浙江大跨径斜拉桥组合主梁安装工艺

'***大桥组合主梁安装工艺总结摘要：通过比选，确定了斜拉桥组合主梁的安装工艺：①无索区主梁支架采用竖向支架，且利用悬拼吊机从边跨穿越索塔安装其预制桥面板；②中跨主梁使用悬拼吊机进行悬拼；③边跨全部梁段采用“落地支架+桥式起重机”进行安装；④中跨、边跨合龙均采用自然合龙工艺，并优化了边跨合龙前桥梁状态。还对安全技术措施、为到达监控目标而采取的措施进行了介绍。注意到了边跨支架与钢梁之间会发生相对位移，对可能会引起的质量、安全隐患采取了技术措施。关键词：斜拉桥；组合梁；安装工艺；安全；监控；悬拼吊机；支架；桥式起重机1概述1.1工程概况位于宁波市绕城高速公路上的***大桥，因地制宜地设计为连体索塔分幅组合梁斜拉桥，跨径组成为54+166+468+166+54＝908m。主梁由钢箱形纵梁（钢锚箱、风嘴附着在其外侧腹板上）、钢工字横梁、C60预应力混凝土桥面板（预制+现浇）等组成，钢结构与混凝土桥面板通过剪力钉、预应力结合在一起。在桥面板内，主跨跨中左右各86m范围（LZ12～LZ12）、过渡墩起边跨（LB10～LB18）约83.2m范围内设纵向预应力，除索塔中心线两侧各18m范围外均设横向预应力。在边跨设预制铁砂砼压重块，总重约61268kN。与通常的斜拉桥组合梁主梁不同：①本桥主梁钢结构采用全焊结构；②在辅助墩区域、索塔区域的箱形纵梁内设底板混凝土，形成双组合梁截面。该桥一跨跨越甬江，两个索塔座落在甬江防洪大堤外。大堤之间距离为377m，常水位时甬江水面宽度仅为190m。影响大桥施工的热带气旋平均每年2.5个，最多可达6个。每年5～11月都有可能受热带气旋影响，主要集中在7～9月。在7～9月份可能会形成无法预报、无法监测的局部强对流气旋。12/12 图1组合主梁安装工艺整体示意图图2双幅组合主梁横断面示意图表1梁段起重参数表构件名称体形尺寸单件重量(kN)备注标准节段整段12m长22m宽1150不含风嘴标准节段的纵梁12m长2.05m宽400高度2.34m标准节段的横梁17.86m长0.6m宽110高度2.34m风嘴12m长2.35m宽72预制桥面板10.15m长4.34m宽250含连接钢筋长最重纵梁14m长2.05m宽580L0梁段的纵梁最重横梁17.86m长1.83m宽300LB18梁段的端横梁最重预制压重块1.95m*1.45m*1.4m130钢结构单件尺寸在公路运输限值以内。压重块、预制桥面板在桥位附近进行预制。1.1安装方案比选LZ19为中跨合拢段。LB7为边跨合拢段。无索区（暨索塔区域）主梁为LB0、L0、LZ0共3个梁段。中跨主梁为LZ1～LZ18共18个梁段，边跨主梁为LB1～LB18共18个梁段。一，边跨合龙段与过渡墩之间的主梁（LB8～LB18）、无索区主梁一般采用在落地支架上拼装的工艺。底板混凝土、桥面板湿接缝采用泵送混凝土。二，边跨合龙段与索塔之间的主梁（LB1～LB6）安装方案对比分析如下：方案概述优点缺点方案Ⅰ：散件悬拼与中跨主梁对称悬拼，采用中跨桥面悬拼吊机1，对称性好2，现场整洁，占用空间小1，对称施工管理要求稍高2，还需增加吊机4套(约600万元，全桥共8套吊机)，但国内组合梁斜拉桥不多方案Ⅱ：在落地支架上散件拼装提升散件在支架上拼1，可考虑较中跨主梁提前安装1～2段，对中跨稳定性有较大贡献2，起重设备选用桥式起重机，操作1，投入周转材料约880万元2，占用空间较大3，支架施工质量要加强管理12/12 装、焊接。