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嘉绍跨江大桥北侧主桥合龙段钢箱梁吊装施工方案 于 2012年05月11日 发布 点击数:

 

1.1 工程简介
主航道桥为六塔独柱四索面分幅钢箱梁斜拉桥,跨径布置为70+200+5×428+200+70=2680 米。桥面最大纵坡为0.45%,位于R= 142666.667m、切线长T=642m、外矢距E=1.445m 的圆弧竖曲线上。
1.1.1 结构体系  
    单幅箱梁在辅助墩、过渡墩处各设置一个双向滑动支座,支座规格分别为1750t和1250t;钢箱梁在索塔两侧布置两排竖向支座,单个索塔共有2×2=4个双向滑动支座,支座规格为2000t。整幅钢箱梁在六个索塔及过渡墩、辅助墩处均设置横向抗风支座约束梁墩或梁塔之间的横向相对自由度。
Z4、Z7索塔各设置塔梁顺桥向限位支座,其余索塔的塔梁顺桥向设置四套粘滞阻尼器。
全桥的跨中位置(Z5与Z6索塔之间的跨中位置)两幅钢箱梁各设置一道伸缩缝,在伸缩缝处钢箱梁内部采用刚性铰构造,刚性铰释放两侧钢箱梁的纵向相对变形,但约束两侧钢箱梁之间的相对弯曲、扭转、剪切等变形。刚性铰小箱梁与滑动大箱梁之间设置阻尼器。
1.1.2 梁段结构、尺寸及梁段划分  
    钢箱梁采用分幅形式,单幅箱梁为栓焊流线形扁平钢箱梁,外侧全梁段设置风嘴,内侧除70m 边跨和索塔无索区外其余设置斜拉索检修道。梁高4.0m(箱梁内侧内尺寸),单幅梁宽24m(含风嘴及斜拉索检修道),两幅梁间横梁长9.8m,全幅总宽55.6m。
过渡墩、辅助墩处横梁,即I 类和H 类梁段横梁下方安装有横向抗风支座连接架,抗风支座连接架与横梁底板采用高强螺栓连接。B2 类梁段处横梁与Z4、Z7 索塔之间设有塔梁纵向约束支座,横梁内部设置支座加劲构造。
为控制分幅钢箱梁的涡激振动,根据风洞试验研究成果,单幅钢箱梁在内侧斜腹板下方设有抗风导流板。导流板全桥布置在除70m 边跨和索塔无索区外的钢箱梁上。
根据构造及施工架设的需要,全桥钢箱梁除刚性铰外划分为A~J 共13 种类型梁段。其中D1、E1、F、G 类梁段又根据风嘴及内侧斜拉索工作箱是否设置张拉孔及梁段是否设置压重槽分为若干类型。各梁段均为分幅结构形式,单幅箱梁为栓焊流线形扁平钢箱梁,外侧设风嘴,内侧设置斜拉索检修道,梁高4.0m(中心线位置箱梁内尺寸),整幅梁宽55.6m(含风嘴和拉索检修道)。对于不设横梁梁段(A、E1、E2、F、J 类梁段)分为左右幅两部分预制,设置横梁梁段(B1、B2、C、D1、D2、G、H、I)分为左右幅和横梁三部分预制。全桥共计374 个梁段(单幅),71 个箱形横梁以及32 道工字形横梁。
横梁节段调整以后,标准梁段长度15.0m,边跨梁段最大吊装重258.90t(H类梁段,单幅),悬臂施工最大吊装重对于Z5 塔中跨侧为223.00t(J3 梁段,单幅),Z6 塔中跨侧为265.27t(J1 梁段,单幅),其余塔为221.48t(G 类梁段,单幅),刚性铰合龙梁段最大吊装重374.05t(单幅),其余合龙梁段吊重119.02t(单幅),横梁除了NBK1 梁段吊装重分别为31.258 和28.048t 之外,其余箱形横梁重量分别为28.048t(长箱型)和7.92t(短箱型),工字形小横梁吊装重4.985t。
1.1.3 刚性铰 
    刚性铰将在钢箱梁跨中位置断开,其基本构造是在一侧钢箱梁内部放置小箱梁,小箱梁一端固定在另一侧钢箱梁上,另一端自由。刚性铰构造主要的基本组成为:小箱梁、小箱梁固定端、外套大箱梁、竖向及侧向支座。刚性铰分为J1、J2、J3 三个梁段类型预制,小箱梁固定端位于J1 类梁段,小箱梁及外套大箱梁放在J2 类梁段,小箱梁检修区位于J3 类梁段。
主航道桥钢箱梁标准断面布置图及各塔梁段划分图如下:
 
