文章编号:1003-4722(2008)01-0062-04
大跨度钢-混凝土组合结构连续箱梁施工线形控制
谭国顺
(中铁大桥局股份有限公司,湖北武汉430050)
摘 要:上海长江隧桥工程B4标钢-混凝土组合结构连续箱梁是国内最大的组合梁结构,采
用梁场预制,浮吊安装的世界先进施工技术,组合梁设置了纵坡,并位于不同曲率半径的曲线上,线形控制非常复杂。介绍其钢梁节段拼装、整孔吊装段的总拼、钢-混凝土叠合、墩顶合龙等关键施工阶段的线形控制措施及效果。
关键词:大跨度桥;结合梁;桥梁施工;线形;控制中图分类号:U448.216;U445.467文献标识码:A
GeometricShapeControlofLongSpanSteelandConcreteCon2tinuousCompositeStructureBoxGirderatConstructionStage
TANGuo2shun
(ChinaZhongtieMajorBridgeEngineering,Inc.,Wuhan430050,China)
Abstract:ThesteelandconcretecontinuouscompositestructureboxgirderofContractB4,ShanghaiChangjiangRiverTunnelandBridgeProjectiscurrentlythelargestcompositegirderstructureinChinaandtheworldadvancedconstructiontechniques,suchasthoseofprefabrica2tionofthestructureatgirderyardanderectionofthestructurebyfloatingvesselatpiersite,havebeenapplied.Asitwasdesigned,thecompositeboxgirderwaspresetwithlongitudinalgra2dientandwastobearrangedonthecurvewithdifferentcurvatureradii,thegeometricshapecon2trolofthegirderintheconstructionwasthereforeverycomplicated.Thispaperpresentsthemeasuresandeffectofgeometricshapecontrolofthegirderatvariouscriticalconstructionstagesofassemblingofeachsteelgirderblock,assemblingofthegirderblocksintoafullspanforliftinganderection,compositingofthesteelandconcretestructuresandclosureofthegirderatpiertop.
Keywords:longspanbridge;compositegirder;bridgeconstruction;geometricshape;con2trol1 工程概况1.1 工程介绍
上海长江隧桥工程是目前世界上最大的桥隧结合工程。B4标段位于大桥主通航孔两侧,跨径组合为(接70m梁)85m+5×105m+90m(接主航道桥),采用了钢-混凝土组合结构连续箱梁的结构形式,两联双幅共28孔。桥面近期按双向6车道+紧
急停车带布置,远期按双向4车道+紧急停车带+轨道交通布置,桥宽2×17.15m,2幅桥间距由5.85m变化到10m。组合梁在平面处于曲线段,南侧联由曲率半径R=8000m曲线过渡到直线,北侧联由直线过渡到曲率半径R=7000m曲线,两侧纵坡均为2.5%。总拼时85,90,105m梁分别设置了131,153,190mm的二次抛物线预拱度。结构断面
收稿日期:2007-11-28
作者简介:谭国顺(1952-),男,高级工程师,1976年毕业于大桥局职工大学桥梁专业,1998年毕业于中央党校经济管理专业。
大跨度钢-混凝土组合结构连续箱梁施工线形控制 谭国顺63
(图1)由混凝土桥面板及整体成槽形的钢梁组成,
桥面铺装层的施工。2 组合梁预制2.1 桥面板预制
槽形钢梁由顶板、腹板、底板、空腹式横梁(钢管结构,间距5.1m)、实腹式横梁、腹板加劲肋、底板加劲肋组成,板厚18～56mm,材质Q345qD。桥面板(C60混凝土)由中板与边板组成,板厚为0.5m,中板长8.11m,边板长3.295m,中板、边板宽2.1～4.5m,纵向现浇缝宽1.125m,横向现浇缝宽0.6～0.97m。桥面板通过剪力键与钢梁结合[1]。
桥面板预制共1740块,其中中板580块,边板1160块,桥面板预制后存放6个月。桥面板底模、
侧模均采用刚度较大的钢模,确保了桥面板平整度。严格控制侧面钢筋的精度,横向误差小于2mm以确保叠合顺利,为保证混凝土密实度使用了坍落度为5～8cm的混凝土。2.2 钢箱梁板单元制造钢箱梁10m标准段横向主要划分为7块板单元,其中顶腹板单元2块,底板单元3块,空腹式横
