105m 大跨度钢-混凝土组合梁叠合施工技术胡 勇(中铁大桥局集团第四工程有限公司,江苏南京210031)摘 要:上海长江大桥105m 大跨度组合梁为简支变连续钢-混凝土组合梁,针对其跨度大、重量大的特点,阐述钢箱梁与混凝土预制桥面板整孔叠合施工技术。

关键词:上海长江大桥;钢-混凝土组合梁;叠合;施工技术中图分类号:U 448.216;U 445文献标志码:A文章编号:1671-7767(2009)S1-0054-05收稿日期:2009-10-12作者简介:胡 勇(1974-),男,高级工程师,1997年毕业于武汉城市建设学院交通土建专业,工学学士(E m ail:amalsh v_h yll@)。

1 工程概况1.1 105m 大跨度组合梁桥式布置上海崇明越江通道工程位于上海市东部,由上海长江隧道工程和上海长江大桥工程组成。

上海长江隧道工程起点与A30立交相接,以隧道形式穿越南港至长兴岛与北港桥梁工程路线起点相接;上海长江大桥工程在长兴岛上设潘园互通立交与潘园公路相接,跨规划环岛北路,以桥梁形式跨越长江口北港水域,至崇明岛陈家镇终点。

上海崇明越江通道工程总长25.5km ,其中,隧道长8.95km ,大桥全长16.55km 。

105m 大跨度钢-混凝土组合梁标段 B4标段位于北港主通航孔桥两侧(见图1),跨径组合为85m +5 105m +90m(一侧接70m 梁,另一侧接主航道),处于北港水面中心区域。

图1 B4标段位置示意该标段工作内容为2联双幅14跨共计28孔钢-混凝土组合梁的叠合、运输、架设、桥面湿接缝及桥面附属设施施工。

本文仅就组合梁的整孔叠合施工技术进行阐述。

1.2 组合梁结构按设计要求,组合梁横断面呈双幅单箱单室构造,顶板宽16.95m,底板宽7.06m,截面高度设计为等高,均为5m,单孔梁最大起重量约2300t 。

单幅箱梁典型横断面如图2所示。

图2 组合梁典型横断面组合梁中的腹板和底板设计为槽形钢梁,高4.5m,顶板外口宽10.5m,底板宽7.06m 。

其主要构件包括桥面支承板、钢腹板、钢底板、空腹式横梁、实腹式横梁、腹板加劲板、底板加劲板等。

永久支点和临时支点断面处另设加劲板,以满足施工和永久结构的需要。

钢材主材设计为Q345qD/Q370qD,单孔钢箱梁总重约660t 。

组合梁中的桥面板设计为钢筋混凝土板,宽16.95m,支点处厚500mm,跨中处厚300mm,在桥横向设计有扁锚体系预应力。

钢筋混凝土板采用C60高性能混凝土,分块预制,存放数月。

当混凝土弹性模量达到设计要求后,与槽型钢箱梁进行叠合。

2 总体施工部署考虑工程经济效益,该标段的大跨度组合梁预制叠合场选在原东海大桥沈家湾梁场。

梁场内生产、生活设施齐全,略经改造即可满足大跨度组合梁的生产需要。

场内配套设施情况见表1。

根据结构尺寸及配筋的不同,本标段共计桥面板80种,1740块。

桥面板横断面与平面布置示意见图3。

预制时,桥面板沿横向分为3块,即1块中板,2表1 叠合场内配套设施序号区域名称 区域内配套设施1钢结构板单元存放及调教区20t 门吊1台2钢梁10m 节段存放及组拼区25t 门吊3台;节段存放台座150个,满足15孔梁预制;120t 全液压轮式移梁车2台;105m 整孔节段组拼胎架3个;节段喷砂、油漆车间1座3桥面板预制及存放区40t 门吊4台,用于中板生产;16t 门吊2台,用于边板生产;52个边板预制台座,26个中板预制台座;86个中板存板台座,172个边板存板台座;大临设施钢结构加工车间1座;混凝土工厂1座4叠合区105m 整孔叠合胎架3个,含边板安装支架;40t 门吊4台,可以同时满足中板生产;横移台车3套,12辆;顶落梁支点3套,12座,用于线形调整5存梁区存梁台座6套6滑移区横移滑道6条;纵移滑道1条;横移组合梁专用台车2套;纵移组合梁专用台车1套;出海码头1座图3 桥面板平面与横断面布置示意块边板;沿纵向分为22列,以LX9单孔105m 梁为例,纵向分段尺寸为(4.15+2 5.1+ 3.9+13 5.1+3.9+5.1+2 2.9+3.55+1.8)m ,其中1.8m 段为墩顶混凝土现浇段。

