宁杭客专跨杭州绕城高速公路1-140m提篮拱桥跨拱肋安装施工技术

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摘要:文章结合南京至杭州客运专线京杭运河特大桥跨杭州绕城高速公路和天然气管道提篮拱跨拱肋安装施工实践,分析了安装施工中的施工难点,并提出了解决对策,阐述了其安装施工中支架的搭设,拱肋的吊装、焊接、测量控制等关键施工技术。

关键词:客运专线;提篮拱;拱肋安装;施工技术

中图分类号:TU209文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0081-03

一、工程概况

南京至杭州客运专线京杭运河特大桥全桥长29188.57m,共计863孔,在560#、561#墩之间斜交135°。上跨杭州绕城高速公路和天然气管道,设计为1～140m下承式钢管混凝土提篮系杆拱桥。提篮拱梁长144m,计算跨长为140m。拱肋截面采用哑铃形钢管混凝土截面,截面高4m,钢管直径1.30m。系梁按整体箱形布置,采用单箱三室预应力混凝土箱形截面,按尼尔逊体系布置吊杆,桥面箱宽为17.8m,梁高为3.0m。提篮拱桥施工布置如图1所示:

二、施工方案选择

本桥斜交135°跨越杭州绕城高速公路和天然气管道,该路为主要干道,车流密度大,高速公路管理部门有限高高度、限速长度要求。公路一侧是养殖池塘,一侧为制梁场。拱肋安装方案无法采用在桥位两侧搭设栈桥,预安装拖拉就位的方案。现场采用先梁后拱的施工方法,先采用贝雷架支墩和临时支墩及贝雷支架梁施工混凝土系梁,系梁混凝土强度达到95%后张拉第1批预应力筋。系梁第1批预应力筋张拉完后,在系梁桥面上采用两台120t汽车吊机作为分节段钢管拱肋的吊装设备,安装拼拱支架及吊装拱肋。吊装拱肋时遵循左右对称、前后对称的原则,最大不平衡安装不超过1个吊装节段。

钢管拱肋结构总重约为581t,22节拱肋节段,1#、11#:13.6m/27t;2#、10#:18.1m/36t;3#、9#:16.3m/33t;4#、8#:11.7m/23t;5#、7#:7.8m/15t;6#:6.1m/12t,两拱肋间共设7处钢结构横撑,其中拱顶处设“一”字撑并用斜杆相连接,其余均为“K”字型撑,拱肋最长节段为18.1m,吊重约36t。最大“K”字型横撑重约为9.3t,拱顶“一”字横撑重量为11.4t。拱肋分节段如图2所示:

三、拱肋安装施工难点、主要施工控制措施和施工工艺

(一)施工难点分析

本提篮拱桥跨处于纵坡6.5‰的下坡平面直线段内,拱肋结构跨度为140m,拱高28m,两拱肋截面内倾8°,自身稳定性差,所以施工难点为:第一各节段拱肋和构配件的加工精度;第二拱肋安装时拱肋的吊装稳定及安装调整;第三在拱肋形成之前,结构呈多“铰”状态,各节段控制点空间三维坐标难以控制。

(二)主要施工控制措施

拱肋共分11段吊装,在吊装过程中主要采取了下列措施来增强拱肋吊装过程中的稳定性及加快拱肋安装调整。

1.搭设拼拱支架平台,利用拼拱支架平台,在钢管柱侧面用角钢焊接牛腿,设置拱肋侧向支撑,防止倾覆。

2.由于结构的倾斜,在未加风撑之前结构受力很不利,在拱肋安装就位后即开始进行对称临时焊接。拼接时将焊缝错开75cm以上,并尽可能使纵焊缝处于缀板范围内,钢管拱肋上、下弦杆管对接接长的环横焊缝不得处在同一截面上,彼此错开150mm以上。在对称吊装完第2节段时,及时把第1段风撑 (一号K撑)吊装上去,临时连接两侧拱肋,增强临时结构稳定性。

3.钢管拱在加工时,在每个吊装段上下管口接头处刻上箭头标记,汽车吊机将钢管拱吊装段吊起与已拼好拱肋进行对位时,两管口箭头必须对准。在对接管口的的上方焊上两块卡板,在对接过程中起定位作用。在对接管口位置挂上导链葫芦和放一千斤顶(用作调整里程平面位置用),并用30t手动千斤顶进行高程调整,调整到位后用枕木和圆弧托盘“抄死”,立即进行临时焊接,临时焊接采用220mm×150mm×12mm的Q235钢加劲板与上一节拱肋进行焊接牢固,每个拱肋的接头焊接14块加劲板,上下弦管接头各均匀布置7块加劲板,加劲板与拱肋双面满焊,焊缝高不得小于8mm。

在拱肋节段坐标控制方面,主要采取下列措施:(1)吊装前对吊装节段的长度、轴线位置严格复查;(2)在每节拱肋共设置3个测量控制点,端头和端尾以及每节拱管中点各设置1个,所有控制点设在拱肋中线位置,考虑到每节拱管焊接时端头和端尾的控制点容易被毁坏,故每个控制点都设置在离端头大概10cm距离的位置,为以后拱管变形监测做准备;(3)在桥位四周合适处选择布置4个三维坐标观测桩站,对每节拱管上的所有测量控制点进行实时监测,每吊装一节段拱肋对全部控制点都要进行观测。每次观测结果都与理论计算值比较,并量取每两节拱肋的相对距离尺寸是否合格,拱肋轴线和高程误差都按1cm进行控制;(4)每一节段的轴线需要以拱脚处为基准进行检查,直到接头处三维坐标符合设计要求为止;(5)在监测过程中,先调整角度,再调整高程,最后调整里程。

