浮拖法架设60m钢箱梁施工技术

    摘要：主要介绍响水通榆河大桥主跨60m钢箱梁在保证河道正常通航情况下，运用浮拖法解决钢箱梁架设的技术难题，详细阐述了钢箱梁架设的施工方法及技术控制方案,分析了影响钢箱梁梁体线形的因素并提出改进措施。
    关键词：跨河桥梁  钢箱梁  浮拖法架设
    1.工程概况
    由我公司担负施工的江苏省盐城市通榆河大桥是S-306省道上的一座重要桥梁，其主跨为60m预应力钢箱结合梁，是集团公司施工的第一座栓焊钢混预应力结合箱梁。
    通榆河大桥主桥为钢箱结合梁，全长60m，跨度为59.5m，梁高2.2m，桥宽13.0m，钢箱梁为双箱单室结构，箱宽3.31m，箱梁底板采用16Mnq钢，板厚为14、20、30mm不等，箱梁上部采用钢纤维混凝土作为行车道板，厚度为35cm，级别为CF50，属钢混结合梁。钢混结合面上布设剪力钉，箱梁底板还布置预应力钢绞线，结构较为复杂，其箱梁跨度在同类结构中尚属前列，施工难度较大，其截面见图-1。 
     
     
     
     
     
     
     
     
    2.施工方案概述
    60m开口钢箱梁分三段在盐城市造船厂利用整体胎架法加工制作，临时加设支撑后，用大型平板拖车运输运至施工工地，借助4#-5#墩之间的人字桅杆吊至单导梁上，由此拖拉至浮运支架上，浮船由卷扬机牵引至临时支墩，此时向船内注水，浮船退出工作，箱梁落至砂筒支座上，并依次完成C、B、A各节段的安装架设。采用液压千斤顶和导链调整AB、BC段节点板标高，使之达到厂内制作时的胎架状态后，采用高强螺栓栓合成开口的连续箱梁结构，而后浇注底板混凝土并施加预应力，最后采用悬吊模板浇注SFRC桥面板，形成闭合的组合箱梁。混凝土达到设计强度后，采用砂筒和螺旋千斤顶落梁，并采用静态爆破法拆除临时支墩，转变为最终的60m跨简支箱梁，完成体系转换。
    3.辅助设施施工
    3.1临时支墩
    钢箱梁安装前在水中搭设临时支墩。支墩采用双排φ120的钻孔灌柱桩基础和φ100钢筋混凝土立柱，支墩桩顶高程为2.0m，墩顶高程为10.451m，临时支墩梁底安装高程为11.512m（梁底支座高程为11.20m，予拱度0.302m，地基计算沉降量0.01m）。支墩上部构造为格构式托盘支架，其上设置2[28组合工字钢做分配梁，两工字钢间距为35cm。分配梁上部安置砂筒作为卸架装置，每个节点设置4个，砂筒外径为35cm，内径为33cm。临时支墩具体结构示意图见图-2。 
    



    3.2人字桅杆
    人字桅杆采用工地现有的无缝钢管,同时为后期吊装引桥20米T梁使用，设计吊重按34T考虑。人字桅杆用两根外径为22cm，壁厚为5mm无缝钢管组成，为增大抵抗矩，在钢管外顺桥方向上焊接两根[10，桅杆高13m，底宽为5.6m，杆顶与杆底的水平距离为30cm。人字桅杆构造图见图-3。
    经计算，风绳选用6×37－8.7－140钢丝绳（安全系数K1=3.5）； 
     
     
     
     
     
    起重绳选用6×37－15－170钢丝绳（安全系数K2=5）；
千斤绳选用2×（6×37－24－200）钢丝绳（安全系数K3=10）；卷扬机选用1011电动绞车；
起重轨道滑车选择：H20×5D
    3.3导梁
    导梁采用工地富余的槽钢焊制，以减少施工投入。设计按T梁吊重34T设计，荷载计算按四跨连续梁计算，梁体在导梁上移动时，各跨荷载不断发生变化，因此按最不利荷载进行计算，通过计算导梁选用两根[28b，导梁支架选用 [25a，导梁构造见图-4。 
     
     
     