图1 组合梁典型横断面梁2块。板单元采用数控切割机切割。2.3 钢箱梁10m节段制造与组装
1.2 施工特点、难点
(1)组合梁采用梁场预制,大型浮吊运输架设
的先进施工技术。
(2)组合箱梁结构尺寸大、技术含量高,最大箱梁长105m、高5m、桥面宽16.95m,为目前国内最大组合箱梁。箱梁预制成品后重量为2300t,吊梁扁担约700t,共计3000t,采用中铁大桥局自制的3000t运架一体化起重船“天一号”运输架设,最大
全桥共28个整孔吊装段,264个制造节段
(10.2～13.45m)。在组拼胎架中按先后顺序组装单元件成10m箱梁节段,按照整孔N+1的方案组拼,1孔梁节段拼装完成并检查合格后移走,留下最后一个节段和下孔梁第1节段再接拼,以保证每个节段端口接缝匹配。在梁段制造中,组装采用“正装法”,即按照底板→腹板→横隔板→横撑的顺序,实现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接。组装时,以胎架为外胎,以横隔板为内胎,重点控制桥梁的线形、梁段几何形状和尺寸、接口的精确匹配等。2.4 整孔吊装段的总拼
架设高度为54.325m。
(3)组合箱梁海上运输距离长达85海里,运输难度大,运输要通过长江入海口,在此区域内约有13海里的涌浪区使得“天一号”横摇摆角度较大,加
大了运输的风险。
(4)组合梁的线形控制复杂,其线形设计在平面内包括了直线段和曲率半径为7000～8000m的曲线段,立面设计了2.5%的纵坡。
(5)组合梁墩顶合龙精度要求高,简支变连续体系转换工艺复杂,技术难度大。1.3 工程主要施工流程
吊装段总拼胎架制造同10m节段梁组拼胎架类似,按照设计线形设置胎架牙板。将钢箱梁节段首段吊装于胎架上,通过测量精确定位后,后续梁段以首段中线为基准,逐段吊装调整就位,安装接头码板,进行端口匹配调整,按焊接工艺施焊。最后进行嵌补段嵌补,去除卡固装置,打磨清理,对接缝位置进行机械除锈补涂油漆及剪力钉焊接,总拼现场见图2。
2.5 槽形钢梁与桥面板叠合
钢箱梁架设主要施工流程为:钢梁板单元工厂制造→板单元在预制场拼装胎架上组拼成10m节段并涂装→将10m节段进行整孔总拼、剪力钉焊接→槽形钢梁与混凝土桥面板完成钢-混凝土第1次结合→涂装面漆→钢-混凝土组合梁移至箱梁出海码头→“天一号”浮吊吊运至桥位架设安装→7孔一联钢梁对接合龙→浇筑PM55、PM56墩底板双结合段混凝土→同步起顶PM55、PM56墩组合梁、浇筑顶板湿接缝混凝土并落梁→依次完成PM54、PM57墩,PM53、PM58墩顶施工→桥面防撞墙与
图2 整孔吊装段总拼
64桥梁建设 2008年第1期
叠合区共设置4条滑道,按梁中心线对称布置,
中间两滑道间距为25.5m,该滑道设临时支点在叠合结束后撤除,两外侧滑道间距为66.3m,叠合结束后组合梁沿两外侧滑道滑移至存梁台座。整孔钢梁总拼验收合格后,沿外侧两滑道顶推至叠合台座,并起顶形成4点支撑状态,按设计要求调整好线形,开始安装桥面板,中板直接搁在钢槽形梁上,边板搁在移动式支架上(图3)。待接缝钢筋焊接完毕,灌注混凝土(两端约10m范围不结合)。在钢箱梁施工的整个过程中,设定一基准观察线,以观测组合梁在施工过程中线形变化(表1)。由表1可知,组合梁施工过程的线形变化与设计值基本吻合。切割的钢梁余量进行画线。存梁台座的中心距离与桥墩一致,以达到模拟效果。
通过模拟架梁状态各梁的测量,各梁拱度值与设计吻合(表2),但跨中稍有下挠,主要是由四点支撑引起,建议今后工程可用五点支撑叠合。画线在20℃时进行,当温度有变化时则进行修正,切割线通过底板切割点沿铅垂向,切割线包括富余量及转角余量,并考虑架梁线形影响。为考虑墩顶合龙需要每片梁预留3cm富余量。由于墩顶顶落梁工艺的需要,墩顶架梁标高非成桥标高(表3),这对梁端有一定影响需通过计算修正。
钢梁预拱度按二次抛物线形设置,计入混凝土桥面板自重后,85,90,105m三种组合梁跨中变形分别为-76,-84,-96mm。将槽形钢梁的预拱度和两点存梁阶段的梁体变形相叠加,得3种梁模拟架梁的线形方程分别为:
2
y=-0.00000002995442842x+0.00256709x
2
y=-0.00000003570132447x+0.00313904x
2
y=-0.00000003410430839x+0.00358095x
二次抛物线在x=0处其切线斜率k=b;相对
α应的转角为α=tan-1b。转角余量G=H・tg
(mm),H=4.5m为槽形钢箱梁的高度,部分梁端头切割量计算结果见表4。为验证理论分析结果,现场采用美国Anglestar数显倾角计在梁端进行转角实测,仪器型号为AnglestarDP-20,测量精度0.01°,所得实测结果与理论分析较为接近(表5)。
浇筑混凝土湿接
缝后拱度/mm
-69126256266255126-68
图3 钢-混凝土叠合
3 组合梁墩顶合龙及体系转换3.1 梁场模拟架梁
组合梁预制完毕后,横移至存梁台座进行模拟
架梁,其目的是测量成品梁的线形,对墩顶合龙需要
测点断面名称x/m北端头0滑道119.35滑道239.75跨中52.5滑道365.25滑道485.65南端头105
预拱度/mm
设计值实际值 0 0
