福廈鐵路廈門(mén)跨海特大橋48m簡(jiǎn)支箱梁節(jié)段預(yù)制拼架施工技術(shù)
2017-06-05
1 工程概況
福廈鐵路廈門(mén)跨海特大橋全長(zhǎng)5110.933m，跨越廈門(mén)西海灣，設(shè)計(jì)為雙線(xiàn)Ⅰ級(jí)鐵路橋梁。大橋橋跨布置為98×32m（簡(jiǎn)支T梁）+31×48m（簡(jiǎn)支箱梁）+10×32m（簡(jiǎn)支T梁），其中98#墩～129#墩31孔簡(jiǎn)支箱梁計(jì)算跨度48m，長(zhǎng)50.2m，高4.3m，頂板寬10.2m，跨間底板寬5.6m，梁端底板寬6.4m，箱梁斷面為單箱單室式。單孔箱梁縱向分9段（3.7m+5.0m+5.6m+ 5.6m+5.6m+ 5.6m+5.6m+5.0m+3.7m），梁段最大長(zhǎng)度5.6m，最大吊重153t。梁段間通過(guò)長(zhǎng)0.6m濕接縫相連接。單孔梁混凝土用量556.3m3，重1500t，鋼絞線(xiàn)24.8t，鋼筋81.6t。大橋縱坡最大5.60‰。
2 施工方案及工藝
本橋48m跨箱梁按設(shè)計(jì)要求，采用節(jié)段拼裝法施工。首先在高崎岸48m箱梁起始端布置梁場(chǎng)預(yù)制梁段，同時(shí)拼裝造橋機(jī)。預(yù)制場(chǎng)內(nèi)梁段起吊采用160t移動(dòng)式龍門(mén)吊機(jī)，梁段成型后由預(yù)制場(chǎng)轉(zhuǎn)移到存梁場(chǎng)存放，達(dá)養(yǎng)護(hù)齡期后，梁段裝上運(yùn)梁平車(chē)經(jīng)橫移道運(yùn)至提升站跨下，再由160t提升機(jī)垂直提升梁段上運(yùn)梁支架并裝上橋面運(yùn)梁臺(tái)車(chē)，運(yùn)梁至造橋機(jī)尾部喂梁區(qū)，在喂梁區(qū)由安置在造橋機(jī)上的提梁吊機(jī)將梁段吊起并前移行進(jìn)至跨中相應(yīng)位置落梁，并按濕接縫要求間距起頂擺放好，然后再進(jìn)行梁段的縱向、橫向及豎向三維空間位置精確就位。豎向按二次拋物線(xiàn)設(shè)置預(yù)拱度后，連接濕接縫波紋管、綁扎濕接縫鋼筋、安裝濕接縫內(nèi)外模板、穿鋼絞線(xiàn)。再?gòu)膬蓚?cè)向中間對(duì)稱(chēng)澆注濕接縫混凝土，待濕接縫混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后，進(jìn)行第一批預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉。第一批預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉時(shí)，必須控制好梁底高程，使梁體在合理的受力狀態(tài)下脫離支架。造橋機(jī)卸載后則前移進(jìn)行下一孔梁的施工。第二批預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉待造橋機(jī)通過(guò)后根據(jù)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度及齡期進(jìn)行。如此往復(fù)施工其它各梁段，直至完成全部施工。
2.1 梁場(chǎng)布置
2.1.1 梁場(chǎng)選址
梁場(chǎng)選址于高崎岸橋頭，但場(chǎng)地受既有鷹廈鐵路、正在施工的杏林公路大橋、水深達(dá)25m的航道限制，可供使用的場(chǎng)地極為狹小。因此，節(jié)約用地，合理規(guī)劃梁場(chǎng)成為組織好上部箱梁施工的關(guān)鍵。經(jīng)反復(fù)進(jìn)行方案比選及工期分析，最后確定因地制宜布置梁場(chǎng)，并臨時(shí)占用本橋130#墩～139#臺(tái)橋位，安排130#墩～139#臺(tái)先施工完基礎(chǔ)，再回填建造梁場(chǎng)，待梁段預(yù)制完成后，再施工墩臺(tái)身及其上部。
2.1.2 梁場(chǎng)布置