安全，通用性很好1，支架下需要设桩基础由于水面宽度限制，中跨主梁不能从水面直接起吊。三，中跨主梁安装工艺Ⅰ（散件悬拼）：散件在索塔区域的双幅之间提升上桥，通过桥面运输小车送至桥面吊机后方，桥面吊机逐件安装。具有“工艺成熟，起重设备负载小，节段间偏差调整相对容易”等优点，但相对于工艺Ⅱ，节段安装周期长3～4天。四，中跨主梁安装工艺Ⅱ（整段悬拼）：在索塔区域的主梁下方地面上进行整段拼装，悬挂在主梁下方的运输桁架悬挂整段主梁，运输主梁至最前面，然后用桥面吊机与运输桁架进行转换悬挂主梁，最后桥面吊机提升主梁直至安装到位。该方案仅有台湾高屏溪斜拉桥主梁安装工艺可供参考。该方案虽然有“节段安装周期短、节段匹配”的优点，但不足之处也明显，如“需要吊装、运输设备各1套，设备负载大，投入约为工艺Ⅰ的5～6倍；需要占用较高的航道净空；较适合索梁连接采用锚拉板型式的主梁”等。1无索区主梁安装工艺1.1工艺简介无索区主梁（LB0、L0、LZ0）长度为8+14+8＝30m，采用落地竖直支架。通常地，索塔区域主梁采用落地斜支架。钢梁通过边跨侧的桥式起重机提升放在支架上，在支架上逐段由边跨向中跨纵向滑移到位。预制桥面板通过桥式起重机提升放在运输平车上，悬拼吊机安装。悬拼吊机从LB1起穿越索塔进入中跨施工。12/12 图3无索区主梁安装工艺示意图1.1工艺流程01.从LB1跨用桥式起重机吊装LZ0的所有构件（箱形纵梁、工字横梁、小纵梁），将构件放置在滑移轨道上，调整相对标高、位置，预拼成整体（不焊接、不安装桥面板）；02.LZ0梁段由边跨侧整体推移，穿越索塔至设计位置，临时固定；03.同样流程将焊接完成的L0由边跨侧整体推移，穿越索塔至设计位置，精确定位，进行塔梁临时固结；04.同样流程将LB0梁段由边跨侧整体推移至设计位置，精确定位LB0梁段，并与L0进行焊接；05.精确就位LZ0，并与L0焊接；06.安装、定位LB1，并与LB0进行焊接；07.在LB2跨，桥式起重机直接起吊LB0～LB1的4块桥面板（编号为1、2、3、4）；08.将25t汽车起重机放置在LB1～LB0桥面板上，拼装悬拼吊机；09.悬拼吊机试载、前移；010.在LB2跨，桥式起重机直接起吊其他桥面板，将桥面板送入悬拼吊机尾部的运输平车上，运输平车携带该块桥面板前移送入悬拼吊机后吊点位置，悬拼吊机安装这些桥面板；12/12 01.悬拼吊机前行至LZ1吊装位置（11号桥面板前端），整体提升底篮。02.悬拼吊机安装LZ1梁段，悬拼吊机前行至LZ2吊装位置。03.悬拼吊机安装LZ2梁段，悬拼吊机前行至LZ3吊装位置。04.在中跨侧安装跨幅龙门此后，转入中跨梁段正常安装工艺。1.1跨幅龙门可行走式龙门安装在第1根斜拉索与索塔之间，横跨左右幅主梁，利用中央分隔带8.1m间距进行起重作业，为中跨梁段、边跨梁段、斜拉索提供从地面至桥面的提升吊装能力。2中跨主梁安装工艺中跨主梁采用“散件悬拼”安装工艺。构件桥面运输采用自行发电平板运输车。2.1悬拼吊机图4中跨主梁安装悬拼吊机示意图该悬拼吊机为自主创新设计。