 图1.1-2 主航道桥钢箱梁标准断面布置图
 
图1.1-3 主航道桥Z3 索塔梁段划分图
图1.1-4 主航道桥Z4 索塔梁段划分图
图1.1-5 主航道桥Z5 索塔梁段划分图
 
表1.1-1 钢箱梁梁段概略表(横梁调整前)
1.2 工程特点
(1)桥位区的钱塘江河口尖山河段河床宽浅、潮强流急、涌潮汹涌,河床变迁剧烈,兼有灾害性天气影响,施工条件恶劣。钢箱梁运输以及抛锚定位困难。根据2009 年5 月武船出具的适航报告,钢箱梁运输到位后,必须在50 分钟内将钢箱梁起吊离船,船舶退出。否则船舶将搁浅。因此吊装施工难度大,要求科学组织,精心施工。
(2)嘉绍大桥钢箱梁为分幅式,部分钢箱梁设有横梁。采用分幅吊装方式,因此左右幅箱梁与前段梁的匹配接口、以及两幅梁与横梁的匹配接口要求精度高,线型控制较为复杂,施工要求高。
(3)钢箱梁采用顶推几何合龙,最大顶推力达到615t,顶推装置数量多,顶推装置的布置以及如何控制左右幅箱梁的顶推平衡,保证结构安全,难度较大。
(4)钢箱梁吊装施工由钢箱梁加工和土建两家单位配合完成,其中加工单位负责梁段的运输、船舶定位以及钢箱梁焊接工作,土建单位负责钢箱梁吊装工作。因此两家单位应密切配合,协调一致,同时,从施工进度和安全考虑,钢箱梁运输应严格按照土建单位要求及监理指令组织运输到位,并在24 小时内完成船舶定位工作,定位精度在5cm 以内,定位完成后需留有足够的时间进行吊具安装、解除约束、起吊离船等吊装工作。 
1.3 钢箱梁吊装施工总体施工流程
 
