大跨度钢_混凝土组合结构连续箱梁施工线形控制

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

G eometric Shape Control of Long Span Steel and Concrete Con 2tinuous Composite Structure Box G irder at Construction Stage

TAN Guo 2s hun

(China Zhongtie Major Bridge Engineering ,Inc.,Wuhan 430050,China )

Abstract :The steel and concrete co ntinuous composite struct ure box girder of Contract B4,Shanghai Changjiang River Tunnel and Bridge Project is currently t he largest composite girder st ruct ure in China and t he world advanced const ruction techniques ,such as t hose of p refabrica 2tion of t he st ruct ure at girder yard and erection of t he st ruct ure by floating vessel at pier site ,have been applied.As it was designed ,t he composite box girder was p reset wit h longit udinal gra 2dient and was to be arranged on t he curve wit h different curvat ure radii ,t he geomet ric shape con 2t rol of t he girder in t he const ruction was t herefore very complicated.This paper present s t he measures and effect of geomet ric shape cont rol of t he girder at various critical const ruction stages of assembling of each steel girder block ,assembling of t he girder blocks into a f ull span for lifting and erection ,compo siting of t he steel and concrete st ruct ures and closure of t he girder at pier top.

K ey w ords :long span bridge ;composite girder ;bridge const ruction ;geomet ric shape ;con 2t rol 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年毕业于党校经济管理专业。

1　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

(图1)由混凝土桥面板及整体成槽形的钢梁组成,

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]

。

图1　组合梁典型横断面

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

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

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

桥面铺装层的施工。2　组合梁预制2.1　桥面板预制

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

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

全桥共28个整孔吊装段,2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

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。

图2　整孔吊装段总拼

2.5　槽形钢梁与桥面板叠合

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

。

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

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:

y =-0.00000002995442842x 2

+0.00256709x

y =-0.00000003570132447x 2

+0.00313904x

y =-0.00000003410430839x 2

+0.00358095x

二次抛物线在x =0处其切线斜率k =b ;相对

应的转角为α=tan -1b 。转角余量G =H ・t g

α(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Anglestar DP -20,测量精度0.01°,所得实测结果与理论分析较为接近(表5)。

表1　105m 梁(L X 3)各施工过程拱度变化

测点断面预拱度/mm

四点支撑拱度/mm

名称x /m 设计值实际值设计值初值顶升值

浇筑混凝土湿接

缝后拱度/mm

模拟架梁拱度/mm 设计值实测值北端头0　0　0

-95-23-68-69　0　0

滑道119.351141151261191261265754滑道239.7517917925021025325682跨中52.519012712172692669487滑道365.2517917725020825225581滑道485.651141121261171261265753南端头105

-95

-24

-67

-68

　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 设计值/mm

实测值/mm

L X3L X4L X5L X6L S4L S2L S3滑道119.3557

44475451555959滑道239.7588697095959793跨中52.594737587858788滑道365.2588696993929393滑道485.65

57

45

48

52

55

53

74

　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PM52PM53PM54PM55PM56PM57PM58PM59相对值/cm

-5

-15

-10

-10

-15

-5

墩号　　

转角余量/mm架梁线形顶板切割量变化值/mm顶板切割值/mm 低墩高墩低墩高墩低墩高墩

PM52(L X1)PM5311.5511.55-2.62 2.62-14.17 PM53(L X2)PM5416.1116.11-4.28 4.2811.8320.39 PM54(L X3)PM5516.1116.11 2.14-2.1418.2513.97 PM55(L X4)PM5616.1116.110016.1116.11 PM56(L X5)PM5716.1116.11-2.14 2.1413.9718.25 PM57(L X6)PM5816.1116.11 4.28-4.2820.3911.83 PM58(L X7)PM5914.1214.12 2.56-2.5616.68-

　注:①PM52(L X1)PM53表示梁L X1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(L X3)转角实测值与计算值对比

测试工况南端实测

转角/(°)

北端实测

转角/(°)

理论转角/(°)

四点支撑0.250.240.28

浇注混凝土0.230.230.28

两点支撑0.130.100.17

模拟架梁0.170.180.20

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≥25 mm,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7 mm。合龙采用的工艺如下:组合梁架设→相邻孔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0.5m C40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→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

架梁相对

标高/cm

顶升量

cm

回落量

cm

临时支座

反力/kN

顶升力

增量/kN PM53-52520239003100

PM54-153520266004200

PM55-106050246001900

PM56-106050246001900

PM57-153520266004200

PM58-52520239003100

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.