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【摘 要】本文通过G045线赛-果公路改造工程第四合同段小半径曲线、大纵坡、大横坡的桥梁的施工,对山区小半径大纵坡预制箱梁安装技术进行探讨研究。
【关键词】小半径;大纵坡;箱梁安装技术
Discussion on mountanous area small radius longitudinal installation technology precast box beam
Liu Shang-fang, Wang Hao
(China Communication the second bureau the fourth Engineering Co., Ltd. Luoyang Henan 471013)
【Abstract】This article G045 Line Game - fruit section of highway reconstruction project of small radius curve of the fourth contract, large longitudinal, large cross slope of the bridge construction, a large longitudinal slope of the mountain of small radius of prefabricated box installation of technology research.
【Key words】Small radius; Large longitudinal; Box beam installation technology
1. 工程简介
G045线赛里木湖至果子沟口改建项目第四合同段路线总体呈现“S”形。桥梁最小曲线半径为270m(3处),最大纵坡为3.95%,最大横坡为6%,曲线段占整个桥梁的1/3。桥型平面布置如图1:
图1
箱梁安装采用先简支后连续,半幅四片梁布置、跨径40米。预制箱梁单片最大吊装重量为:边梁:1627.6KN;中梁:1505.4KN。如图2:
图2
2. 专用设备配置及性能简介
为满足270米小半径、3.98%纵坡、6%横坡的架梁需要,对现有架桥机与运梁车进行升级改造。
2.1 改造后YQ165T-40型架桥机简介如下:
2.1.1 YQ165T-40型架桥机主要结构:YQ架桥机其主体结构由主梁、起升系统、前支承、中支承、后支承、运梁平车、电气系统等组成。
2.1.2 架桥机主要技术参数:最大起重量: 165t;桥梁跨径:40m及以下;托轮组速度:3.08m/min;桥机横移速度:2m/min;天车提升速度:0.81m/min;天车运行速度:3.08m/min。
2.1.3 适应范围:最大爬坡能力:4%;可架斜桥角度:0～45°;可架曲线桥最小半径:270m;
2.2 运梁车的选取与对比(见表1):
3. 箱梁安装施工
3.1 架桥机安装及调试。
架桥机在拼装前,先根据桥梁的相关参数如上部结构的组成、架设箱梁的最大宽度、平曲线半径、横坡、纵坡等情况来决定架桥机两主梁间距、主梁间是否拉斜。在拼装时主梁中心距一般调整到最大,以保证架桥机架梁及后退时的稳定性。
架设直桥及大半径曲线桥架桥机两主梁间不用拉斜,斜桥、小半径曲线桥则需拉斜,主梁拉斜角度根据斜桥角度及小半径桥内外弦线与盖梁中心线的夹角来确定。根据现场实际条件架桥机主梁间距确定为6.4m,先架设的大桥1~4跨位于直线上,两主梁间先不拉斜。由于路基长度仅为60m而架桥机长度为70m,路基处无法完整的将架桥机拼装完成,根据现场的实际地形,将大桥第一跨处场地平整后(40m跨),与路基一起作为架桥机的拼装场地。
3.2 架桥机各工况受力验算:
3.2.1 架桥机过孔抗倾覆系数计算:
过跨稳定系数计算:
过孔稳定系数:n=稳定力矩/倾覆力矩=M倾/M稳=32183.7KN•m /15138.8 KN•m =2.1
防风抗倾覆系数计算:
工作状态抗风稳定系数:K工=5738.8KN•m /2620.8 KN•m =2.2>1.3