整個(gè)梁場(chǎng)沿既有線(xiàn)路堤右側(cè)布置，分箱梁預(yù)制區(qū)、存放區(qū)、橫移區(qū)、提升站四個(gè)區(qū)。預(yù)制區(qū)、存放區(qū)一字形布置在凈跨14m的160t龍門(mén)吊機(jī)左右側(cè)軌道范圍內(nèi)；提升站布置在130#墩，橫跨起始跨端運(yùn)梁支架，凈跨24m；存梁區(qū)與提升站通過(guò)橫移道相連通。130#墩-129#墩間布設(shè)運(yùn)梁支架與架梁起始跨連通，運(yùn)梁支架前期作為造橋機(jī)的拼裝支架。施工便道沿預(yù)制場(chǎng)右側(cè)平行布置，與橫移梁道平交，并連通海上棧橋。整個(gè)梁場(chǎng)呈“L”形排列，布局合理，節(jié)段梁制、運(yùn)、架線(xiàn)路順暢，施工便道通暢無(wú)阻。
2.1.3 資源配置
整個(gè)梁場(chǎng)按單月制架3孔箱梁共27個(gè)節(jié)段進(jìn)行設(shè)計(jì)及資源配置。
箱梁預(yù)制區(qū)布置8個(gè)預(yù)制臺(tái)座：標(biāo)準(zhǔn)段臺(tái)座4個(gè)、1#異形段正反各一、2#異形段正反各一；鋼筋成型胎座2個(gè)。配備模板四套：標(biāo)準(zhǔn)段2套、1#異形段1套、2#異形段1套；配備10t門(mén)式吊機(jī)一臺(tái)；另外與存梁場(chǎng)合用一臺(tái)160t移動(dòng)式龍門(mén)吊機(jī)。
存梁區(qū)布置15個(gè)存梁臺(tái)座，按二層存放梁。
橫向移梁區(qū)設(shè)置梁體橫移軌道一道，配備160t運(yùn)梁臺(tái)車(chē)一輛。
2.2 梁段預(yù)制
梁段預(yù)制采用傳統(tǒng)的施工工藝。模板采取制梁臺(tái)座水磨石面層作底模，側(cè)模、內(nèi)模和端模均采用定型鋼模板。鋼筋施工采取“底板+腹板”鋼筋在胎座上綁扎成型，門(mén)吊吊裝入模，再在現(xiàn)場(chǎng)綁扎頂板鋼筋聯(lián)結(jié)成整體。預(yù)應(yīng)力管道采取鋼筋網(wǎng)格定位、抽拔橡膠管成孔?；炷翝沧⒉扇∠鹊装澹俑拱?，最后頂板的順序。底板混凝土采取滑槽下料入模；腹板、頂板采用吊裝砼斗入模。
梁段預(yù)制中需要把握的關(guān)鍵問(wèn)題有兩個(gè)，一是控制相鄰梁段相接面錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題，要求控制好模板的制造、安裝質(zhì)量；二是預(yù)應(yīng)力孔道成孔問(wèn)題。梁段孔道成孔采取抽拔橡膠棒成孔，因此施工中必須根據(jù)氣溫、混凝土特性等因素把握好橡膠棒抽拔時(shí)間，做到不坍孔，不損壞橡膠棒。
2.3 梁段運(yùn)輸
梁段澆注成型并待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即可吊梁移位。為保護(hù)吊梁龍門(mén)吊機(jī)安全，采用4臺(tái)100t垂直液壓千斤頂同步頂梁先消除掉箱梁底板與制梁臺(tái)座面間的附加吸附力后（千斤頂置于梁段底模上開(kāi)設(shè)的4個(gè)方形孔中，頂端蓋有活動(dòng)起頂蓋板），再利用龍門(mén)吊機(jī)起吊梁段并轉(zhuǎn)移到存梁區(qū)存放。
梁段運(yùn)輸根據(jù)不同的區(qū)段采取不同的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移方式：預(yù)制區(qū)→存放區(qū)：采取160t移動(dòng)式龍門(mén)吊機(jī)起吊運(yùn)輸；存放區(qū)→提升站：采取運(yùn)梁臺(tái)車(chē)作地面水平橫移；提升站→橋面：采取160t固定式提升機(jī)垂直提升再作橫移；橋面→造橋機(jī)尾部的喂梁區(qū)：采取運(yùn)梁臺(tái)車(chē)作橋面水平縱移。
2.4 造橋機(jī)拼裝及試驗(yàn)
2.4.1 造橋機(jī)構(gòu)造
48米箱梁采用YZ1500t型移動(dòng)支架造橋機(jī)拼裝、架設(shè)。造橋機(jī)主要承擔(dān)支承梁段組拼成型并完成梁段間濕接縫澆注的任務(wù)，實(shí)行"預(yù)制節(jié)段梁吊裝+原位現(xiàn)澆濕接縫+預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉+卸載就位"的工作方法。