图1.3-1 钢箱梁吊装总体施工流程图 
2.合龙段钢箱梁吊装
嘉绍大桥为六塔斜拉桥,根据设计要求,全桥共有七个合龙点,采用顶推合龙的方式,分四个阶段完成。
第一阶段:Z3、Z8 塔两侧梁段悬臂施工至Z2、Z9 辅助墩时,钢箱梁与70m边跨共两个合龙点完成合龙,在Z2、Z9 辅助墩顶推;
第二阶段:Z3 塔与Z4 塔,Z7 塔与Z8 塔之间的钢箱梁共两个合龙点完成合龙,顶推前需拆除Z7 与Z8 塔的塔梁临时约束,在Z3 及Z8 塔托架进行顶推;
第三阶段:Z5 塔与Z6 塔之间的钢箱梁,即刚性铰J2 类梁段完成合龙,本阶段完成一个合龙点,此阶段不顶推;
第四阶段:Z4 塔与Z5 塔间及Z6 塔与Z7 塔间的钢箱梁共两个合龙点完成合龙,顶推前需拆除Z5 及Z6 塔的塔梁临时约束,在Z5 及Z6 塔托架进行顶推。
第二和第三阶段合龙施工时,为平衡索塔受力,调节索塔成桥内力状态,需在合龙梁段焊接前在索塔另一悬臂端根据施工监控指令要求安装钢箱梁跨中区及辅助墩区压重。
其中,属于我标段的有四个合龙点,按照合龙顺序依次如下:
①、Z3 与Z2 间的边跨合龙;
②、Z3 与Z4 间的合龙;
③、Z5 与Z6 间的合龙(刚性铰,我标段配合III 标段施工);
④、Z4 与Z5 间的合龙。
2.1 边跨合龙段施工(Z3-Z2 墩)
由于吊装空间影响,将D1-3(Z3B10-L/R,10#)梁段作为边跨合龙段,E1-2(Z3B11-L/R,11#)梁段利用变幅式步履吊机提前吊装到边跨支架上堆放并与辅助墩墩顶梁段(H 梁段)焊接形成整体。边跨合龙段施工流程如下图所示:
图2.1-1 边跨合龙段施工流程图
边跨合龙段准备工作:
(1)边跨合龙段吊装前,需根据设计要求,在Z2 辅助墩顶两个支座垫石的一侧安装主顶推装置,包括牛腿及千斤顶(如图所示)。千斤顶采用两个100t 千斤顶。
图2.1-2 过渡墩顶主顶推装置示意
(2)经过计算,得出合龙所需的顶推力为1373KN(此结果依据结构在顶推时处于基准温度和计算理想结构状态得出)。实际施工时,由于温度、临时荷载等的影响,可能需要设置辅助顶推点,辅助顶推装置位于合龙口两侧箱梁顶面,其工作原理是利用千斤顶张拉钢绞线将边跨大块梁段拉向江侧直至合龙(如图所示);
图2.1-3 辅助顶推装置示意
(3)将无索区大块梁段向北侧预偏约20cm,预留出合龙口所需宽度;
(4)根据测量结果及监控指令,选择一个一天内气温较为稳定、持续时间较长、钢箱梁伸缩量变化不大的时机作为合龙时机,开始合龙段吊装。
边跨合龙段的安装:
选择温差较小、风速较小的时段,架梁机起吊边跨合龙段10#梁段就位,调整线形后将10#梁段与9#梁段焊接,对称张拉10#索。根据测量结果及监控指令,选择一个一天内气温较为稳定、持续时间较长、钢箱梁伸缩量变化不大的时机,将辅助墩顶两侧千斤顶同步、分级加力,将边跨大块梁段向合龙段缓慢顶推,若主顶推点顶推力不足,则启用辅助顶推装置,共同作用直至合龙缝宽满足要求。调整合龙段姿态,使之与边跨梁段(11#块)匹配后进行焊接,焊接完成后解除主梁顶推作用,完成合龙。边跨合龙完成后,中跨侧继续吊装11、12#块梁段,同时对称张拉两侧的斜拉索。全部吊装完成后,拆除桥面吊机及边跨支架,同时安装辅助墩压重区压重。
2.2 刚性铰施工(Z5-Z6 墩)
刚性铰安装由III 标、IV 标共同完成,IV 标配合安装。
刚性铰是本桥的技术重点与创新点,其施工质量的好坏直接关系到大桥的使用寿命和行车能力,因而也是本项目的施工重点。在施工中,要通过各种措施达到如下四个目标:
⑴ 刚性铰在成桥状态下恒载弯矩为零。
⑵ 刚性铰各支座受力均匀。
⑶ 刚性铰支座滑动自如。
⑷ 保证刚性铰采用多种综合耐久性措施严格落实。
刚性铰的安装步骤如下:
1、J1、J3 类梁段安装
刚性铰J1、J3 类梁段施工工艺与其它梁段悬臂吊装施工工艺相同,主要注意事项:
a. 在J3 类梁段起吊及桥面吊机在梁上作业时,应在JHG2 横隔板上安装竖向支撑型钢,待桥面吊机作业完毕后拆除支撑型钢。
b. J1 类梁段刚性铰固定端侧临时吊点构造采用与桥面板焊接的方式,安装时注意临时吊点板件与梁段内部刚性铰固定端板件对齐,临时吊点使用完毕后应将桥面打磨平整并对桥面板进行磁粉检查。
2、J2 类梁段安装
J2 类梁段小箱梁与大箱梁装配成整体后运输,运输时小箱梁与大箱梁在固定位置插打临时固定销钉,将小箱梁在J2 类梁段内临时固定。J2 类梁段作为合龙段施工,安装J2 类梁段工地连接时应遵循先与J1 类梁段连接,后与J3 类梁段连接的次序,具体施工步骤为:
a. 将J2 类梁段左右幅同时起吊到位,调整标高;
b. 解开J2 类梁段内小箱梁与外套大箱梁的临时约束,将小箱梁由手拉葫芦向J1 类梁段小箱梁固定端靠拢(利用小箱梁端头预留的小孔),并在千斤顶辅助下将其调整对接好,安装小箱梁固定端接头螺栓;
c. 将J2、J3 类梁段接头临时固结,安装临时匹配件,按照其它梁段相同的施工工艺安装J2、J3 类梁段的工地连接;
d. 安装J2 类梁段横梁;
e. 安装J2 梁段伸缩缝封板位于风嘴及箱梁顶板的剩余部分板件。
J2 类梁段起吊安装时,为平衡索塔受力,在Z5、Z6 塔的跨中压重区需根据施工监控指令要求安装压重块。
刚性铰合龙口姿态调整完毕后,需临时锁定合龙口,然后直接起吊刚性铰入合龙口,同时焊接两侧合龙缝,完成合龙。
3、小箱梁接头螺栓的安装
首先对齐小箱梁四个定位销孔,插打小箱梁定位销,然后按照高强螺栓的施工要求进行小箱梁固定端接头高栓的初拧、复拧、终拧。高强螺栓的拧紧顺序应从刚度大的外缘向不受约束的内缘进行。拧紧方法采用扭矩法施拧,具体拧紧工艺以及质量检查要求应符合《铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定》(TBJ214-1992)的规定。小箱梁端头四个定位销在小箱梁接头螺栓安装到位后留在原位,不得拆除。
2.2.1中跨(Z5-Z4 墩)与次边跨(Z4-Z3 墩)合龙段施工
Z3-Z4 合龙在Z3 托架处进行顶推,Z4-Z5 合龙在Z5 托架处进行顶推。合龙段J 类梁段长8.8m,重119.02t,需两台桥面吊机抬吊安装。合龙段安装流程图如
下:
图2.2-1 中跨合龙段施工流程图
由于合龙段需抬吊安装,故桥面吊机的吊具需进行改装。拆除原有大吊具,改用专用的抬吊小吊具。Z3、Z5 墩主梁的主顶推点设在X 托架与主梁之间,每塔设置两个主顶推点,顺桥向布置一排,横桥向布置在单幅主梁梁段的重心位置附近。根据计算,在没有考虑温度、临时荷载等对顶推的影响前提下,各墩的合龙口调整顶推力如下表所示:
表2.2-1 Z3-Z4 合龙口调整顶推力
 表2.2-2 Z4-Z5 合龙口调整顶推力
 