     
    3.4浮运支架
    浮运支架由浮船和支架两部分组成。浮船在当地租用运输船，额定载重80t，有效长度19m，空载吃水深度0.45m，有效深度0.75m，下弦载重为0.83t/cm。浮运支架由4[25组成做主梁，平面尺寸4.2×2.4m，净高11.88m，外悬臂2.6m，自重2.2t，主梁间通过[8做纵横向联接。并由缆风与船首尾相连。浮运支架结构见图-5。

 
    4.钢梁架设
    钢梁吊装场设于河东第五跨北侧，吊装顺序为C、B、A段。钢梁以人字桅杆起吊至第五跨导梁上对钢梁作横向位移至钢梁的设计纵向中轴线上，再对钢梁做纵向位移。当钢梁前端抵达3#盖梁上方时，通过浮运支架悬臂梁使其进入浮运支架，并固定在支架上，使梁继续前进，
    当浮船到达2#临时支墩上，浮运支架的悬臂梁的另一端搁置在临时支墩横梁上，解除钢梁与浮运支架的固定装置，使梁进船不进，从而把梁的前端卸落在2#临时支墩上，完成C段梁的架设。B段钢梁则通过已就位的C段钢梁到达2#临时支墩上，再利用浮运支架使其就位，A段则通过B、C段钢梁，借助浮运支架到达设计位置，即梁上走梁法。箱梁安装示意图见图-6。 
     
     
     
    4.1梁体提升
    梁体的提升利用4#，5#盖梁左侧的人字桅杆来实现，吊点为钢箱梁的圆形人孔。因钢箱梁为开口结构，为防止梁端发生局部变形，需采取加固措施。即用[25焊接成322×160cm的矩形框架，并用M24螺栓将梁端与框架固定，形成刚性结构，梁端加固处理示意图见图-7。

    4.2梁体横移
    人字桅杆吊点距盖梁端2.1m，当梁体吊至所需高度后，需沿盖梁轴线方向横移。横移依靠两个开口向上[28制作而成的垫梁完成，开口[28涂以黄油以减小滑动摩擦力，以四氟滑板做滑块，通过卷扬机牵引四氟滑板将梁横移至导梁纵向中轴线上。
    4.3 C段梁体纵移
    卷扬机牵引梁体通过导梁，使得C段钢梁前端抵达3#盖梁上方后，浮运支架的两根悬臂梁伸入3#盖梁上方，此时，向船内注入25吨水，悬臂梁正好与导梁平齐，将钢梁前端移入浮运支架，当钢梁支点到达浮运支架中部时，将钢梁与支架固定，排出船舱内的水，船体上浮，浮运支架投入运行。启动牵引装置，使钢梁向2#临时支墩渐进，船只抵达2#临时支墩后，将船定位，钢梁通过浮运支架的前端悬臂梁移至2#临时支墩上，继续向船内注水，使浮船退出钢梁。完成C段钢梁的架设。
    4.4 A、B段梁体纵移
    A、B段钢梁纵移从就位后的钢梁上通过，在已就位的钢梁的剪力钉上各敷设[25a，作为钢梁前进的滑道，同样以四氟滑板作滑块（滑道结构示意图见图-8），故需对钢梁的强度及刚度校验。
    考虑到梁上走梁，内力计算取最不利位置；抗弯计算取P处于跨中时的情况；抗剪计算取P处于支座支点时的情况。经计算，钢梁的强度和刚度都能满足安全要求，故钢梁纵移通过“梁上走梁”依次完成纵移任务。
    4.5浮船控制
    通榆河为人工河，施工时正值上游封闸，水位稳定，给船只控制提供了有利条件。为严格控制船只的方位和路线，在浮运支架两侧敷设20m长且与桥轴线平行的[25作导梁，浮运支架与导梁间用“∏”型滑块定位，使浮船严格沿导梁前进，并在浮船首尾各设两根与横桥方向一致的缆风绳，防止因风力使船只偏离梁的移动轴线。
    5.体系转换
    钢梁吊装就位后，调整支座标高，使拼接板达到胎架状态，采用M24×90和M24×120高强螺栓栓合成开口的三跨连续箱体，形成一定的承载力，然后浇注底板混凝土并施加预应力，然后浇注钢纤维混凝土桥面板，形成闭合的结合箱梁。等混凝土达到设计强度和龄期后，进行梁体整体落位，并拆除临时支墩，转变为60米单跨简支箱梁，完成体系转换。
    落梁采用带保险箍的YCT150型液压千斤顶配合砂筒进行梁体落位。千斤顶帽顶敷设钢板及棉垫，以增大受力面积，并避免损坏底板表面涂装。每个临时支墩墩顶设置三个砂筒和两台液压千斤顶。砂箱和千斤顶的卸落统一指挥，定时定量，对称同步进行，以保证钢箱梁的平稳下落，使钢梁的各部构件不超过容许应力。随千斤顶的回缩和砂子的卸落随时进行测量，确保同侧梁底高差保持在2mm之内。梁体落位后，松动临时支墩托盘支架上的螺栓，使临时支墩脱离梁体，并采用静态爆破法拆除临时支墩。完成体系转换，形成最终结构—60米单跨简支钢箱-混凝土结合箱梁。
    6.线型控制
    为保证梁体线型，保持结构良好的受力状态，克服钢梁扭曲变形，本桥在箱梁架设过程中，主要从梁体拱度调整、拖拉就位误差调整及梁端临时加固等方面进行了控制，取得了良好的效果。
    6.1拖拉就位误差调整
    钢梁拖拉过程不可避免地存在纵横向误差，根据现场实测，钢梁各支点处出现了量值不等的横向偏移，采取以槽钢做滑道、四氟滑板做滑块的水平横向拖拉的办法；纵向偏差量较小，采取温度应力法调整。其中温度应力法基本原理如下。
    钢梁受温度变化影响，根据Lt=·t·L，在钢梁两端梁缝填塞调整钢板，利用钢梁自身的温度应力使钢梁精确就位。调整前其纵向计算偏移量为24mm，调整后其纵向偏移量为7mm。符合精度要求。
    6.2拱度调整
    根据设计，钢梁跨中、节段接口处、节段跨中处设计拱度值分别为340mm，302mm，189mm。根据实际计算，临时支墩沉降量为12mm，结构的弹性压缩量为6mm，拱度调整时按跨中30mm的预留量进行设置，相应的节段接口处，节段跨中的拱度调整分别为27mm，17mm，则调整后拱度值分别为370mm，329mm，206mm。以上拱度调整值均在临时支墩墩顶处进行调整。
    根据观测需要，在全桥设置14个观测点，分别设在60m梁的跨中、20m梁跨中和节段接口处，观测点分布见图-9： 
     
