五跨连续半漂浮体系钢箱梁安装工艺

五跨连续半漂浮体系钢箱梁安装工艺

1钢箱梁的吊装杭州海大桥北航道大桥是一座五跨半浮游生态的倾斜钢箱梁桥。项目全长为70m160m448m160m70m908m。北航道桥型布置如图1所示。主梁为栓焊流线形扁平钢箱梁,梁高3.5m(中心线),钢箱梁横隔板标准间距3.75m,钢箱梁内设置两道中纵腹板,其距钢箱梁中心线间距为8.50m,如图2所示。全桥主梁钢箱梁划分为九类(A～I)67个梁段进行架设安装。A梁段48个,梁段长15m,最大吊装重量约3042kN;B梁段4个,梁段长15m,吊装重量约2603kN;C梁段4个,梁段长8.75m,吊装重量约1656kN;D梁段2个,梁段长6.5m,吊装重量约2060kN;E梁段2个,为边跨合龙段,梁段长7.5m,吊装重量约1591kN;F梁段2个,梁段长8.75m,吊装重量约2227kN;G梁段2个,梁段长13.75m,吊装重量约2940kN;H梁段2个,梁段长7.15m,吊装重量约1683kN;I梁段1个,为中跨合龙段,吊装重量约801kN。主梁B8、B9、B10、B11、B12、B13号墩墩顶节段均采用安装支架或托架,浮吊起吊至支架或托架上,水平滑移就位。其余标准梁段均采用CQ—320t步履式桥面吊机吊装,主梁节段间均为现场栓焊连接,即顶板U肋采取高强螺栓栓接,其余均为焊接。2对称吊装梁段安装钢箱梁安装工艺流程为:墩顶块支架搭设→浮吊吊装0号块钢箱梁→安装桥面吊机→对称吊装标准梁段并安装斜拉索→至辅助墩时完成次边跨合龙→对称吊装标准梁段并安装斜拉索至边墩→完成边跨合龙→中跨合龙。3安装工艺、钢箱梁3.1梁内支架设计主塔横梁顶钢箱梁0号块由C+D+C三片梁段组成,全长24m,横梁宽8.5m,0号块支架采用落地钢管支架,由4根ϕ1200mm×δ16mm钢管立柱、ϕ800mm×δ10mm钢管平联、HM588型钢纵梁以及25a工字钢垫梁、不锈钢板及四氟滑板组成的纵横向滑移装置组成,支架支承在塔座上。辅助墩墩顶块F梁段长度仅8.75m,两侧悬臂长度不大,故设计采用悬臂托架式支架。支架以焊接在墩身预埋钢板上的双拼45a工字钢牛腿作为下支撑点,牛腿顶面设HM588型钢横梁,横梁上设2根间距为90cmHM588型钢纵梁,纵梁靠近墩身端焊接固定在墩顶预埋件上。纵梁上同样设25a工字钢垫梁,垫梁以上为滑板支座系统。边墩墩顶块H梁段长7.15m,向主塔侧悬臂伸出,支架采用钢桁架式托架,悬臂托架与墩身预埋件焊接固定。桁架上弦杆件采用双拼45a工字钢,下弦杆及斜撑采用双拼25a工字钢,支架垫梁及滑移装置的设置同辅助墩墩顶支架。3.2梁段吊装及吊装墩顶块钢箱梁采用浮吊吊装,根据浮吊吊装桥面吊机的起吊高度,选择“稳强3号”1300t浮吊,单个主钩最大起吊高度为73m,吊重650t;副钩最大起吊高度为78m,吊重200t。根据墩顶块各种梁段吊装需要,设计专用吊架,吊点可根据梁段需要调节。0号块先吊装D梁段就位,精确调整好平面位置及高程,安装并张拉临时固结装置,然后吊装C梁段于D梁段两端对接。梁段横移及纵移采用手拉葫芦及千斤顶。辅助墩及边墩墩顶块钢箱梁吊装前,首先测量调整支架临时支点高程,然后浮吊吊装钢箱梁落梁于托架上,用手拉葫芦临时固定,待次边跨及边跨合龙时再进行精确调整。3.3桥面吊机的吊装标准段钢箱梁采用CQ—320t步履式桥面吊机吊装,吊机前三角长12.45m,后三角长15m,高8m,宽17m,总重约120t。桥面吊机在码头拼装完毕,利用“稳强3号”浮吊整体吊装上桥面并进行1.3倍超载试吊,受0号块长度影响,一次只能吊装一台桥面吊机,待吊机吊装同侧1号梁段到位完成连接并张拉斜拉索后,吊机前移至距梁端75cm处,才能吊装另一侧桥面吊机并安装同侧1号梁段。从2号块钢箱梁开始,驳船浮运钢箱梁定位,主、边跨两侧架梁机同步、对称采用四点起吊钢箱梁安装。从B2/Z2号索开始,架梁机起吊Bi/Zi梁段就位,调整梁段斜率,与Bi-1/Zi-1梁段临时连接,精确调整相邻梁段间缝宽至设计值,完成全截面焊接,第一次张拉Bi/Zi索;向前架梁机就位,起吊Bi+1/Zi+1梁段,完成临时连接,第二次张拉Bi/Zi索。依次循环进行A、G类梁段安装。由于杭州湾水域潮大流急,钢箱梁吊装选择在高平潮时运梁船舶就位。