板间预留纵横湿接缝,纵向湿接缝宽1125mm,横向湿接缝宽600~970mm 。

当预制板安装符合设计要求后,浇筑湿接缝混凝土,完成桥面板与钢箱梁的叠合,形成105m 单跨整孔组合梁。

大跨度组合梁叠合施工流程如图4所示。

3 分项工序施工技术3.1 槽型钢梁预制和滑移图4 大跨度组合梁叠合施工流程3.1.1 钢梁预制预制流程为:钢结构板单元下料加工!10m 节段预制!节段总拼!整孔钢梁滑移。

板单元在宁波工厂下料,船运到梁场组拼10m 单节段。

每个10m 节段共分7个板单元,采用∀正装法#,即按照底板(3块)!腹板(2块)!横隔板!横撑(2块)的顺序,实现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接[1]。

预制和总拼胎架布置示意见图5。

图5 钢梁预制和总拼胎架布置示意单段梁预制完成后,由台车倒运至总拼胎架,依照节段定位!环缝焊接!线形调校!嵌补段焊接!剪力钉焊接的顺序进行总拼。

总拼过程中,通过线形监控、严格焊接纪律、规定焊接顺序、焊后保温、择优录取人员等措施确保钢梁的生产质量。

图6为钢梁预制现场。

3.1.2 钢梁支承状态按原设计要求,槽形钢梁横移时需要四点支承。

但考虑在四点支承状态下实现同步滑移操作困难,因此钢梁滑移采用两点支承。

图7为应用M IDAS 软件计算钢梁在自重状态下两点支承时的变形,两支点距离66.5m 。

结果表明跨中出现最大挠度34图6钢梁预制现场图7 钢梁在自重状态下两点支承时的变形mm,钢梁应力小于50M Pa,结构处于安全状态。

经实际测量,当钢梁处于两点支承状态时,跨中挠度在30~40mm 变化,实测值与计算值基本吻合。

3.1.3 钢梁滑移借鉴原东海大桥的移梁技术,钢梁滑移采用MGB 板与不锈钢板作为相对滑动面,其静摩擦系数为0.08,动摩擦系数为0.04~0.06。

钢梁滑移全部采用原梁场内现有设备,即横移台车及其配套动力设备100t 带止推钩的水平顶推千斤顶(UG21G 250-1500)。

根据本标段总体进度要求,横移台车数量达到16辆,其中12辆用于保证叠合作业需要,另4辆保证整孔组合梁场内移运,以满足∀天一#号架梁需求。

3.2 线形调整3.2.1 调整步骤考虑预拱度的设置,本工程叠合施工采用了四点支承的形式,如图8所示。

图8中1号和4号为边支点,2号和3号为中支点。

按设计要求,钢梁进位后叠合前,中支点与边支点相对高差应为13.5cm,即原钢梁大拼时线形高差6.5cm+设计预拱度7.0cm 。

考虑操作简便易行,顶升过程分2步完成:第1步:钢梁进位后,使中支点与图8 组合梁叠合过程中支承工况边支点形成9.5cm 高差,即将中支点预先顶起3cm,同时确保边支点不脱空;第2步:当中板全部安装完成后,再将中支点顶起4cm,达到设计要求。