1141791901791140
1151791891771120
表1 105m梁(LX3)各施工过程拱度变化
四点支撑拱度/mm
设计值初值顶升值
-95126250271250126-95
-23119210217208117-24
-68126253269252126-67
模拟架梁拱度/mm设计值实测值 0 0
57889488570
54928791530
注:表中x为测点离梁的北端头的距离。
表2 部分组合梁模拟架梁拱度值
测点断面
名称x/m滑道119.35滑道239.75跨中52.5滑道365.25滑道485.65设计值/mm
57
88948857实测值/mm
LX34469736945LX44770756948LX55495879352LX65189859255LS45595879353LS25997899874LS35993889364 注:表中x为测点离梁的北端头的距离。
表3 架梁梁底标高相对值
墩号相对值/cm
PM520
PM53-5
PM54-15
PM55-10
PM56-10
PM57-15
PM58-5
PM590
大跨度钢-混凝土组合结构连续箱梁施工线形控制 谭国顺
表4 部分组合梁端头理论切割量
墩号
PM52(LX1)PM53PM53(LX2)PM54
PM54(LX3)PM55PM55(LX4)PM56PM56(LX5)PM57PM57(LX6)PM58PM58(LX7)PM59
65
转角余量/mm低墩高墩
11.5516.1116.1116.1116.1116.1114.12
11.5516.1116.1116.1116.1116.1114.12
架梁线形顶板切割量变化值/mm
低墩高墩
-2.62-4.282.140-2.144.282.56
2.624.28-2.1402.14-4.28-2.56顶板切割值/mm
低墩高墩
-11.8318.2516.1113.9720.3916.68
14.1720.3913.9716.1118.2511.83-
注:①PM52(LX1)PM53表示梁LX1的北端桥墩PM52和南端桥墩PM53,其他依此类推;②表中的顶板切割值未考虑梁的富余量。表5 105m组合梁(LX3)转角实测值与计算值对比
测试工况四点支撑
浇注混凝土两点支撑模拟架梁
南端实测
)转角/(°
0.250.230.130.17北端实测
)转角/(°
0.240.230.100.18
)理论转角/(°0.280.280.170.20
体结构受力状态。体系转换工序为:PM55、PM56
墩底板双结合段混凝土灌注(20m范围内厚0.5mC40混凝土)→同步起顶PM55、PM56墩组合梁,灌
注顶板湿接缝混凝土(20m范围)→落梁PM55、PM56墩到设计标高→支座压浆→按同样工艺完成PM54、PM57墩施工→完成PM53、PM58墩施工→
通过梁场模拟架梁对切割线进行画线,为墩顶合龙
的顺利实施奠定了良好基础。3.2 7孔一联墩顶合龙墩顶合龙精度要求高,根据工艺要求,板厚t<25mm,对接高低允许偏差为0.5mm;板厚t≥25mm,对接高低允许偏差为1.0mm;对接间隙允许偏差1.0mm。节段对接焊缝采用开Y型坡口、CO2气体保护焊打底焊接工艺,焊缝间隙允许值7mm。合龙采用的工艺如下:组合梁架设→相邻孔
体系转换结束。体系转换相关参数见表6。
表6 体系转换相关参数
墩号
PM53PM54PM55PM56PM57PM58
架梁相对
标高/cm
-5-15-10-10-15-5
顶升量cm253560603525
回落量cm202050502020
临时支座反力/kN
239002660024600246002660023900
顶升力增量/kN
310042001900190042003100
通过墩顶滑移副粗调→梁端对接处模拟画线修正→利用自动爬坡切割机切割余量→精调→焊缝码板安装→环缝焊接。在2孔梁线形、标高、横向调整到位后,进行环缝切割,之后进行精调、环缝拼装,环缝拼装要求保证两对接端口达到允许偏差要求,并采用码板将两对接端口刚性固定。焊接前检查各相对应的对接坡口的平整度及焊接间隙,调整好平整度及间隙后依次进行腹板、底板、顶板的对接焊接。环缝的对接焊均采用反面贴陶质衬垫,CO2单面焊双面成形的焊接工艺。3.3 体系转换
为实现钢-混凝土第2次结合,完成整联组合梁的体系转换,本工程中采用较为特殊的工艺:墩顶顶落梁工艺,即在连续梁墩顶实施支点升降操作,目的是给支点墩顶处桥面板施加预应力,从而改善梁
4 结 语
上海长江桥隧工程B4标钢-混凝土组合结构连续箱梁施工通过严格控制桥面板钢筋定位精度,设置刚度大精度高的节段拼装胎架,采取了“N+1”方案及梁场模拟架梁措施,确保了钢梁线形满足设计要求,桥面板与钢槽形梁叠合顺利,墩顶成功合龙。该工程模拟架梁过程中组合梁线形流畅,预拱度满足设计要求,墩顶合龙精度满足规范要求,组合梁的顺利建设为今后类似工程提供了经验。
参 考 文 献:
[1] 陈理平.大跨度钢-混凝土组合箱梁施工技术[J].桥
梁建设,2007,(S2):45-48.
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