(三)主要施工工艺

1.拼拱支架。在浇筑系梁混凝土时一并浇筑拼拱支架安装支座,支座预埋厚14mm的连接钢板,钢板下焊接弯钩钢筋与系梁钢筋相连。拼拱支架采用钢管立柱门式组合承重支架,钢管直径Φ1000mm厚10mm,质材为Q235,钢管间用φ16a槽钢制做成桁架进行连接,15m以下的钢管立柱纵、横方向各连2道桁架,15m以上的钢管立柱纵、横方向各连3道桁架,用Φ16钢丝绳拉设缆风绳。钢管立柱吊装到位后与预埋钢板焊接,每两根钢管立柱吊装到位立即安装连接桁架。钢管支架应左右对称安装。

2.拱肋吊装前的准备工作。(1)拱肋节段和构件检查:拱肋出厂前应在样台上严格检查外形尺寸及焊接质量是否符合设计要求并预拼,起吊及运输过程中做好防护、固定牢靠,保护好涂装,防止撞坏及变形,运到工地后检查接头(端头)及弧度是否有明显变形,并检查线形及焊缝质量,对达不到设计要求的拱肋应修整调校;(2)桥墩拱脚尺寸检查:严格检查拱脚中心平面位置及标高,拱脚预埋钢板的尺寸及位置;(3)建立空间三维坐标控制网:以桥位纵横中心线为基线,建立平面位置和高程坐标系,设4个测量控制观测站。

3.钢管拱肋吊装。(1)吊装顺序:每段拱肋、横撑上焊好吊耳,安装后割掉并打磨平整。拱肋及横撑安装按以下顺序进行:第1、11分段钢拱肋单元吊装第2、10分段钢拱肋单元吊装1号K撑吊装第3、9分段钢拱肋单元吊装2号K撑吊装第4、8分段钢拱肋单元吊装3号K撑吊装第5、7分段钢拱肋单元吊装第6分段钢拱肋单元(合拢段)吊装拱顶横撑吊装。每个吊装单元包含两节拱肋;(2)吊装作业:所有准备工作完成并进行安全、质量、技术交底后,方可进行拱肋节段和横撑起吊作业,起吊作业全部由设在系梁上的2台120t吊车完成;(3)钢管拱合拢:第6分段钢拱肋单元为合拢段,在加工时预留10 cm的富余量,在吊装合拢节段时,先在前一天的相同温度条件下,测量出合拢口的精确长度,然后对合拢节段进行精确切割,并按图纸要求将切割端打磨出坡口,以上工作完成后,在第2天相同温度条件下进行合拢节段的安装。

(四)钢管拱肋永久焊接

钢管拱合拢后,开始进行永久性焊接,接头施焊应由拱脚向拱顶对称进行,避免拱肋移位或变形。拱肋和横撑现场所有焊接均采用手工焊,全熔透。焊接时先焊对接环缝,每节拱肋的对接环焊缝至少焊3道,焊接完成后割掉临时连接的加肋板,再将加肋板处的焊缝补齐,焊接完成后将焊缝打磨平整,并进行无损探伤合格后,再安装瓦管并进行焊接。

(五)钢杆拱吊装过程的控制测量

钢管拱的监控测量采用4台莱卡802全站仪及其配套设备进行测量,其测角误差标称精度为2″,测距中误差±2mm+2ppm×1500m。平面控制测量采用全站仪极坐标法直接测量坐标,高程测量采用全站仪三角高程测量的方法进行测量。

采用全站仪三角高程测量前,必须先对仪器进行校正和鉴定,使其满足限差要求。在采用全站仪进行三角测量时,要精确测定全站仪仪高、棱镜高以及校正全站仪的竖盘指标差,以保证三角高程测量的精度要求。

为了减小竖盘指标差对三角高程测量的影响,每次在进行高程测量之前,必须对全站仪的竖盘指标差进行检验校正,使其满足限差要求。并且在实际测量过程中竖直角一般不超过30°。在施测过程中在对拱肋测点进行坐标测量时,应采取正倒镜多测回测取平均值的方法来提高精度。

四、施工效果及评价

本工程采用在桥面上吊车吊装拱肋的施工方案,解决了拱肋吊装作业对高速公路的行车干扰问题及避开既有天然气管线对工程施工的影响,加快了施工进度,为整桥铺架打开了通道。另外,采用吊车上桥面作业的方案,减少了临时施工栈桥及大型跨桥龙门吊等临时工程及机械设备的投入,节约了工程成本,但吊车上桥时系杆梁的预应力没有全部施加完毕,所以此方案实施需要保证吊车桥面吊装拱肋作业时,系梁的贝雷架支墩和临时支墩及贝雷架支架梁不得拆除,满足桥面吊装拱肋作业时整体受力及横向受力的要求。

五、结语

钢管混凝土提篮拱桥拱肋安装由于拱轴线的空间坐标变化,施工技术含量高,施工难度较大。本工程通过精心的组织,采取有效的施工技术措施,确保了上述难点的攻克和解决,为同类型桥梁施工积累了宝贵的施工经验。

参考文献

[1]铁建设[2005]160号,客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准.

[2]钢结构设计规范(GB50017-2003)[S].

[3]蔡绍怀.现代钢管混凝土结构[M].北京:人民交通出版社,2007.

[4]陈宝春.钢管混凝土拱桥[M].北京:人民交通出版社,2007.

作者简介:付秋华 (1963-),男,中铁二十四局集团新余工程有限公司副总工程师,研究方向:施工技术。