温州七都大桥北汊桥钢梁滑移施工工艺

2020-03-18周星辰

建筑施工 2020年11期

周星辰

上海市基础工程集团有限公司第一工程公司上海 200082

为解决当代社会城市及乡镇地区存在的各种交通问题，桥梁工程在近些年的市政基建中占据了相当大的比重。钢梁由于其质量轻、强度高、适用性广等优点，在当今桥梁设计，尤其是大跨度桥梁中越来越常见。在钢梁桥位安装施工中，在具备施工条件的情况下，将钢梁节段一次性直接吊装至设计桥位是首选方法[1-4]，但在很多情况下，受到地形、施工设备等因素的限制无法做到这一点。在这类情况下，一般采用的方法是先将钢梁吊装至设计桥位附近的临时台架上，再用其他设备将钢梁二次移动至设计桥位。

当前施工行业中，顶推法是常见的二次移动施工方法[5-9]，利用三向千斤顶，将拼好的节段逐渐向前推进直至设计桥位，这种方法通常有以下几个特点：需辅助钢导梁；需配备多组三向千斤顶或步履式千斤顶，各组千斤顶之间需保证高度同步；需设置多个顶推墩，必要时需架设临时墩；单轮顶推的行程量受制于整段梁的整体稳定平衡；需频繁倒行程，中途需不断纠偏；当施工设备性能及场地有限时，会增加桥位焊接的工作量，可能对工程质量及工期产生负面影响。

本文针对温州市七都大桥北汊桥工程主线变宽段钢梁的桥位安装施工，采用一种牵引滑移的施工工艺，以克服施工中存在的场地条件限制、施工设备性能限制及工期紧张等方面的困难，确保钢梁能够安全、优质、迅速地完成桥位安装。

1 工程概况

温州市七都大桥北汊桥项目起点K0＋000接已经通车运营的七都大桥（南汊桥）终点，起点侧设七都互通（南汊桥和本项目各实施两匝道），并与纬一路相连。跨越瓯江后，终点位于永嘉县新建村南侧空地，设置新建枢纽并接局部改线后的104国道，主线预留跳水平台，远期与乌牛段延伸工程相连，桩号K1＋866，项目全长1 866 m。跨越瓯江北航道的特大桥主桥为160 m＋360 m＋160 m单索面双独柱桥塔叠合梁斜拉桥，引桥长度1 186 m，互通枢纽2处，局部改建104国道1.74 km。

工程主线K1＋431.000—K1＋716.000里程范围为4×56.25 m＋60 m跨径的钢混叠合梁形式引桥，连接主线30#～35#墩共计6座桥墩，较小里程的4跨56.25 m段均位于瓯江北汊上，大里程1跨60 m段横跨永嘉瓯江防洪堤，防洪堤位于60 m跨的跨中，堤顶宽约7.5 m，堤背为约30°的土质斜坡，其外侧为瓯江抛石护坡，内侧为农村耕地。

单幅结构形式为等高单箱室钢-混凝土组合结构连续箱梁，槽型钢梁整体上由顶板、腹板、底板、桁架式空腹横梁、支点横梁、腹板加劲肋、底板加劲肋组成，顶面设置平联系统，以增强钢梁在其顶推、桥面板铺设过程中的稳定性。槽型钢梁除第5跨即60 m跨为变宽段外，其余均为等宽段（图1、图2）。

图1 引桥钢梁（部分）三维

图2 单幅引桥钢梁结构断面（蓝色为桥面板、红色为钢梁）

钢梁底板成直线形，板厚24～56 mm，不等厚对接时保持底部平齐，接缝处变化斜率不陡于1∶8；底板宽度等宽段为7.15 m，变宽段为7.150～12.347 m。梁中心线高3.5 m，主梁横向坡度通过内外侧腹板高度不一致进行设置。等宽段桁架式空腹横梁标准间距4.5 m。腹板加劲肋间距1.5 m。变宽段根据受力需要，在箱梁中心处设置小纵梁，小纵梁每隔2 m支承在空腹式横隔板桁架上，桁架式空腹横梁间距布置为2 m。