非工作状态抗风稳定系数:K非=5738.8KN•m /3230.6 KN•m =1.8>1.3
通过计算,在各种工况下,架桥机整机抗倾覆稳定系数均>1.3,满足《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)的相关规定。
3.2.2 YQ165-40架桥机过孔时阻力计算:
架桥机自身过孔总阻力为:
上坡:P总上=25.5+23.9+146.2=196.5KN
下坡:P总下=-25.5-23.9+146.2=96.8KN
运梁轮胎车运行总阻力:
上坡:P总上=总风荷+摩擦力+重力分力=P风+P磨+P坡=27.4+45.3+71.7=144.4KN
下坡:P总下=总风荷+摩擦力+重力分力=P风+P磨-P坡=27.4+45.3-71.7=1KN
架桥机自身与轮胎运梁平车过孔总阻力:
上坡:P合=196.5+144.4=340.9KN
下坡:P合=96.8+1=97.8KN
3.2.3 轮胎运梁平车对地压强计算:当运梁平车运梁时,单个轮胎承载力5.8t时,接地压强为:P=F/S=5800/1144.5=5.1Kg/cm2=0.51MPa
3.2.4 轮胎运梁平车过湿接缝、中央分隔带处理方案验算:
σ=M/W=0.725×105/35.8×2=1063Kg/cm2<1400Kg/cm2
钢板在槽钢端头与混凝土梁相接处,只有钢板承载轮胎压力, 轮胎对钢板的压力变为钢板的剪应力:每个轮胎对应钢板宽度为179.33×2=358.66mm,许用剪应力为850Kg/cm2每个轮胎对应钢板的许用剪应力为:τ=5.8t/35.8=162Kg<850Kg
3.2.5 箱梁在运梁过程中防滑移验算:
箱梁所受摩擦力:f=μmgcosθ=0.3×165×9.81×0.9992=485.2KN,μ:箱梁底部与运梁平车上木板摩擦系数 取μ=0.30(《桥梁施工工程师手册》 p.22,硬木与花岗岩的摩擦系数:摩擦面潮湿 0.1 摩擦面干燥 0.3,实际取0.3),F总=F1+F2=4.29+63.9=68.19KN
故f>> F总,所以在运梁状态下,箱梁抗滑移状态满足要求。
3.3 架桥机过孔(R=278m):
3.3.1 步骤一:将装有箱梁的运梁平车开到架桥机尾部作配重用,前、后天车运行到架桥机尾部,增加架桥机过孔时后支承行走装置行走时的摩擦力。架桥机架梁完成后准备过孔时的状态如图3:
图3
3.3.2 步骤二:将架桥机前、后支承升起,使中支承反向托轮组脱离架桥机主梁,用前天车将中支承反向托轮组调离中横移轨道放置在桥面上,然后用前天车吊装中横移轨道至已架好跨端,安放平顺后(此时中横移轨道轴线不一定要与前方盖梁中心线平行,能保证过孔就可),再放上中支承反向托轮组。中支承放好之后,前主液压千斤顶下降使架桥机主梁落到中支承轮箱托轮上。
主梁拉斜操作:拉斜原因:架桥机过孔后的最佳状态为:“两平行”,一是架桥机两主梁中心线与待架跨梁片中心线平行;二是架桥机前支承同时到达前一孔盖梁,当前支承放下时其中心线与盖梁中心线平行(横桥向)。这样会方便前横移轨道的铺设及后续架桥机架设边梁的顺利。
直线段桥机过孔时两主梁与前盖梁垂直,不用拉斜;而在小半径曲线处过孔时,必须对架桥机的两主梁进行拉斜操作。
如待架跨为R=278m小半径曲线跨,已架跨为直线跨,根据R=278m小半径曲线处的桥梁参数,架桥机中横移轨道放好后(与待架跨盖梁中心线平行),架桥机两主梁前端距离前一孔盖梁中线(横桥向)的垂直距离相差32.6cm,这样架桥机过孔后前支承中心线与前一跨盖梁中心线存在4.122°的交角,若过孔后桥机在悬臂状态下对其主梁进行前后错动32.6cm的调整,调整幅度太大,不安全因素急剧增加。因此为保证架桥机过孔后其调整幅度变小,主梁拉斜操作必须在架桥机过孔前首先完成。
3.3.3 步骤三:开动后驱动行走装置及中支承反托轮箱装置使架桥机向前纵向过孔。过孔时,架桥机中支承机构作为架桥机过孔的一个支点,仅该处反托轮箱组开动,与后支承处的行走机构一起为架桥机过孔提供动力,而不发生横移。反托轮箱上的转盘随架桥机主梁一起转动,防止主梁悬出轮箱。后支承行走机构的运行轨迹为弧线形,行走半径R=272m(距桥梁中心线6m),后支承行走39.129m后,架桥机过孔到位。在过孔过程中,架桥机主梁以带转盘的中托轮箱为支点平面顺时针转动8.244°。