吊机自重：两片主桁架总重350kN，起重系统300kN，滑轨系统150kN，底篮350kN。悬拼吊机可负载：起重系统500kN，底篮1500kN；工作状态8级风，非工作状态14级风。多功能吊具可配合悬拼吊机、跨幅龙门、构件存放场龙门使用，可以吊装纵梁、横梁、预制桥面板。12/12 1.1标准梁段安装流程表2中跨梁段标准安装流程及净时间序号工作内容时间(h)准备工作：1，将构件由跨幅龙门提升上桥。2，在桥面上铺设轨道，其上设置运输平车，跨幅龙门将构件放置在运输平车上，通过运输平车将构件运输到悬拼吊机尾部吊装区。01吊机前行至n梁段上，锚固、检查602悬拼吊机从桥面运输平车上依次吊起n＋1梁段的2个箱形纵梁（带风嘴），对称下落在底篮上403在底篮上推移纵梁到位，并与已安装节段匹配、临时定位304吊装横梁，并与两侧纵梁临时连接405安装斜拉索，拧上锚头，松开悬拼吊机1206按照监控、设计要求进行斜拉索预张拉807纵梁与已安装梁段纵梁的焊接。在07～08之间进行n－1段现浇桥面板及养护1208纵梁焊缝检测等待及检测3209横梁、小纵梁与纵梁焊接12010数据采集、上报、分析、通知4011第1次张拉斜拉索2012安装n+1段预制桥面板4013数据采集上报6014第2次张拉斜拉索4015数据采集、上报、分析4117预制桥面板存放期大于180天。桥面板湿接缝滞后钢梁2个节段现浇，横向预应力随着湿接缝达到强度后进行张拉。考虑到夜间、大风、大雨天气不能进行吊装作业，大风、下雨天气不能进行焊接作业等客观因素，每节段周期8～10天。1.2中跨合龙中跨合龙总体流程：龙口有关数据观测→LZ19切割→在合适的温度，吊装LZ19放入龙口内，LZ19立即与两侧LZ18码板连接→对称焊接。提前2段开始微调里程、轴线、标高、纵梁横截面，控制轴线相对偏差、纵梁横截面相对扭转。考虑到主梁受拉更有利，故控制最高温度时龙口间距≤6030mm。LZ1912/12 设计长度为6000mm。提前2段进行24小时“小时－环境温度－龙口间距（横截面扭转）”关系曲线测量。在龙口监测、分析确定后，吊机整体起吊LZ19，安装入位，并及时进行码板连接，防止龙口距离变化产生安全、质量事故。立即解除主梁与索塔的临时固结（纵桥向、横桥向、竖向），四个部位（左、右幅，南、北岸）同步进行临时固结的解除，并在2h以内全部完成。监测索塔位置处横向抗风支座间距变化、竖向支座与主梁间隙变化。图5中跨合龙前状态示意图1边跨主梁安装工艺1.1工艺简介边跨合龙段与过渡墩之间的主梁支架采用4肢立柱，每梁段共8肢钢管支承，梁段自重荷载达7600kN（包括压重），其中立柱外侧两肢兼做桥式起重机轨道支承。边跨合龙段与索塔之间的主梁支架采用3肢立柱，每梁段共4肢钢管支承，梁段自重荷载约3000kN。立柱外侧两肢仅作为桥式起重机轨道支承。桥式起重机从地面直接起吊构件。图64肢立柱支架横断面示意图12/12 图73肢立柱支架横断面示意图图8边跨起重设备(桥式起重机)示意图1.1主梁与支架之间的相对位移支架上的梁段将受到日温差、季节温差的影响，220m长度的钢梁在日温差1℃时位移可达2.64mm。边跨梁段在斜拉索作用下，总体压缩量可达54mm。这几个作用将会使支架与钢梁之间产生相对位移，从而产生纵桥向水平推力，但发生位移的临界状态难以确定。