福廈鐵路廈門跨海特大橋48m簡支箱梁節(jié)段預制拼架施工技術
2017-06-05
1 工程概況
福廈鐵路廈門跨海特大橋全長5110.933m，跨越廈門西海灣，設計為雙線Ⅰ級鐵路橋梁。大橋橋跨布置為98×32m（簡支T梁）+31×48m（簡支箱梁）+10×32m（簡支T梁），其中98#墩～129#墩31孔簡支箱梁計算跨度48m，長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），梁段最大長度5.6m，最大吊重153t。梁段間通過長0.6m濕接縫相連接。單孔梁混凝土用量556.3m3，重1500t，鋼絞線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跨箱梁按設計要求，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預制梁段，同時拼裝造橋機。預制場內梁段起吊采用160t移動式龍門吊機，梁段成型后由預制場轉移到存梁場存放，達養(yǎng)護齡期后，梁段裝上運梁平車經橫移道運至提升站跨下，再由160t提升機垂直提升梁段上運梁支架并裝上橋面運梁臺車，運梁至造橋機尾部喂梁區(qū)，在喂梁區(qū)由安置在造橋機上的提梁吊機將梁段吊起并前移行進至跨中相應位置落梁，并按濕接縫要求間距起頂擺放好，然后再進行梁段的縱向、橫向及豎向三維空間位置精確就位。豎向按二次拋物線設置預拱度后，連接濕接縫波紋管、綁扎濕接縫鋼筋、安裝濕接縫內外模板、穿鋼絞線。再從兩側向中間對稱澆注濕接縫混凝土，待濕接縫混凝土強度達到80%后，進行第一批預應力鋼絞線張拉。第一批預應力鋼絞線張拉時，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。造橋機卸載后則前移進行下一孔梁的施工。第二批預應力鋼絞線張拉待造橋機通過后根據設計要求的強度及齡期進行。如此往復施工其它各梁段，直至完成全部施工。
2.1 梁場布置
2.1.1 梁場選址
梁場選址于高崎岸橋頭，但場地受既有鷹廈鐵路、正在施工的杏林公路大橋、水深達25m的航道限制，可供使用的場地極為狹小。因此，節(jié)約用地，合理規(guī)劃梁場成為組織好上部箱梁施工的關鍵。經反復進行方案比選及工期分析，最后確定因地制宜布置梁場，并臨時占用本橋130#墩～139#臺橋位，安排130#墩～139#臺先施工完基礎，再回填建造梁場，待梁段預制完成后，再施工墩臺身及其上部。
2.1.2 梁場布置
整個梁場沿既有線路堤右側布置，分箱梁預制區(qū)、存放區(qū)、橫移區(qū)、提升站四個區(qū)。預制區(qū)、存放區(qū)一字形布置在凈跨14m的160t龍門吊機左右側軌道范圍內；提升站布置在130#墩，橫跨起始跨端運梁支架，凈跨24m；存梁區(qū)與提升站通過橫移道相連通。130#墩-129#墩間布設運梁支架與架梁起始跨連通，運梁支架前期作為造橋機的拼裝支架。施工便道沿預制場右側平行布置，與橫移梁道平交，并連通海上棧橋。整個梁場呈“L”形排列，布局合理，節(jié)段梁制、運、架線路順暢，施工便道通暢無阻。
2.1.3 資源配置
整個梁場按單月制架3孔箱梁共27個節(jié)段進行設計及資源配置。
箱梁預制區(qū)布置8個預制臺座：標準段臺座4個、1#異形段正反各一、2#異形段正反各一；鋼筋成型胎座2個。配備模板四套：標準段2套、1#異形段1套、2#異形段1套；配備10t門式吊機一臺；另外與存梁場合用一臺160t移動式龍門吊機。
存梁區(qū)布置15個存梁臺座，按二層存放梁。
橫向移梁區(qū)設置梁體橫移軌道一道，配備160t運梁臺車一輛。
2.2 梁段預制
梁段預制采用傳統(tǒng)的施工工藝。模板采取制梁臺座水磨石面層作底模，側模、內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，門吊吊裝入模，再在現(xiàn)場綁扎頂板鋼筋聯(lián)結成整體。預應力管道采取鋼筋網格定位、抽拔橡膠管成孔?；炷翝沧⒉扇∠鹊装?，再腹板，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。
梁段預制中需要把握的關鍵問題有兩個，一是控制相鄰梁段相接面錯臺問題，要求控制好模板的制造、安裝質量；二是預應力孔道成孔問題。梁段孔道成孔采取抽拔橡膠棒成孔，因此施工中必須根據氣溫、混凝土特性等因素把握好橡膠棒抽拔時間，做到不坍孔，不損壞橡膠棒。
2.3 梁段運輸
