高空大跨径软弱地基固定式提升站设计与施工关键技术

作者:周国林 王海龙
单位:中交一公局第二工程有限公司
摘要:结合现场实际工况,主要从施工成本、安全性、可操作性等方面进行对比分析,设计出一种适用于高空、大跨径、软弱地基、有限空间等工况条件下的固定式提升站,并成功应用于温州瓯江北口大桥钢混组合梁安装施工。
关键词:桥梁工程大跨度软弱地基提升站反力提升架同步提升施工技术
作者简介:周国林,工程师,E-mail:1554006819@qq.com。
基金: -页码-:50-52,58

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)。

图1 北引桥钢混组合梁效果

   图1 北引桥钢混组合梁效果 

   Fig.1 Effect of steel-concrete composite girder of the north approach bridge

   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)。

图2 钢混组合梁标准横断面构造

   图2 钢混组合梁标准横断面构造  

   Fig.2 Standard cross section construction of steel-concrete composite girder

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。

图3 提升站构造(单位:cm)

   图3 提升站构造(单位:cm)  

   Fig.3 Structure of lifting station(unit:cm)

   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)。

图4 边墩及中间墩基础构造

   图4 边墩及中间墩基础构造 

   Fig.4 Foundation structure of side pier and middle pier

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)。

图5 提升架构造

   图5 提升架构造 

   Fig.5 Structure of lifting frame

   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。

    

参考文献[1]邓洪钧.160T提梁站设计与施工[J].城市建筑,2012(11):69-70.
[2]张文钊.高墩提升站在预制箱梁架设中的应用[J].山西建筑,2013,39(10):151-153.
[3]娄松.嘉绍大桥大吨位提升站设计与施工[J].世界桥梁,2012,40(2):16-19.
[4]刘宝生.山岭地区公路桥预制梁提升架设施工技术[J].施工技术,2018,47(18):46-49.
[5]金永忠.天兴洲大桥提升站设计及安装控制[J].武汉工程大学学报,2011,33(8):64-67,102.
[6]祝良红.金沙江特大桥预制箱梁提升施工技术[J].市政技术,2007(5):351-352.
Design and Key Construction Technology of Fixed Lifting Station Under High Altitude and Large Span and Soft Foundation Working Conditions
ZHOU Guolin WANG Hailong
(The Second Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Highway Engineering Co.,Ltd. Abstract:)
Abstract: Combined with the actual working conditions of the site,mainly from the construction cost,safety,operability and other aspects of the comparative analysis,a fixed lifting station which is suitable for high altitude,large span,soft foundation,limited space and other working conditions is design,the lifting station is successfully applied to installation construction of composite girder of Wenzhou Oujiang Beikou Bridge.
Keywords: bridges; large span; soft foundation; lifting station; reaction lifting frame; synchronous lifting; construction
1171 0 0
文字:     A-     A+     默认 取消