为减小这种纵桥向水平推力，在钢梁与支架之间应设简易水平滑动支座。该桥支架高达29.7m，要设构造来抵抗该推力。同时要防止这种推力集中在钢梁某横断面上，防止纵梁环焊缝焊接过程中焊缝应力过大。1.2边跨压重压重块采用C30铁砂混凝土预制块，容重≥34kN/m3。为了精确控制主梁标高、斜拉索索力处于合理偏差范围，考虑对边跨压重集度进行微调，将可调整幅度定为设计压重集度的±5%：95%设计压重集度采用预制混凝土块，10%设计压重集度调整为铸铁板，铸铁板可方便快速地装、卸。12/12 1.1边跨合龙一，边跨合龙前全桥状态调整边跨合龙前全桥状态，在初步设计中确定如下：全部完成边跨合龙段与过渡墩之间的主梁（LB8～LB18）施工，包括钢结构、压重、桥面板、横桥向预应力、边跨纵桥向预应力（LB10～LB18）。从LB18～LB8梁段的全重为7524kN、5169kN、3981kN、3860kN、4743kN、5696kN、6164kN、2871kN、2853kN、2857kN、2854kN，总48573kN。如此重量长期（LB18～LB14存放在支架上的时间长达120天）存放在支架上，且要渡过台风期，还考虑到4.2的工况，该方案的安全性、经济性值得进一步考虑。通过多次复核计算，将方案调整为：边跨合龙前，完成边跨合龙段与辅助墩之间的主梁（LB8～LB13）施工，包括钢结构、压重、桥面板、横桥向预应力；完成过渡墩与辅助墩之间的主梁（LB18～LB13）钢结构施工。由此，减小支架荷载约23862kN，提高了方案的安全性、经济性。图9边跨合龙前全桥状态示意图二，边跨合龙边跨合龙整体方案：龙口参数监测分析→在最低温度时，吊装LB7放置在支架上→LB7与LB8焊接→观察1d→自然升温后与LB6码板连接→LB7～LB6焊接。大部分已建成组合梁斜拉桥边跨合龙采用“将边跨合龙段与过渡墩之间的主梁纵桥向推移与边跨悬臂主梁对接”的工艺，不设合龙段。12/12 1主要安全技术1.1主要安全设施中跨主梁安装工作平台为悬拼吊机底篮。边跨主梁安装工作平台、桥式起重机检查维护平台以支架为依托进行设计。纵向预应力张拉平台利用桥梁永久检查维护车。1.2主梁抵御台风的措施中跨主梁在悬臂安装阶段需要度过台风期（7、8、9、10月份），起重设备、处于悬臂状态的主梁都须有抵御台风的能力。采用钢管立柱来约束主梁在台风作用下的位移。边跨立柱设置在索塔以外99m外，由于受现场地形、构造物控制，中跨立柱只能设置在索塔以外34m处。立柱既要承受压力又要承受拉力，其最大吨位为2200kN，立柱受到的水平力很小（小于5kN）。立柱与主梁的连接构造是一个难点，需要实现以下功能：①连接、解除迅速方便，最好不需要起重设备；②既要能承受压力又要能承受拉力；③主梁局部受力或者局部加强简便；④由于在主梁下安装，要考虑操作性，单个构件不宜过重。1.3支架、起重的安全技术1，严格控制支架立柱偏心、支点偏心。2，桥式起重机只能进行单项操作：在某项操作停止、平稳后，方可进行下一个操作。桥式起重机应采取上坡停车的方式进行操作，桥式起重机采用4轮制动模式。3，在施工管理中，牢牢把握工况，如果将出现在计算中未考虑的工况，应暂停，待复核后方可施工。4，对以下项目进行监测：①钢管立柱应力监控，应力范围估计在0～120MPa；②桥式起重机轨道纵梁平面外变形监测、平面外应力监测；③支架沉降监测；④边跨主梁的“温度－位移”关系测量分析。