线形调整完成后,将支点处锁定,然后进行边板安装等后续工序。

3.2.2 调整设施由于钢梁从总拼到叠合,其线形必须经过调整。

为达到调整步骤平稳有序,本标段施工中采取了如下措施:(1)横移台车采用MGB 板与不锈钢板作为滑动面,满足各工序移梁要求。

(2)台车下设计有移运滑道,基础承载力安全系数满足要求,确保施工过程支点无沉降。

(3)台车内设置1000t 千斤顶作为高程调整设备,具备3个必要条件:行程不小于30cm;具备自锁装置,长期受力时设备无损伤;顶外必须设计有刚性外箍,作为自锁装置的保险装置,一旦顶本身损伤,刚性外箍可传递竖向反力至地面,确保叠合施工无误。

(4)为使线形调整平稳有序,设计倒顶台座配合台车作线形调整。

调整时,每轮次相邻支点高度调整不大于2cm 。

倒顶台座另一作用是作为横移台车系列设备损坏时的临时支点,使得横移台车可抽出维修或更换。

倒顶台座布置及断面示意见图9。

3.3 桥面板安装3.3.1 中板安装图9 预制场105m 梁横移台车倒车顶辅助台座布置及结构断面示意(1)提前复核桥面板预留钢筋、预应力束锚头与剪力钉的相对位置。

湿接缝处预埋件相对位置示意如图10所示。

顺桥向,设计剪力钉标准间距240mm,扣除钉头直径36mm ,剪力钉净距204m m 。

桥面板预留钢筋标准间距125mm,加钢筋直径(18+18)mm,钢筋外边距161mm(未计算螺纹)。

故剪力钉与钢筋之间仅有40mm 的富余量。

如发生钢筋与剪力钉相碰的现象,将会造成大面积返工,对质量和进度均不利。

因此提前复核优化剪力钉位置。

图10 湿接缝处预埋件相对位置示意(2)安装橡胶条。

橡胶条宽40mm ,厚10m m,直接粘贴在钢梁顶板边缘,作为中板安装时的缓冲设施,并可防止湿接缝混凝土浇筑时漏浆。

(3)安装顺序:自中滑道支点分别向两边对称架设中板,直至中板架设结束。

3.3.2 边板安装边板安装原则为:按照桥梁结构线形依次将边板就位且与中板对齐,待边板全部定位,焊接或绑扎各相邻板之间纵横向钢筋,使桥面板全部固定。

但由于存在跨度大、平竖曲线重叠、上下行梁面横坡反向、高位叠合状态等不利因素,使得边板安装显得较为复杂。

针对上述特点,在专项设计的边板安装支架方案中考虑了相应措施,边板安装支架结构示意如图11所示。

边板支架由支架桁架及其基础和边板托架(包括立柱、纵梁、垫块、横肋)2大部分组成。

(1)支架桁架主体借用原东海大桥的外模支架并在此基础上进行改造,设计为滚轮式整体支架,既可满足105m 跨度要求,同时移动方便。

支架顶面标高比边板安装最低标高低8~10cm 。

在支架拖拉到位后,通过多点顶起而后转换为马蹬支承受力,并将左右支架通过拉杆相连,确保支架在高位叠合状态下的整体稳定。

(2)边板托架的立柱与支架桁架主体采用栓接形式连接,以适应上下行梁横坡反向的要求,即当横坡反向时,将此立柱拆下与另一侧立柱对调。

图11 边板安装支架结构示意(3)边板托架的纵梁采用∃40工钢,每隔9~10m 采用栓接形式连接,方便其与边板托架的立柱分段整体调换。

(4)边板托架的垫块高度应同时考虑竖向预拱度和平曲线的影响。

之所以需要考虑平曲线影响,是因为左右边板支架基础横向中心距离均为定尺。

因此当梁存在平曲线时,梁体边板底标高相对于托架的纵梁顶标高(定值)是变化的。

为尽量减小这种变化对安装效率的影响,设计托架的垫块只用于适应竖向预拱度的变化(因此垫块高度可设计为定尺),而由平曲线引起的标高差值通过边板托架的横肋∃20进行左右滑动并辅以薄钢垫块予以适应,这样可极大地提高安装效率。

3.4 钢筋、模板、混凝土施工(1)在桥面板预制过程中进行钢筋定位,钢筋均采用直螺纹套筒工艺连接。

本标段预制板侧模制造及其开孔规定采用机加工工艺,不得人工开孔,由此确保钢筋定位误差均在2mm 以内。