注:合龙口变化为正值表明增大合龙口,反之合龙口变化为负值表示减小合龙口。
单个主顶推点的顶推装置包括牛腿及千斤顶等装置。为了防止顶推过程中千斤顶突然失效后主梁的前冲量过大,主顶推装置中设置了限位器,如下图所示。
 图2.2-2 主墩托架主顶推装置示意
 
 图2.2-3主顶推装置中的限位器示意
 为平衡索塔受力,调节索塔成桥内力状态,在Z3-Z4 及Z5-Z4 墩间合龙梁段焊接前,需根据施工监控指令要求在索塔另一悬臂端即在Z4 塔安装钢箱梁跨中区压重,在合龙口两端施加等效临时压重。合龙时若合龙口主梁轴线存在偏差,须调整使两侧主梁轴线一致,可通过在合龙口两侧箱梁顶面设置交叉对拉装置实现,交叉对拉可采用手拉葫芦(如下图所示)。
图2.2-4合龙口轴线调整交叉对拉示意
合龙段焊接完成后,解除主梁顶推作用,拆除桥面吊机,安装斜拉索减震装置、塔梁间粘滞阻尼器等。
辅助顶推装置
针对Z3-Z4 主塔顶推力较大的情况,当主顶推点顶推力不足时,将塔-梁纵向水平限位装置——纵向水平索作为施加顶推力的辅助顶推装置。辅助顶推点设置4 个,其中2 个顶推点作为调节合龙口宽度的辅助顶推点,另外2 个作为辅助顶推点千斤顶突然失效后的主梁限位辅助装置,也是一种必要的安全装置。
辅助顶推点利用塔梁纵向临时约束构造,将顶推千斤顶安装在梁上锚箱后,通过张拉纵向临时拉索来施加顶推力。
合龙温度低于基准温度时辅助顶推预案
当需要减小合龙口宽度时(即合龙温度低于基准温度时),而主顶推点的顶推力不足时,可在合龙口两侧箱梁顶面设置辅助顶推点。如下图所示:
图2.2-5 合龙口处的辅助顶推点
图2.2-6合龙口处的辅助顶推装置
3.附属设施安装
钢箱梁附属设施有竖向支座、横向抗风支座、纵向限位支座、粘滞阻尼器、钢箱梁除湿系统以及箱梁内外检查车系统等。竖向支座在钢箱梁安装前安装,其余支座及粘滞阻尼器在成桥后根据设计要求安装。钢箱梁除湿系统以及箱梁内外检查车系统等根据厂家要求协助厂家安装。