4×56.25 m＋60 m段引桥钢梁划分为32个节段，最重节段为91.194 t，节段长度7.10～11.75 m不等。

2 钢梁牵引滑移施工工艺选择

主线30#—34#墩之间的4跨56.25 m钢梁位于瓯江中，可采用大节段加工厂提前组装＋浮吊一次性直接吊装至设计桥位的方法进行安装。主线34#—35#墩之间为防洪堤，外侧为抛石护坡及淤泥河床（低潮位河床部分裸露），该地形无法停靠吨位过大的浮吊，导致该跨无法整跨一次性直接吊装，必须经二次移动才可安装至设计桥位。若采用传统的顶推法，场地条件决定了除必需的用于梁段精调的三向千斤顶外，需额外投入顶推用步履式千斤顶，以及平板车、大吨位履带吊用于梁段转运，大大增加桥位焊接工作量及测量作业量，影响工期乃至质量；此外，顶推施工需单独设计加工一套钢导梁，对工期、成本、安全等方面均会产生负面作用。

考虑到防洪堤内侧为农村耕地，已具备或采用地基处理后具备一定水平的承载能力，因此该跨的钢梁安装采用搭设钢管支架的方法施工。34#—35#墩之间共包括8块设计节段，具体参数如表1所示。

表1 节段基本参数汇总

结合钢梁参数及设备性能，在采用搭设钢管支架的基础上，采用如下方案：NDE—NE3及NE4—NE7分别在加工厂提前拼接好作为整体大节段，运至现场后，先利用浮吊将NE4—NE7大节段从主线34#墩位置吊装至钢管支架上，后利用千斤顶将该节段牵引至35#墩。NDE—NE3采用浮吊直接吊装至设计桥位的工艺进行安装。采用该种施工工艺，钢管支架不仅作为拼装胎架使用，还将作为钢梁牵引施工时的滑移轨道。

3 节段滑移施工工艺

3.1 支架设计

本工程滑移用支架兼用作钢梁的桥位拼装胎架，因此支架的性能应满足以下2种工况：NE4—NE7钢梁滑移；NDE—NE3与NE4—NE7的对接拼装。

支架设计为钢桁架形式。根据钢梁的截面宽度，设置3条滑移轨道，并控制支架单跨跨径不超过12 m。支架钢管立在永久结构承台或临时承台上，并利用工字钢作为连接系将钢管连成整体以增加稳定性。

上部结构中，纵梁为承重结构，兼用作滑移轨道，横梁及横向连杆用于增加支架整体的横向稳定性。承重纵梁为钢桁架结构，桁架高2.25 m，桁架弦杆及腹杆采用国标H型钢，弦杆沿纵向每1.5 m设置一道横向加劲板，相邻腹杆-弦杆连接节点间的弦杆长度不大于2 m。支架结构具体如图3所示。

采用Midas Civil2019专业计算软件对支架的安全性能进行分析，支架所有杆件按照梁单元处理，所有节点均为刚性节点，钢管根部约束所有方向的位移。荷载工况分为以下2种情况：

图3 支架结构三维示意

1）NE4—NE7节段滑移。按照四点受力计算，受力点按照滑移期间的最不利工况布置，每个受力点作用1个竖向集中荷载和1个顺桥向的水平集中荷载，竖向荷载取节段质量的1/4，并视为支架的可变荷载，水平荷载取竖向荷载的0.1倍（滑动摩擦因数按0.1计）。

2）NDE—NE3与NE4—NE7节段对接。对接时，2个节段的近墩端已支承在永久墩上，仅跨中端支承于支架纵梁上，因此按四点受力计算，每个点作用1个竖向集中荷载，2排受力点上均取各自节段质量的1/4，并视为恒荷载。计算分析结果如表2所示。

表2 滑移及对接工况计算结果

支架钢管分节搭设，首节搭设完毕后及时安装横向、纵向及斜向的连接系，确保钢管的稳定性。上部桁架式纵梁在加工场内进行组装以及预拼，再分节吊装至支架钢管上，纵梁从35#墩向34#墩逐片安装，安装接缝与支架钢管错开1 m，保证钢管顶部纵梁的连续，接缝预留1 cm间隙，采用环口对接焊缝连接2片桁架的弦杆，并增加钢板进行搭接补强，确保接缝位置的强度。安装时严格控制线型，确保标高与水平的偏差均控制在2 cm以内。

3.2 节段滑移

节段滑移采用一对20 t级连续式千斤顶，千斤顶通过钢绞线将钢梁向前牵引，完成钢梁的滑移。

3.2.1 牵引系统

用于牵引钢梁的钢绞线，一端穿入千斤顶，千斤顶通过反力架固定于滑移支架纵梁上。反力架布置位置尽量靠近滑移支架前端，以减少锚固转换的操作（图4）。

图4 前端牵引系统示意

钢绞线另外一端，通过锚具锚固于焊接在钢梁上的反力牛腿上。当牵引开始时，千斤顶不断“回收”钢绞线，使得钢梁锚固点与千斤顶反力架之间的钢绞线不断缩短。由于千斤顶及其反力架已被固定不能移动，因此钢梁在钢绞线的“拖拽”下不断向前端的千斤顶靠近，从而达到牵引钢梁的目的。

