高空大跨径软弱地基固定式提升站设计与施工关键技术
0 引言
温州瓯江北口大桥北引桥钢混组合梁共计7联,墩号范围N16~N37,其中分离段5联为单层结构,合并段2联为双层结构,标准联跨径布置为3×50m(见图1)。
组合梁由钢梁节段和桥面板组成,钢梁采用空腹式槽形梁,单节段纵桥向长3~7m、横桥向宽10~12m,单节最重104t;桥面板为实心混凝土板,单块桥面板纵桥向长4m、横桥向宽16~22m,单块最重90t(见图2)。
1 主要施工难点
本工程钢混组合梁所在桥址位置为海积滩涂农田,淤泥层最大厚度达40m。钢梁安装采用步履式顶推施工,桥面板采用架桥机安装及滑移安装,均需设置一个固定的提升位置,通过大型起重设备,保证钢梁节段及桥面板的提升上梁。
1)考虑到钢梁及桥面板起升高度高、地基承载力差,大型移动式起重设备的设备作业空间有限,施工效率低,同时结构无法一次提升到位,起重设备需吊物移动,安全风险高。
2)采用跨幅落地门式起重机作为提升设备,可满足钢梁及桥面板提升需要。考虑墩身高度及架桥机安装高度,提升龙门最大净空≥54m;在双层钢混组合梁位置,龙门需跨4幅设置,横桥向跨度≥90m,因此,常规门式起重机根本无法满足构造需要,特殊定制费用极其高昂。
3)无论采用何种跨幅结构形式,对于设置在淤泥农田区软弱基础上的高净空大跨度提升设备,其结构的安装难度极大。
2 主要技术创新点
1)提升站基础采用入土钢管群桩基础,桩间采用平联剪刀撑连接成整体,提高基础稳定性。
2)提升站主梁轨道设置在桥面上方,采用架桥机主梁,跨越能力强,整体刚度大,满足上方龙门桁车移动要求。
3)提升站基础在后场加工完成,前场单节整体安装;架桥机主梁轨道(双轨)最大质量为800t,两轨道间设置连接杆形成整体;钢管群桩基础顶设置反力提升架,采用计算机精确控制的大吨位液压连续千斤顶4点同步提升,安全风险低、工序简捷、精度可控。
3 提升站设计
3.1 总体设计
提升站轨道主梁总长104m,轨道主梁净高54m。共设置6个钢管桩支墩基础(最大跨度60m)。主梁上方设置150t桁吊,桁吊跨度36m。
上部结构轨道梁及桁吊先在地面拼装完成,然后整体采用250t液压连续千斤顶4点同步整体提升。在四角边墩钢管桩基础顶部设置提升反力架,安装千斤顶提升系统,同时在两道主梁轨道间安装3道纵向连接杆,确保提升过程中主梁轨道同步(见图3)。
3.2 基础构造
采用钢管群桩基础,管间采用平联管及剪刀撑连接成整体。中间墩基础呈四边形构造,边墩基础由6根钢管组成,呈六边形构造,主要由中间主受力钢管与外侧辅助钢管构成,其主要功能如下。
1)辅助钢管增强基础纵桥向刚度,进而增加提升站纵向稳定性。
2)由于主梁位于受力钢管中间,主梁轨道提升到位前受力钢管纵向平联剪刀撑无法连接,此时辅助钢管与受力钢管形成三角稳定体系,确保主梁提升过程中结构的稳定性。
3)辅助钢管与受力钢管形成三角稳定体系,提高了结构的刚度,有助于后场整体加工及前场三角体系整体安装(见图4)。
3.3 主梁轨道
主梁共设置2道,采用架桥机主梁,单条轨道总长104m,节段间采用高强度螺栓连接。主梁上弦杆顶部设桁吊轨道。为增强主桁架安装及运行过程中的整体稳定性,在主桁架之间设置了连接桁架。
3.4 承重体系
主梁下承重梁主要分为横、纵向2道,横向主梁位于钢管桩顶,纵向主梁轨道与横向主梁间。主梁轨道与下部承重主梁间设置滑动橡胶支座。
1)中间墩基础与主梁轨道焊接刚接,确保主梁轨道与基础形成整体。
2)边墩基础与主梁轨道间安装单向滑动橡胶支座,使主梁可沿长度方向(横桥向)自由滑动,以减少温度变化对主梁轨道造成的形变及温度应力。
3)主梁轨道及滑动支座纵桥向设置限位钢板,确保结构纵向稳定。
3.5 桁吊