造橋機(jī)自重750t，額定提吊梁能力為160t。采用“連續(xù)千斤頂+鋼絞線(xiàn)拖拉，在滑座上滑行”方式行進(jìn)。
造橋機(jī)由主桁梁、下托梁、橫聯(lián)、墩旁支架、160t提梁吊機(jī)、縱向牽引裝置、橫移機(jī)構(gòu)及電器系統(tǒng)等八大部件構(gòu)成。
主梁采用雙主桁結(jié)構(gòu)形式，單組桁由兩片桁組成，桁間距2m，主桁高7.5m，導(dǎo)梁處桁高2.5m，全長(zhǎng)112m。兩組內(nèi)側(cè)主桁中心距11.2m，跨度48m。整個(gè)造橋機(jī)設(shè)五道橫聯(lián)。
造橋機(jī)主桁梁采用標(biāo)準(zhǔn)低合金鋼拆裝式桁梁，要求主桁跨度范圍的弦桿螺栓、栓釘屈服強(qiáng)度不小于480Mpa。造橋機(jī)下托梁設(shè)計(jì)成浮箱式，通過(guò)下水自浮實(shí)現(xiàn)跨間倒運(yùn)。
因?yàn)樵谘睾Ｊ┕?，造橋機(jī)工作狀態(tài)按40m/s風(fēng)速計(jì)算風(fēng)壓。風(fēng)力超過(guò)6級(jí)時(shí)，不得進(jìn)行造橋機(jī)縱移，并采取抗滑移措施，風(fēng)力超過(guò)8級(jí)時(shí)，停止造橋機(jī)作業(yè)。
2.4.2 造橋機(jī)拼裝、就位
造橋機(jī)拼裝場(chǎng)地設(shè)置在48m箱梁起始墩端頭，按左右兩主桁同時(shí)自前端至尾端順序拼裝成型。129#墩為拼裝造橋機(jī)時(shí)前支墩，后支墩新搭建，前、后支墩間距48米，跨間布置3個(gè)中間臨時(shí)支墩。造橋機(jī)拖拉及拼裝過(guò)程中必須保證其傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于1.5。
?。?）拼裝工藝
造橋機(jī)拼裝前先安裝129#墩墩旁支架，并利用鋼管及型鋼搭設(shè)后支墩及中間臨時(shí)支墩，后支墩墩頂安設(shè)橫移滑座，前后支墩上滑座不銹鋼表面與主桁接觸處均鋪墊MGB板以減小主桁前移時(shí)摩擦阻力。
主桁拼裝采取先在地面上分段拼裝底層桁梁（高2.5m），控制分段重量小于25t、節(jié)段長(zhǎng)度12～16米，再分段吊裝上支墩對(duì)接成整體，中、上層桁梁則采取先在地面上將散件預(yù)拼成微小節(jié)段，然后吊裝與底層桁梁對(duì)接，以節(jié)省拼裝時(shí)間，加快拼裝速度。左右兩主桁拼裝過(guò)程中注意及時(shí)安裝橫聯(lián)，保證穩(wěn)定不傾覆。
提梁吊機(jī)拼裝則先在地面上將左右支腿拼裝成型，再吊裝上主桁頂面使其直立在軌道上并設(shè)臨時(shí)支撐固定，再吊裝橫梁與兩立柱連接，安裝吊梁小車(chē)，最后解除立柱臨時(shí)支撐。
因本造橋機(jī)主桁梁設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)低合金鋼拆裝式桁梁，主桁節(jié)點(diǎn)螺栓、栓釘材質(zhì)為32MnSi。拼裝過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格材料分類(lèi)堆碼、裝箱，并做上明顯標(biāo)記（進(jìn)行不同顏色標(biāo)識(shí)或鉆小孔標(biāo)識(shí)），并在主桁組拼前對(duì)桿件、螺栓、栓釘進(jìn)行必需的材質(zhì)分析試驗(yàn)，以確保所用材料材質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求。
?。?）造橋機(jī)就位
造橋機(jī)拼裝成型后，拆除中間臨時(shí)支墩，則造橋機(jī)重量全部支撐在前后兩臨時(shí)支墩上。
安裝128#墩墩旁支架，并在該墩旁支架頂面左右側(cè)各布設(shè)一臺(tái)75t縱移千斤頂(行程1m以上)，穿上牽引鋼絞線(xiàn)。
啟動(dòng)千斤頂，通過(guò)鋼絞線(xiàn)拖拉造橋機(jī)在滑座上滑行前進(jìn)到起始跨（129#--128#墩）。拖拉過(guò)程中注意控制兩側(cè)主桁前移速度一致，控制位移偏差小于5cm。