为了确保大桥在6月底台风来临之前实现合龙,施工期间通过采用定位船的方法,保证梁船随到随吊。架梁机吊装钢箱梁侧面示意图如图3所示。3.4中跨合龙段、斜拉索安装选择温差较小、风速较小的时段,宜选在夜晚19:00～20:00时,架梁机起吊次边跨合龙段BH1梁段就位,与前一梁段B9临时连接,根据监控指令测量并调整合龙块前段高程,调整完毕立即马板进行栓焊连接。测量组连夜测量BH1与B10梁段理论连接面的里程,每隔3h测一次,直到凌晨5:00,最终由监控小组确定裁剪的点位,并用油漆标记在箱梁顶板上,不少于5个点。白天按测量点位划线裁剪BH1钢箱梁背塔侧,裁剪完毕,将B10梁段向BH1梁段移动,保持间距约10cm。夜间20:00～21:00,环境温度相对稳定,再次测量B10梁段与BH1梁段接口高差,通过B9箱梁斜拉索张拉来调整,达到合龙的目的。标高及轴线调整完毕,将B10梁段纵移到位,保证接缝宽度6～8mm,立即马板并进行栓焊连接。次边跨合龙段安装完毕,安装Z10梁段,同时安装辅助墩墩顶块箱梁配重块,并安装斜拉索,在B10拉索张拉前完成压重块安装。边跨合龙块施工工艺与次边跨合龙工艺相同,但边跨合龙块钢箱梁不需裁剪。中跨合龙段施工时,由于钢箱梁安装期间相邻两天温差基本相近,合龙前一天选择温差较小、相对稳定的时段多次(每3小时一次)精确测量钢箱梁悬臂端NZ14、SZ14梁段之间的距离,测量时间选在夜间22:00～凌晨5:00,根据该长度在运梁船上将ZH1梁段两侧对称进行二次下料切割,裁剪时每端面须比理论计算合龙长度下短1cm以方便对接,下料切割要求切口平顺以利对接合龙。为使合龙段钢箱梁顺利进入接口,在SZ14、NZ14梁段两接口处钢箱梁纵腹板端部用规格为55mm(宽)×5(厚)mm的扁铁做导向,扁铁焊接固定在中腹板上,上、下端伸出梁顶、底板约15cm,并背向接缝处弯成10°角,为减少滑动的摩擦阻力,在扁铁表面涂抹黄油,防止钢箱梁端口碰撞变形,如图4所示。斜拉索张拉千斤顶在中跨14号索位置做好准备工作。准备工作就绪,ZH1梁段运输抛锚就位,海事部门对桥位上下游进行监护,暂时封航。两台桥面吊机同时下放吊架,与ZH1梁段吊耳连接,缓慢起吊钢箱梁,起吊时间选在白天,要求风力不得超过5级。两台桥面吊机同步起吊ZH1梁段,当ZH1梁段顶部接近N(S)Z14梁底时,保持高差约50cm,调整好ZH1梁段水平,等到夜间,根据前期观测并确定的合龙环境温度下(不超过25℃),4台卷扬机同步起升,每块扁铁位置安排2人观察箱梁有无碰撞,纵向用撬棍或手拉葫芦调整位置,直到ZH1梁顶板顺利越过Z14箱梁底板,然后沿扁铁向上滑动,最终就位。ZH1梁段吊装的同时测量NZ14和SZ14梁段与ZH1梁接口处高程,ZH1梁段到位后,根据测量数据调整合拢标高,当高差在10mm以内时,利用马板调节;当高差超过10mm时,依靠张拉Z14拉索来调节。由于轴线相对偏差很小,故不需要调整。线形及标高调整完毕,立即栓焊连接钢箱两侧接缝,要求两侧同时进行,调梁及环缝焊接工作要求在凌晨6:00以前必须完成。ZH1两侧接口环缝焊接完毕,立即安装好主塔横梁处竖向支座螺栓并解除钢箱梁索塔处的临时约束,第二次张拉B14、Z14号索,然后进行BH2、B11号梁段永久压重块安装施工,横向抗风支座、纵横向阻尼限位装置安装在中跨合龙前完成,最后拆除架梁机。中跨合龙段吊装如图5所示。3.5梁段索力检测施工控制主要以控制主梁标高、控制截面弯矩和斜拉索索力为主,优化调整也就以这三个因素建立控制目标函数(和约束条件),通过设计参数误差对桥梁变形和受力的影响分析,应用优化方法调整本梁段与未来梁段的安装索力以及未来梁段的安装标高,使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态,并且保证施工过程中受力安全,必要时还可对已施工梁段的索力进行调整。北航道桥钢箱梁通过以上施工控制方法,合龙后轴线偏差为8mm,索力不需要进行二次调整。4钢箱梁施工监控方案杭州湾跨海大桥北航道桥钢箱梁安装工艺的成功应用,为今后其他同类桥梁施工提供借鉴,结合北航道桥钢箱梁安装工艺总结以下几点。(1)墩顶块钢箱梁支架结构简洁,材料用量少,安装及拆卸简单。(2)钢箱梁的工地连接采用栓焊连接,即顶板U肋采用高强螺栓连接,其余在工地连接均采用焊接,避免现场的仰焊及减少焊接工作量,便于确保焊接的