5，对于首次应用的悬拼吊机，应编制并不断完善安全操作规程，并监测有关变形、应力。6，设计有关结构、制定管理措施来杜绝杂物（包括焊渣）掉落影响航道安全。12/12 1实现监控目标的部分措施相对于钢箱梁主梁、混凝土主梁，组合梁主梁在纵桥向刚度、横桥向刚度都偏弱。导致主梁标高、索力发生偏差的因素，按影响程度排列如下：①施工流程变动较大；②不平衡施工荷载；③斜拉索本身的匀质性、索力的精确性；④构件自重波动；⑤双塔及双幅不同步。为此，采取如下技术、管理措施：一，详细的流程、荷载要求监控、设计、施工、监理等进行深入、多次交流，在主梁开始安装前就确定了详细的工况流程、荷载，施工中不仅不得变动，而且要想方设法达到相关要求。二，构件自重控制、称重对构件自重进行检定，尤其注意预制混凝土桥面板的实际容重。进货时，控制钢板厚度偏差在设计容许偏差范围内。三，控制施工荷载，尤其是控制桥面施工荷载的随意性四，进行斜拉索参数测定试验五，按照要求进行塔梁临时固结六，平衡中跨悬拼吊机自重的边跨平衡配重方案1.安装钢梁后，应将风嘴放在相应位置；2.边跨先于中跨安装一节钢梁（自重约1150kN，大于悬拼吊机的效应）。2小结***大桥组合主梁安装工艺在总结有关案例、经验的基础上，进行技术经济综合分析，追求技术创新，取得了一定的技术、经济成果，主要如下：1)无索区主梁支架采用竖向支架，且利用悬拼吊机穿越索塔安装预制桥面板，取消无索区现浇大面积桥面板。相对于斜支架，提高了支架的经济性、安全性。采用预制桥面板，保证了质量、缩短了工期、降低了成本。2)自主创新设计的悬拼吊机性能优越，通过实践总结的操作流程及安全规程可作为（全焊结构）组合主梁安装的一套安全、经济、适用的工艺。3)虽然中跨主梁采用散件拼装工艺，但中跨合龙采用整段安装工艺，提高了安全性、缩短了工期。12/12 1)边跨主梁采用“落地支架+桥式起重机散件拼装”工艺，根据荷载大小不同，分别采用3肢立柱、4肢立柱，且与桥式起重机轨道纵梁支承合二为一，支架设计中注意应力、变形、稳定性的协调，该工艺安全可靠。2)对边跨支架与钢梁之间的相对位移进行了分析、监测，消除其可能引起的质量、安全隐患，提高了支架的经济性、安全性，同时避免了纵梁环焊缝的次应力。3)边跨压重采用可调压重集度工艺设计，可辅助提高主梁标高、索力精度。4)在边跨合龙前，将边跨合龙段与过渡墩之间的主梁应实现的状态由“全部（安装完成”调整为“部分完成”，提高了支架的经济性、安全性。5)边跨采用自然合龙工艺，相对于“主梁（全部重量约48573kN）在支架上纵桥向推移对接合龙”的工艺，提高了经济性、安全性。6)边跨合龙、中跨合龙均采用自然合龙工艺，避免了合龙对主梁产生二次应力。7)主梁抵抗台风的立柱虽然没有经受实际检验，但其操作性可行、方便。8)对桥面板与钢梁之间的接触面用耐久性密封胶进行封闭，进一步增强桥梁的耐久性。9)采用自行发电运输车在桥面上运输主梁构件，且选用方钢代替钢轨作为轨道，既安全又方便实用、经济。10)为平衡中跨悬拼吊机自重，巧妙地采用“边跨先于中跨安装一节钢梁”这一方式，既安全又方便实用、经济。11)为精确实现主梁标高、索力，采取了多项技术、管理措施。12/12'