梁段澆注成型并待混凝土強度達到80%設計強度后，即可吊梁移位。為保護吊梁龍門吊機安全，采用4臺100t垂直液壓千斤頂同步頂梁先消除掉箱梁底板與制梁臺座面間的附加吸附力后（千斤頂置于梁段底模上開設的4個方形孔中，頂端蓋有活動起頂蓋板），再利用龍門吊機起吊梁段并轉移到存梁區(qū)存放。
梁段運輸根據不同的區(qū)段采取不同的運輸轉移方式：預制區(qū)→存放區(qū)：采取160t移動式龍門吊機起吊運輸；存放區(qū)→提升站：采取運梁臺車作地面水平橫移；提升站→橋面：采取160t固定式提升機垂直提升再作橫移；橋面→造橋機尾部的喂梁區(qū)：采取運梁臺車作橋面水平縱移。
2.4 造橋機拼裝及試驗
2.4.1 造橋機構造
48米箱梁采用YZ1500t型移動支架造橋機拼裝、架設。造橋機主要承擔支承梁段組拼成型并完成梁段間濕接縫澆注的任務，實行"預制節(jié)段梁吊裝+原位現(xiàn)澆濕接縫+預應力鋼絞線張拉+卸載就位"的工作方法。
造橋機自重750t，額定提吊梁能力為160t。采用“連續(xù)千斤頂+鋼絞線拖拉，在滑座上滑行”方式行進。
造橋機由主桁梁、下托梁、橫聯(lián)、墩旁支架、160t提梁吊機、縱向牽引裝置、橫移機構及電器系統(tǒng)等八大部件構成。
主梁采用雙主桁結構形式，單組桁由兩片桁組成，桁間距2m，主桁高7.5m，導梁處桁高2.5m，全長112m。兩組內側主桁中心距11.2m，跨度48m。整個造橋機設五道橫聯(lián)。
造橋機主桁梁采用標準低合金鋼拆裝式桁梁，要求主桁跨度范圍的弦桿螺栓、栓釘屈服強度不小于480Mpa。造橋機下托梁設計成浮箱式，通過下水自浮實現(xiàn)跨間倒運。
因為在沿海施工，造橋機工作狀態(tài)按40m/s風速計算風壓。風力超過6級時，不得進行造橋機縱移，并采取抗滑移措施，風力超過8級時，停止造橋機作業(yè)。
2.4.2 造橋機拼裝、就位
造橋機拼裝場地設置在48m箱梁起始墩端頭，按左右兩主桁同時自前端至尾端順序拼裝成型。129#墩為拼裝造橋機時前支墩，后支墩新搭建，前、后支墩間距48米，跨間布置3個中間臨時支墩。造橋機拖拉及拼裝過程中必須保證其傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于1.5。
?。?）拼裝工藝
造橋機拼裝前先安裝129#墩墩旁支架，并利用鋼管及型鋼搭設后支墩及中間臨時支墩，后支墩墩頂安設橫移滑座，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)段長度12～16米，再分段吊裝上支墩對接成整體，中、上層桁梁則采取先在地面上將散件預拼成微小節(jié)段，然后吊裝與底層桁梁對接，以節(jié)省拼裝時間，加快拼裝速度。左右兩主桁拼裝過程中注意及時安裝橫聯(lián)，保證穩(wěn)定不傾覆。
提梁吊機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臨時支撐固定，再吊裝橫梁與兩立柱連接，安裝吊梁小車，最后解除立柱臨時支撐。
因本造橋機主桁梁設計采用標準低合金鋼拆裝式桁梁，主桁節(jié)點螺栓、栓釘材質為32MnSi。拼裝過程中應嚴格材料分類堆碼、裝箱，并做上明顯標記（進行不同顏色標識或鉆小孔標識），并在主桁組拼前對桿件、螺栓、栓釘進行必需的材質分析試驗，以確保所用材料材質符合設計要求。
（2）造橋機就位
造橋機拼裝成型后，拆除中間臨時支墩，則造橋機重量全部支撐在前后兩臨時支墩上。
安裝128#墩墩旁支架，并在該墩旁支架頂面左右側各布設一臺75t縱移千斤頂(行程1m以上)，穿上牽引鋼絞線。
啟動千斤頂，通過鋼絞線拖拉造橋機在滑座上滑行前進到起始跨（129#--128#墩）。拖拉過程中注意控制兩側主桁前移速度一致，控制位移偏差小于5cm。
造橋機縱行到位后，再實行其橫向精確對位，通過啟動橫移千斤頂調整實現(xiàn)。造橋機縱、橫向位置偏差均控制在±20mm之內。
抄實造橋機前后支點，安裝抗滑移裝置，則造橋機就位完畢。
（3）下托梁安裝
下托梁主要作為節(jié)段箱梁的支承平臺，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至待架孔位水面上，再利用提梁吊機的輔助吊具起吊下托梁安裝。
2.4.3 造橋機試驗
造橋機拼裝完成后進行拼裝后檢查，重點檢查項目有：①是否嚴格按模架總裝圖及主桁結構圖進行拼裝；②租賃、加工、拼裝的各個接口匹配情況；③桁架螺栓和栓釘材質是否符合設計要求，尤其需檢查主桁跨度范圍內的弦桿螺栓、栓釘材料屈服強度不得小于480Mpa；④對螺栓和栓釘逐一檢查，若有松動需重新擰緊。