     
     
     
     
     
    拱度观测在观测点上用HA-1型精密水准仪测量，分别于钢梁安装、桥面现浇砼，桥面铺装，临时支墩拆除分四个阶段观测，观测结果见下表。
    拱度观测结果一览表
    
观测阶段    观       测       结       果（mm）
    a11    a12    a21    a22    a1b1    a2b2    b1    b2    b1c1    b2c2    c11    c12    c21    c22
安   装    0    1    2    2    2    3    4    4    3    2    2    2    1    1
现浇桥面板    1    2    3    2    3    3    5    5    4    3    3    2    2    1
桥面铺装    0    1    1    0    1    1    2    2    2    1    0    1    0    0
临时支
墩拆除    93    90    90    92    144    145    157    158    142    146    88    89    88    91
沉降、压缩和下挠总计    94    94    96    96    150    152    168    169    151    152    93    94    91    93
通过上表可以得出如下结论：
    ⑴安装阶段弹性压缩已经完成，地基沉降在桥面铺装后趋于稳定。
    ⑵支墩拆架后，钢梁下挠值呈抛物线 y=（0.2/900 x2+20）cm均匀分布.
    ⑶钢梁设计最终拱度为150mm，施工中由于采取整体现浇，弹性压缩及沉降量的预留，使最终拱度为200mm，确保钢桥桥的线型和良好的受力状态。
    7.结束语
    该桥60m钢箱梁的架设，实际工期只用了4天，施工中充分利用了现场富余的型钢，借助了吊装混凝土T梁使用的人字桅杆和单导梁，大大节省了材料和机械，采用浮船拖拉和砂筒落梁，保证了梁体的准确就位，梁体拱度及拖拉误差的调整与控制，确保了钢梁线型和良好的受力状态。因此，该桥采用的预应力技术与先进的钢箱-混凝土技术的结合，真正实现了桥梁结构对“轻型大跨、高强美观、快捷施工”的要求。

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