接头连接,并用胶布缠紧,以防漏浆。

5.2湿接缝砼施工

砼施工前,用空压机将接缝内的杂物吹干净,然后用淡水将桥面板侧面润湿至饱和。新老砼接触面应加强振捣,同时振捣时应避免触及波纹管。砼浇注结束后,表面拉毛处理,并覆盖洒水养生。

5.3预应力张拉

桥面板横向预应力钢束均采用15-3钢束,两端整束张拉,锚下张拉控制应力为1395MPa,锚具采用15-3型扁锚。

1)预应力筋下料采用砂轮切割机切割,下料长度同束中误差为±5mm。

2)预应力筋穿索采用穿索器进行,穿索前先用通孔器通孔。

3)预应力筋张拉:预应力张拉采用双向张拉、应力与钢束延伸量双控方法。张拉顺序:初张拉(10%设计拉力)→ 测量伸长量 →张拉至设计吨位→ 持荷2分钟 →测量伸长量→油泵回油 → 测量伸长量并做好记录。

5.4预应力管道压浆

预应力张拉完成后应及早进行压浆工作。

湿接缝施工及张拉完成后,桥面吊机前移进入下一道工序的施工。对B9索进行第二次张拉,实际施工过程中的索张拉力以施工监控签发的最后拉索张拉力数据为准。

完成B9索第二次张拉后,对应中跨悬拼段完成边跨桥面板与配重施工。

在中跨合龙段施工后,拆除辅助跨支架,在辅助墩上主梁回落20cm,并解除塔梁固结。

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