架桥机大纵坡过孔时采取的措施:桥梁纵坡最大为3.95%,架桥机下坡过孔时,为保证施工安全,架桥机主梁应基本保持水平状态。在实际过孔中主梁不可能完全处于水平状态,故而只能允许主梁在不大于1%坡度内上下波动,以保证:1.主梁不发生滑移;2.天车不下溜。 架桥机过孔前,调整前、中支承处的液压千斤顶,使架桥机主梁坡度为-1%,调整到位后中支承保持不动,架桥机开始过孔。架桥机过孔后位置如图4:
图4
3.4 278m小半径曲线处架梁。
当架桥机两主梁中轴的中线与盖梁中线(左幅、顺桥向)重合时,此时喂梁位置最佳。所架设的桥梁中梁宽均为2.4m,加上两边预留的湿接缝钢筋,总宽为2.88m;位于直线跨上的边梁宽为2.725m,加上湿接缝钢筋宽为2.965m;位于R=278m小半径曲线上边梁(Z8-4,E=44.7cm)最宽为3.172m,加上湿接缝钢筋宽为3.412m。架桥机净宽4.928m,如预制箱梁沿架桥机中心线进梁,则两侧各有0.758m的空间。
4. 结束语
由于我国小半径曲线、大纵坡、大跨度的预制梁桥的建设水平还处于摸索阶段,一般小半径曲线桥施工工艺则停留在支架现浇阶段。R=270m的小半径曲线、40m跨预制梁的安装施工在国内尚属首例,国内缺乏同类型小半径曲线桥梁预制安装成熟施工经验可供借鉴。因此,所解决的小半径曲线处预制梁的安装问题,对山区小半径、大纵坡桥梁施工等类似工程有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 《桥梁施工工程师手册》
[2] 《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
[文章编号]1006-7619(2010)06-21-576
[作者简介] 刘尚芳(1967-),女,高级工程师,1990年毕业于长沙交通学院,现任中交集团第二公路工程局第四工程有限公司项目管理部技术管理和贯标管理工程师。王豪(1968-),男,教授级高工,1990年毕业于长沙交通学院,现任中交集团第二公路工程局第四工程有限公司总工程师。
【关键词】小半径;大纵坡;箱梁安装技术
Discussion on mountanous area small radius longitudinal installation technology precast box beam
Liu Shang-fang, Wang Hao
(China Communication the second bureau the fourth Engineering Co., Ltd. Luoyang Henan 471013)
【Abstract】This article G045 Line Game - fruit section of highway reconstruction project of small radius curve of the fourth contract, large longitudinal, large cross slope of the bridge construction, a large longitudinal slope of the mountain of small radius of prefabricated box installation of technology research.
【Key words】Small radius; Large longitudinal; Box beam installation technology
1. 工程简介
G045线赛里木湖至果子沟口改建项目第四合同段路线总体呈现“S”形。桥梁最小曲线半径为270m(3处),最大纵坡为3.95%,最大横坡为6%,曲线段占整个桥梁的1/3。桥型平面布置如图1:
图1
箱梁安装采用先简支后连续,半幅四片梁布置、跨径40米。预制箱梁单片最大吊装重量为:边梁:1627.6KN;中梁:1505.4KN。如图2:
图2
2. 专用设备配置及性能简介