造橋機就位處于拼架梁狀態(tài)條件下做靜載試驗，根據造橋機的安裝和使用特性對安裝和使用過程中各工況分別作應力、撓度測試及沖擊系數(shù)和穩(wěn)定性試驗。
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順序安放在造橋機腹內的下托梁上。初步就位由提梁吊機將梁段吊運到造橋機腹內指定位置。
（2）梁段平面精確就位
梁段平面位置精確就位是指梁段縱向、橫向兩個方向均調整到設計要求的位置。梁段初步就位后，利用導鏈等設備微調梁段，使梁段中線、距固定支座距離精確就位。橫向位置以設計線路中心線為基準，即要求線路中心線與梁體中心線重合，橫向中心線不得超過5mm?？v向位置考慮到預應力張拉及后期徐變引起混凝土收縮影響，梁段擺放時將梁體的縱向定位長度比設計長度多出25mm，做為收縮預留量，中間梁段按距固定支座距離內插。
?。?）梁段線形（豎向）調整
各節(jié)段梁按設計平面位置在造橋機內擺放就位，再利用測量儀器對所有節(jié)段進行中線復核，確認無誤后，則進行豎向線形調整。各梁段豎向按二次拋物線設置反拱度，標高以下?lián)隙葹闇?，偏差不得大?mm。
梁段豎向線形調整利用托梁千斤頂調整各節(jié)段豎向標高實現(xiàn)，千斤頂頂梁時注意四臺千斤頂要同時操作，同步起落，不允許出現(xiàn)三點受力現(xiàn)象發(fā)生，且應隨時用鐵板和硬質木塊抄墊，使節(jié)段梁不致在頂頭上滑移。
下?lián)隙戎翟O置需考慮以下因素：①為抵消預加應力引起的上拱，箱梁整孔組拼時須在梁跨中處設置反拱（下?lián)希?，各梁段支承處的反拱可按二次拋物線計算設置，反拱理論值按15天預施終張應力，60天鋪設二期恒載計算，直線梁為35.8mm，曲線梁為37.3mm。施工時可根據實際預應力施加時間及二期恒載上橋時間進行調整。②為抵消造橋機自重引起的下?lián)?，箱梁整孔組拼時須在梁跨中處設置反撓（上拱）。③為抵消節(jié)段梁自重引起造橋機下?lián)?，箱梁整孔組拼時須在梁跨中處設置反撓（上拱）。④為抵消濕接縫自重引起造橋機下?lián)?，箱梁整孔組拼時須在梁跨中處設置反撓（上拱）?？傁?lián)隙仍O置值即是以造橋機主桁澆注濕接縫后的豎向下?lián)隙扰c消除預加應力引起的上拱而設置的反拱的疊加值。128#-129#跨48m箱梁拼架線形調整計算見表2。
2.5.2 濕接縫施工
梁段組拼完成并精確就位后，即可進行濕接縫模板、鋼筋施工，并穿通長鋼絞線束。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，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應力管道采取內接方式連接，即將波紋管兩端各擰入相鄰兩梁段內不小于10cm,并用環(huán)氧樹脂砂漿密封。
2.5.3 預應力張拉及壓漿
濕接縫砼強度達到80%設計強度后進行一期張拉，再給造橋機卸載，使梁體自重及施工荷載轉由一期預應力承受。造橋機卸載后則縱向前移，進行下一孔梁的拼架。濕接縫砼強度及彈性模量均達到設計值且齡期不少于15d后進行二期預應力張拉，二期預應力承受設計荷載。
采用造橋機整孔拼架箱梁，一期張拉施工是一道關鍵工序。一期張拉過程是梁體進行自身受力的過程，對造橋機是一個卸載過程。由于造橋機是一彈性臺座，在張拉過程中，要保證梁體在自重、預應力和造橋機回彈反力作用下，其上、下翼緣砼始終處于受壓狀態(tài)而不出現(xiàn)拉應力，理論上應根據這兩個條件，計算分級卸載參數(shù)（按批張拉鋼束，分批計算下托梁上千斤頂所需要的下調量），以便施工時根據計算參數(shù)調整造橋機與梁底間千斤頂?shù)母叨?，控制造橋機對梁體反力大小，直至造橋機與梁底脫離，形成所需要的上拱度。
孔道壓漿在終張拉完成后48h進行，壓漿材料采用高性能無收縮防腐灌漿劑。
2.6 造橋機整機前移及拆除
一期張拉完成后，給造橋機卸載，造橋機則可縱向前移，開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，造橋機則后退一孔拆除。
3 結語
本橋施工場地狹小，又是海上施工，通過綜合分析工期、工法、成本，合理布置梁場，充分利用了有限的場地，實現(xiàn)了制梁、架梁的極佳匹配。造橋機低合金鋼特種材料數(shù)量大、進場難、易混淆，通過超前準備，嚴格分類管理，嚴格材質檢驗，確保了造橋機的優(yōu)質快速拼裝。造橋機拼裝支架與運梁支架合二為一設計，減少了投入，也節(jié)約了場地。造橋機下托梁充分利用海上施工自然條件，設計成浮箱式，實行海上自浮跨間倒運，方便了施工。