造橋機(jī)縱行到位后，再實(shí)行其橫向精確對(duì)位，通過(guò)啟動(dòng)橫移千斤頂調(diào)整實(shí)現(xiàn)。造橋機(jī)縱、橫向位置偏差均控制在±20mm之內(nèi)。
抄實(shí)造橋機(jī)前后支點(diǎn)，安裝抗滑移裝置，則造橋機(jī)就位完畢。
?。?）下托梁安裝
下托梁主要作為節(jié)段箱梁的支承平臺(tái)，吊掛在鋼桁梁的特制橫桿上。下托梁安裝工序是先將下托梁浮運(yùn)至待架孔位水面上，再利用提梁吊機(jī)的輔助吊具起吊下托梁安裝。
2.4.3 造橋機(jī)試驗(yàn)
造橋機(jī)拼裝完成后進(jìn)行拼裝后檢查，重點(diǎn)檢查項(xiàng)目有：①是否嚴(yán)格按模架總裝圖及主桁結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行拼裝；②租賃、加工、拼裝的各個(gè)接口匹配情況；③桁架螺栓和栓釘材質(zhì)是否符合設(shè)計(jì)要求，尤其需檢查主桁跨度范圍內(nèi)的弦桿螺栓、栓釘材料屈服強(qiáng)度不得小于480Mpa；④對(duì)螺栓和栓釘逐一檢查，若有松動(dòng)需重新擰緊。
造橋機(jī)就位處于拼架梁狀態(tài)條件下做靜載試驗(yàn)，根據(jù)造橋機(jī)的安裝和使用特性對(duì)安裝和使用過(guò)程中各工況分別作應(yīng)力、撓度測(cè)試及沖擊系數(shù)和穩(wěn)定性試驗(yàn)。
2.5 梁段組拼、聯(lián)體
2.5.1 梁段組拼
?。?）梁段初步就位
梁段初步就位就是指將梁段按編號(hào)順序安放在造橋機(jī)腹內(nèi)的下托梁上。初步就位由提梁吊機(jī)將梁段吊運(yùn)到造橋機(jī)腹內(nèi)指定位置。
?。?）梁段平面精確就位
梁段平面位置精確就位是指梁段縱向、橫向兩個(gè)方向均調(diào)整到設(shè)計(jì)要求的位置。梁段初步就位后，利用導(dǎo)鏈等設(shè)備微調(diào)梁段，使梁段中線(xiàn)、距固定支座距離精確就位。橫向位置以設(shè)計(jì)線(xiàn)路中心線(xiàn)為基準(zhǔn)，即要求線(xiàn)路中心線(xiàn)與梁體中心線(xiàn)重合，橫向中心線(xiàn)不得超過(guò)5mm?？v向位置考慮到預(yù)應(yīng)力張拉及后期徐變引起混凝土收縮影響，梁段擺放時(shí)將梁體的縱向定位長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度多出25mm，做為收縮預(yù)留量，中間梁段按距固定支座距離內(nèi)插。
（3）梁段線(xiàn)形（豎向）調(diào)整
各節(jié)段梁按設(shè)計(jì)平面位置在造橋機(jī)內(nèi)擺放就位，再利用測(cè)量?jī)x器對(duì)所有節(jié)段進(jìn)行中線(xiàn)復(fù)核，確認(rèn)無(wú)誤后，則進(jìn)行豎向線(xiàn)形調(diào)整。各梁段豎向按二次拋物線(xiàn)設(shè)置反拱度，標(biāo)高以下?lián)隙葹闇?zhǔn)，偏差不得大于3mm。
梁段豎向線(xiàn)形調(diào)整利用托梁千斤頂調(diào)整各節(jié)段豎向標(biāo)高實(shí)現(xiàn)，千斤頂頂梁時(shí)注意四臺(tái)千斤頂要同時(shí)操作，同步起落，不允許出現(xiàn)三點(diǎn)受力現(xiàn)象發(fā)生，且應(yīng)隨時(shí)用鐵板和硬質(zhì)木塊抄墊，使節(jié)段梁不致在頂頭上滑移。
下?lián)隙戎翟O(shè)置需考慮以下因素：①為抵消預(yù)加應(yīng)力引起的上拱，箱梁整孔組拼時(shí)須在梁跨中處設(shè)置反拱（下?lián)希髁憾沃С刑幍姆垂翱砂炊螔佄锞€(xiàn)計(jì)算設(shè)置，反拱理論值按15天預(yù)施終張應(yīng)力，60天鋪設(shè)二期恒載計(jì)算，直線(xiàn)梁為35.8mm，曲線(xiàn)梁為37.3mm。施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際預(yù)應(yīng)力施加時(shí)間及二期恒載上橋時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。