为满足270米小半径、3.98%纵坡、6%横坡的架梁需要,对现有架桥机与运梁车进行升级改造。
2.1 改造后YQ165T-40型架桥机简介如下:
2.1.1 YQ165T-40型架桥机主要结构:YQ架桥机其主体结构由主梁、起升系统、前支承、中支承、后支承、运梁平车、电气系统等组成。
2.1.2 架桥机主要技术参数:最大起重量: 165t;桥梁跨径:40m及以下;托轮组速度:3.08m/min;桥机横移速度:2m/min;天车提升速度:0.81m/min;天车运行速度:3.08m/min。
2.1.3 适应范围:最大爬坡能力:4%;可架斜桥角度:0～45°;可架曲线桥最小半径:270m;
2.2 运梁车的选取与对比(见表1):
3. 箱梁安装施工
3.1 架桥机安装及调试。
架桥机在拼装前,先根据桥梁的相关参数如上部结构的组成、架设箱梁的最大宽度、平曲线半径、横坡、纵坡等情况来决定架桥机两主梁间距、主梁间是否拉斜。在拼装时主梁中心距一般调整到最大,以保证架桥机架梁及后退时的稳定性。
架设直桥及大半径曲线桥架桥机两主梁间不用拉斜,斜桥、小半径曲线桥则需拉斜,主梁拉斜角度根据斜桥角度及小半径桥内外弦线与盖梁中心线的夹角来确定。根据现场实际条件架桥机主梁间距确定为6.4m,先架设的大桥1~4跨位于直线上,两主梁间先不拉斜。由于路基长度仅为60m而架桥机长度为70m,路基处无法完整的将架桥机拼装完成,根据现场的实际地形,将大桥第一跨处场地平整后(40m跨),与路基一起作为架桥机的拼装场地。
3.2 架桥机各工况受力验算:
3.2.1 架桥机过孔抗倾覆系数计算:
过跨稳定系数计算:
过孔稳定系数:n=稳定力矩/倾覆力矩=M倾/M稳=32183.7KN•m /15138.8 KN•m =2.1
防风抗倾覆系数计算:
工作状态抗风稳定系数:K工=5738.8KN•m /2620.8 KN•m =2.2>1.3
非工作状态抗风稳定系数:K非=5738.8KN•m /3230.6 KN•m =1.8>1.3
通过计算,在各种工况下,架桥机整机抗倾覆稳定系数均>1.3,满足《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)的相关规定。
3.2.2 YQ165-40架桥机过孔时阻力计算:
架桥机自身过孔总阻力为:
上坡:P总上=25.5+23.9+146.2=196.5KN
下坡:P总下=-25.5-23.9+146.2=96.8KN
运梁轮胎车运行总阻力:
上坡:P总上=总风荷+摩擦力+重力分力=P风+P磨+P坡=27.4+45.3+71.7=144.4KN
下坡:P总下=总风荷+摩擦力+重力分力=P风+P磨-P坡=27.4+45.3-71.7=1KN
架桥机自身与轮胎运梁平车过孔总阻力:
上坡:P合=196.5+144.4=340.9KN
下坡:P合=96.8+1=97.8KN
3.2.3 轮胎运梁平车对地压强计算:当运梁平车运梁时,单个轮胎承载力5.8t时,接地压强为:P=F/S=5800/1144.5=5.1Kg/cm2=0.51MPa
3.2.4 轮胎运梁平车过湿接缝、中央分隔带处理方案验算:
σ=M/W=0.725×105/35.8×2=1063Kg/cm2<1400Kg/cm2
钢板在槽钢端头与混凝土梁相接处,只有钢板承载轮胎压力, 轮胎对钢板的压力变为钢板的剪应力:每个轮胎对应钢板宽度为179.33×2=358.66mm,许用剪应力为850Kg/cm2每个轮胎对应钢板的许用剪应力为:τ=5.8t/35.8=162Kg<850Kg
3.2.5 箱梁在运梁过程中防滑移验算:
箱梁所受摩擦力:f=μmgcosθ=0.3×165×9.81×0.9992=485.2KN,μ:箱梁底部与运梁平车上木板摩擦系数 取μ=0.30(《桥梁施工工程师手册》 p.22,硬木与花岗岩的摩擦系数:摩擦面潮湿 0.1 摩擦面干燥 0.3,实际取0.3),F总=F1+F2=4.29+63.9=68.19KN
故f>> F总,所以在运梁状态下,箱梁抗滑移状态满足要求。
3.3 架桥机过孔(R=278m):