锚固牛腿采用厚20 mm钢板加工。牛腿在钢梁底板前端对齐滑轨的位置设置，牛腿与钢梁采用双面直角焊缝满焊连接，焊缝尺寸不小于10 mm（图5）。

图5 后端钢梁锚固系统示意

3.2.2 滑靴

钢梁借助钢滑靴在滑轨上移动，滑靴起到将钢梁质量传递给支架以及同钢梁一起向前滑移的作用，共设置前后2排，每排设置2个。滑靴采用工字钢＋钢板加工而成，为增加滑靴的整体横向稳定性，将每排的2个滑靴做成整体，组成“滑移横梁”的形式（图6）。

图6 滑移横梁结构示意

滑靴顶部的钢梁垫板采用厚30 mm、平面尺寸为600 mm×400 mm的矩形橡胶板，利用橡胶板良好的压缩能力调节钢梁与滑靴的接触，使得四点支承力尽量均匀，橡胶垫板下方铺设长12 m的三拼22a#工字钢并连通同一排的2个滑靴支点，滑移板采用3块厚20 mm、尺寸为400 mm×1 000 mm的矩形钢板叠合而成，并在底面垫一块300 mm×1 000 mm的聚四氟乙烯板，确保不会因为滑靴与滑轨间的摩擦阻力过大而影响滑移的流畅度。滑移板两侧焊接限位板，防止因滑道线形偏差、牵引力方向偏差而导致滑靴坠落。

3.2.3 滑移施工

设备安装完毕后，检查设备是否正常，并进行空载试运行，确认油压、位移等指标正常后，利用卷扬机预紧钢绞线，准备钢梁的牵引滑移。待钢绞线绷紧后，反力牛腿位置将钢绞线前端锚固牢固，之后千斤顶进行分级加载，开始进行钢梁牵引。

牵引过程中，密切注意千斤顶、反力架及滑移支架的情况，一旦出现异常立即停止施工，查明原因并排除异常后，方可继续牵引滑移。此外全程注意钢梁的偏位情况，确保钢梁沿滑移轨道方向前进，出现较大偏位时应停止滑移作业并及时纠偏。通过千斤顶行程的不断倒换，完成钢梁的连续前移。

钢梁滑移至设计桥位附近后，解除牵引滑移系统，采用4台三向千斤顶进行梁段的平面位置精调，精调测量复核完毕后，做好临时限位，准备与后续梁段的对接作业。

3.3 节段对接及落梁

当NE4—NE7滑移到位后，进行NDE—NE3节段的桥位吊装及与NE4—NE7的对接。吊装前，先将NE4与NE7的前端支承转换至永久墩35#墩墩顶，并在34#墩墩顶以及节段环口接缝附近的支架纵梁顶面放置好用于梁段平面位置精调的三向千斤顶和临时钢支墩。用于精调NDE—NE3节段以及临时支承NDE—NE3节段的钢支墩各配备4副，一半放置在34#墩墩顶，一半放在节段环口接缝附近的支架纵梁顶面上。设备材料安置完毕后，千斤顶完成调试工作并确保可以正常运行，做好拼装胎架，即滑移支架接收NDE—NE3节段的准备。

对接时，先利用浮吊将NDE—NE3节段吊装至设计桥位附近，让钢梁落于临时钢支墩上，之后，由三向千斤顶对钢梁的平面位置及标高进行精调。由于NDE—NE3节段质量会使支架产生二次变形，因此需同时复测NE4—NE7节段的平面位置及标高，检查拼装线形是否符合设计及施工监控要求。若NE4—NE7节段位置偏离较大，则采用三向千斤顶进行二次精调，使2片大节段符合设计及施工监控要求的拼装线形。待梁段调节完成，再进行2个节段的焊接工作。

节段完成焊接、焊缝冷却且通过探伤检测后，将已经连成整体的NDE—NE7大节段的支承全部转换至永久墩上，临时支架不再受力。完成支承转换后，采用竖向千斤顶进行落梁作业。落梁采用2对300 t级千斤顶，千斤顶布置在集中荷载承受能力最强的支座中心线横断面位置，以确保落梁过程中钢梁底板不会因较大的集中力而产生屈服变形。