桁吊采用移动式龙门(短支腿),起重能力为150t,跨径36m,提升站龙门配备360°转体吊具,实现钢梁及桥面板的提升转体。桁吊支腿安装夹轨器及警报监测系统,确保使用安全。
3.6 提升系统
1)提升架单个提升架支墩需接高的4根钢管,同侧设置剪刀撑,两侧管桩之间设置1道平联,顶部设置提升千斤顶(见图5)。
2)提升吊具吊具采用型钢框架结构,设置上、下两层主梁,主梁间采用精轧螺纹钢连接,并设置支撑杆形成拉压体系。吊具上主梁中部穿孔用以穿过钢绞线,用锚具进行固定。下主梁置于提梁站主桁架顶梁下方。
3)千斤顶采用4台TX-250-J千斤顶,并用一个PLC终端进行控制,确保提升过程的同步性,使每台千斤顶受力均匀。提升采用单束12根15.2钢绞线,下部与吊具通过锚具连接。
4 提升站安装施工
4.1 边墩基础及提升架安装
为减少高空作业,提升站钢管桩基础按模块化整体安装方法进行施工。钢管桩入土部分打设完成后,上部钢管桩分模块进行整体接长,具体施工顺序为:后场模块加工→测量定位→钢管桩打设→模块整体安装。
4.2 主梁轨道安装
在主桁架拼装前,对原地面进行填筑整平,保证主桁架拼装处于同一水平面;在主梁节段需加强的位置焊接安装加劲构造;单向逐节拼装主梁轨道,采用自动化扭力扳手对螺栓进行紧固;为保证高强度螺栓安装精度及主梁轨道安装线形,测量人员全程对结构线形高程进行监控,局部端头采用千斤顶进行精确调整;主梁定位完成后,安装主梁轨道间连接桁架。
4.3 桁吊安装
首先将支腿及底连接梁安装至提梁站主桁架轨道上,上部结构分为2片,在施工场地拼装成单片整体,采用履带式起重机分片整体安装至支腿,主架体安装完成后,安装电气系统、防脱轨装置、警报监控装置及应力应变监测系统等附属设施。
4.4 承重体系安装
承重体系主要包含主梁轨道下纵向承重梁及滑动橡胶支座;提前将滑动橡胶支座焊接固定在纵向承重梁顶面;纵向承重梁与主梁轨道一起提升安装,提升前承重梁横桥向与主梁轨道固定,待提升到位后,将承重梁旋转90°,整体落至基础横梁上。
4.5 上部结构整体提升施工
1)提升过程中,承重梁与主桁架采用3段钢丝绳沿主桁架纵向进行捆绑固定,待主桁架提升到位后,解除两端钢丝绳,进行承重梁旋转,旋转过程中确保分配梁保持水平。人工用钢丝绳将吊挂的分配梁进行转向,使其投影面转至与桩顶横梁垂直重叠,然后逐渐下放千斤顶,按比例进行卸载。
2)卸载过程中注意观察分配梁及桩顶横梁的变化,发现异常立即停止卸载并进行提升,将分配梁旋转回后将主桁架下放至地面再进行异常分析,不可整体悬挂过长时间。
3)提升到位后,进行两三角钢管桩基础间纵向平联剪刀撑的安装。
4.6 中支墩基础安装
1)中支墩基础与边墩基础安装方式相同,考虑到主梁轨道自重及上部桁吊自重,中支墩位置存在一定下挠,待中支墩基础钢管桩安装完成后,对提升站整体进行二次提升,待中支墩位置主梁轨道底标高达到设计标高后,安装中支墩承重梁,最后统一下落上部结构。
2)整体结构线形标高调整到位后,将主梁轨道与中支墩基础通过加劲构造焊接形成刚接模式,同时将边墩位置承重梁与基础焊接固定,并安装滑动支座,纵桥向设置限位钢板,达到设计状态。
3)拆除穿心千斤顶及钢绞线,完成提升站整体安装。
5 效益分析
通过计算分析,本提升站采用的连续千斤顶4点同步提升法比常规大节段安装方法节约安装费用55.46万元,缩短工期约10d;且大大减少了高空体立拼等工艺的研究探索,总结出一套双曲线钢管吊装作业的频率与时间,同时提高了施工效率。
6 结语
高空大跨径软弱地基固定式提升站设计与施工工艺解决了高空、大跨径、软弱地基、有限空间条件下提升设备的设计及安装难题,为类似项目的施工提供了宝贵的施工经验。
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