3.3.1 步骤一:将装有箱梁的运梁平车开到架桥机尾部作配重用,前、后天车运行到架桥机尾部,增加架桥机过孔时后支承行走装置行走时的摩擦力。架桥机架梁完成后准备过孔时的状态如图3:
图3
3.3.2 步骤二:将架桥机前、后支承升起,使中支承反向托轮组脱离架桥机主梁,用前天车将中支承反向托轮组调离中横移轨道放置在桥面上,然后用前天车吊装中横移轨道至已架好跨端,安放平顺后(此时中横移轨道轴线不一定要与前方盖梁中心线平行,能保证过孔就可),再放上中支承反向托轮组。中支承放好之后,前主液压千斤顶下降使架桥机主梁落到中支承轮箱托轮上。
主梁拉斜操作:拉斜原因:架桥机过孔后的最佳状态为:“两平行”,一是架桥机两主梁中心线与待架跨梁片中心线平行;二是架桥机前支承同时到达前一孔盖梁,当前支承放下时其中心线与盖梁中心线平行(横桥向)。这样会方便前横移轨道的铺设及后续架桥机架设边梁的顺利。
直线段桥机过孔时两主梁与前盖梁垂直,不用拉斜;而在小半径曲线处过孔时,必须对架桥机的两主梁进行拉斜操作。
如待架跨为R=278m小半径曲线跨,已架跨为直线跨,根据R=278m小半径曲线处的桥梁参数,架桥机中横移轨道放好后(与待架跨盖梁中心线平行),架桥机两主梁前端距离前一孔盖梁中线(横桥向)的垂直距离相差32.6cm,这样架桥机过孔后前支承中心线与前一跨盖梁中心线存在4.122°的交角,若过孔后桥机在悬臂状态下对其主梁进行前后错动32.6cm的调整,调整幅度太大,不安全因素急剧增加。因此为保证架桥机过孔后其调整幅度变小,主梁拉斜操作必须在架桥机过孔前首先完成。
3.3.3 步骤三:开动后驱动行走装置及中支承反托轮箱装置使架桥机向前纵向过孔。过孔时,架桥机中支承机构作为架桥机过孔的一个支点,仅该处反托轮箱组开动,与后支承处的行走机构一起为架桥机过孔提供动力,而不发生横移。反托轮箱上的转盘随架桥机主梁一起转动,防止主梁悬出轮箱。后支承行走机构的运行轨迹为弧线形,行走半径R=272m(距桥梁中心线6m),后支承行走39.129m后,架桥机过孔到位。在过孔过程中,架桥机主梁以带转盘的中托轮箱为支点平面顺时针转动8.244°。
架桥机大纵坡过孔时采取的措施:桥梁纵坡最大为3.95%,架桥机下坡过孔时,为保证施工安全,架桥机主梁应基本保持水平状态。在实际过孔中主梁不可能完全处于水平状态,故而只能允许主梁在不大于1%坡度内上下波动,以保证:1.主梁不发生滑移;2.天车不下溜。 架桥机过孔前,调整前、中支承处的液压千斤顶,使架桥机主梁坡度为-1%,调整到位后中支承保持不动,架桥机开始过孔。架桥机过孔后位置如图4:
图4
3.4 278m小半径曲线处架梁。
当架桥机两主梁中轴的中线与盖梁中线(左幅、顺桥向)重合时,此时喂梁位置最佳。所架设的桥梁中梁宽均为2.4m,加上两边预留的湿接缝钢筋,总宽为2.88m;位于直线跨上的边梁宽为2.725m,加上湿接缝钢筋宽为2.965m;位于R=278m小半径曲线上边梁(Z8-4,E=44.7cm)最宽为3.172m,加上湿接缝钢筋宽为3.412m。架桥机净宽4.928m,如预制箱梁沿架桥机中心线进梁,则两侧各有0.758m的空间。
4. 结束语
由于我国小半径曲线、大纵坡、大跨度的预制梁桥的建设水平还处于摸索阶段,一般小半径曲线桥施工工艺则停留在支架现浇阶段。R=270m的小半径曲线、40m跨预制梁的安装施工在国内尚属首例,国内缺乏同类型小半径曲线桥梁预制安装成熟施工经验可供借鉴。因此,所解决的小半径曲线处预制梁的安装问题,对山区小半径、大纵坡桥梁施工等类似工程有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 《桥梁施工工程师手册》
[2] 《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
[文章编号]1006-7619(2010)06-21-576
[作者简介] 刘尚芳(1967-),女,高级工程师,1990年毕业于长沙交通学院,现任中交集团第二公路工程局第四工程有限公司项目管理部技术管理和贯标管理工程师。王豪(1968-),男,教授级高工,1990年毕业于长沙交通学院,现任中交集团第二公路工程局第四工程有限公司总工程师。