②為抵消造橋機(jī)自重引起的下?lián)?，箱梁整孔組拼時(shí)須在梁跨中處設(shè)置反撓（上拱）。③為抵消節(jié)段梁自重引起造橋機(jī)下?lián)?，箱梁整孔組拼時(shí)須在梁跨中處設(shè)置反撓（上拱）。④為抵消濕接縫自重引起造橋機(jī)下?lián)希淞赫捉M拼時(shí)須在梁跨中處設(shè)置反撓（上拱）?？傁?lián)隙仍O(shè)置值即是以造橋機(jī)主桁澆注濕接縫后的豎向下?lián)隙扰c消除預(yù)加應(yīng)力引起的上拱而設(shè)置的反拱的疊加值。128#-129#跨48m箱梁拼架線(xiàn)形調(diào)整計(jì)算見(jiàn)表2。
2.5.2 濕接縫施工
梁段組拼完成并精確就位后，即可進(jìn)行濕接縫模板、鋼筋施工，并穿通長(zhǎng)鋼絞線(xiàn)束。整孔箱梁8條濕接縫，混凝土必須在混凝土初凝前全部澆注完成，。
濕接縫模板安裝時(shí)，必須保證其與各梁段表面密貼，不得因漏漿造成接頭不平順或造成污染梁體。
濕接縫波紋管與梁段預(yù)應(yīng)力管道采取內(nèi)接方式連接，即將波紋管兩端各擰入相鄰兩梁段內(nèi)不小于10cm,并用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿密封。
2.5.3 預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿
濕接縫砼強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行一期張拉，再給造橋機(jī)卸載，使梁體自重及施工荷載轉(zhuǎn)由一期預(yù)應(yīng)力承受。造橋機(jī)卸載后則縱向前移，進(jìn)行下一孔梁的拼架。濕接縫砼強(qiáng)度及彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)值且齡期不少于15d后進(jìn)行二期預(yù)應(yīng)力張拉，二期預(yù)應(yīng)力承受設(shè)計(jì)荷載。
采用造橋機(jī)整孔拼架箱梁，一期張拉施工是一道關(guān)鍵工序。一期張拉過(guò)程是梁體進(jìn)行自身受力的過(guò)程，對(duì)造橋機(jī)是一個(gè)卸載過(guò)程。由于造橋機(jī)是一彈性臺(tái)座，在張拉過(guò)程中，要保證梁體在自重、預(yù)應(yīng)力和造橋機(jī)回彈反力作用下，其上、下翼緣砼始終處于受壓狀態(tài)而不出現(xiàn)拉應(yīng)力，理論上應(yīng)根據(jù)這兩個(gè)條件，計(jì)算分級(jí)卸載參數(shù)（按批張拉鋼束，分批計(jì)算下托梁上千斤頂所需要的下調(diào)量），以便施工時(shí)根據(jù)計(jì)算參數(shù)調(diào)整造橋機(jī)與梁底間千斤頂?shù)母叨?，控制造橋機(jī)對(duì)梁體反力大小，直至造橋機(jī)與梁底脫離，形成所需要的上拱度。
孔道壓漿在終張拉完成后48h進(jìn)行，壓漿材料采用高性能無(wú)收縮防腐灌漿劑。
2.6 造橋機(jī)整機(jī)前移及拆除
一期張拉完成后，給造橋機(jī)卸載，造橋機(jī)則可縱向前移，開(kāi)始下一孔梁的拼架施工。待所有31孔48m箱梁拼架安裝完成后，造橋機(jī)則后退一孔拆除。
3 結(jié)語(yǔ)
本橋施工場(chǎng)地狹小，又是海上施工，通過(guò)綜合分析工期、工法、成本，合理布置梁場(chǎng)，充分利用了有限的場(chǎng)地，實(shí)現(xiàn)了制梁、架梁的極佳匹配。造橋機(jī)低合金鋼特種材料數(shù)量大、進(jìn)場(chǎng)難、易混淆，通過(guò)超前準(zhǔn)備，嚴(yán)格分類(lèi)管理，嚴(yán)格材質(zhì)檢驗(yàn)，確保了造橋機(jī)的優(yōu)質(zhì)快速拼裝。造橋機(jī)拼裝支架與運(yùn)梁支架合二為一設(shè)計(jì)，減少了投入，也節(jié)約了場(chǎng)地。造橋機(jī)下托梁充分利用海上施工自然條件，設(shè)計(jì)成浮箱式，實(shí)行海上自浮跨間倒運(yùn)，方便了施工。
