新建杭甬运河64m钢桁梁拼装施工技术

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  摘要结合杭甬运河1-64m双线下承式钢桁梁的施工,对跨越杭甬运河钢桁梁桥施工技术展开研究,阐述了新建杭甬运河特大桥钢桁梁施工作业方法,杭甬运河特大桥钢桁梁拼装施工方案的确立与实施,为今后大型结构跨越、公路、建筑物等提供了一些可借鉴的经验,
  关键词钢桁结合梁、主梁拼装 、施工技术
  Abstract: combining the Hangyong canal 1-64m double track of through steel truss girder construction to span, Hangzhou-Ningbo canal steel truss bridge construction technology research, elaborated new Hangzhou-Ningbo canal bridge steel truss girder construction operating method, the Hangzhou-Ningbo canal bridge steel truss girder erection construction plan and implementation, for the future large-scale structure, across highway the building, provides some useful experience for reference,
  Key words: steel truss composite girder, girder erection, construction technology
  中圖分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
  
  
  一.工程概况
  新建杭甬运河特大桥1-64m钢桁梁中心里程DK14+460.95,对应既有线里程为K14+470。钢桁梁为整体节点平行弦三角桁架下承式有碴桥面。桥面主桁桁宽11.5m,计算跨度64.0m,全长65.1m,桁高12.6m,横桥向支座中心距离为11.5m。其中主桁重近350t,联接系重70t,桥面系重180t,高强度螺栓近3万套23t。由于杭甬运河桥址处还未开挖,组拼钢梁即在桥址处进行。在主孔处搭设拼梁工作平台,做好工作平台基础处理,然后在上组拼钢梁。
  钢桁梁一期恒载结构自重约600t,钢桁梁主桁弦杆、端竖杆采用焊接箱型截面,上下平纵联斜杆基本采用“工”字型截面,主桁杆件采用高强度螺栓连接,钢梁按恒载挠度与静活载的一半设置上拱度,上拱度的设置采用伸长上弦杆拼接缝尺寸的办法实现,伸长值在上弦拼接中体现。运河桥开挖后运河规划为Ⅲ级航道,最高通航水位4.562m,通航净高7m,通航净宽60m.
  二.总体施工方案
  由于本桥址处运河尚未开挖,钢桁梁拼装采取就地膺架法拼装。钢桁梁由中铁宝桥钢构分公司汽车分批运送至施工地点。整个钢桁梁拼装平台采用6个临时立柱,钢桁梁拼装支架立柱、横梁、纵梁采用3排单层贝雷片组成,联系梁采用2排单层贝雷片组成。因离既有线比较近,防止机械侵入铁路限界,钢构件吊装时,吊机停放在远离既有线一侧空地上进行吊装,并且在吊装靠近铁路一侧的钢构件时,设置2道揽风绳,防止构件旋转进入铁路限界。吊机选用130t汽车吊。
   “施工区域铁路限界图”见下图
  
  
  
  钢桁梁见下图:
  
  
  
  三.主要施工工艺
   (一)钢梁的进场检验、存放与预拼
  1、杆件进场检验及缺陷处理
  钢梁进场后,按设计文件及《钢梁制造规则》对出厂提供的技术资料和实物进行检查核对。同时应对杆件基本尺寸、偏差、杆件扭曲、剪力钉尺寸偏差,焊缝开裂以及由于运输和装卸不当造成的损伤、油漆进行详细检查,并填写检查证。箱形弦杆对拼接头,因板厚及制造公差可能造成拼接板与被拼装板间出现间隙,对拼接板长期使用的疲劳影响极大,应在预拼场对杆件事先逐根检查,记载并对号入座处理,当间隙大于2mm时,应通知有关人员进行认定,方可将较厚被拼装板端打磨成1:10斜坡,以利拼接板的匀顺过渡;当间隙大于3mm时,应由工厂制造经板面处理的填板带在弦杆的外侧拼接面。竖杆、斜杆与整体节点系插入式拼装,除确认有驻厂监理出具的合格签证外,在工地预拼场应对整体节点板被插入部位的深部间距及杆件两端插入部位的高度逐个测量造册登记,同类型杆件与节点板进行优化匹配,以减少处理数量,出现损伤或超标的缺陷须进行处理。钢梁杆件在拼装部位有毛刺,焊接飞溅,应予铲除。杆件在运输作业造成局部变形,不影响杆件质量的,可用锤击或千斤顶作冷调整,锤击时垫衬板,不得直接击打钢板。
  2、钢梁杆件的存放
  钢梁预拼场地必须平整、坚实、道路畅通、具有良好的排水系统。预拼场临时支垫及固定台座要牢固,防止不均匀下沉导致杆件扭曲和倒塌。应按规定设置紧固件库房、油漆及工具库试验室等。
  3、钢梁杆件的预拼
  钢梁预拼的主要目的是在预拼场内将钢梁组件拼装成单元体,由上、下弦的拼接板或填板应在预拼场内预拼完成。钢梁预拼设置有专门的预拼台座,预拼台座根据具体的要求进行布置。预拼台座要保证被拼装杆件支座受力状态良好,避免杆件因预拼而发生变形或受损伤的现象。预拼时要按照单元组拼图、钉栓图、清查杆件编号和数量。在基本杆件上标出钉栓长度区域线,起吊重心位置和单元重量。预拼杆所带的拼接板,需要在预拼做永久连接的,应按要求实扭至设计力矩。
  杆件预拼后达到下列要求:
  预拼单元重量不得超过吊机额定重量。部件编号、数量和方向符合设计图或预拼图。板层密贴情况满足有关规范要求。光顶紧范围内接触面缝隙不大于0.2mm。支承节点磨光。杆上栓带的填板厚度公差宜与相拼装节点板厚度公差相同,为此在预拼场应对拼接板的平整度作出量测记录。铁路纵梁预拼,两片纵梁间距尺寸的容许偏差为±1mm,平面对角线的容放偏差为±2mm。
  栓孔重合率应达到工厂试拼质量要求。
  待安装的钢梁杆件和组合单元,应在节点板和拼接板位置标出桥上安装的螺栓长度、数量、拼装方向、重量和重心位置,但标示线不得侵入高栓垫圈范围。杆件组拼成单元栓合后,均应经值班技术人员检查,填写组拼杆件登记卡,须质检人员检查安装位置的匹配尺寸和连接处喷铝面质量等,经验收签证后才可上桥安装。预拼前应复验节点表面磨擦系数。下弦杆预拼后,节点端部进入孔须封盖严实并胶封。
  (二)钢梁拼装
  在钢桁梁拼装前,应对桥台、墩顶面高程、中线及各孔跨径进行复测,误差在允许偏差内方可安装。根据支架预压结果计算压缩量和钢梁预拱度值,在各节间的节点上设钢枕和钢板支垫,按计算值一次垫足标高。在拼装中为确保钢梁预拱度等质量要求,克服支架的“软支点效应”,严格要求每个节间拼装部位上足50%冲钉,其中大直径冲钉不少于6个。对已拼好的钢梁轴线和预拱度进行实测检查,在各个节点处用千斤顶进行调整,合格后按规定将高强度螺栓初拧和终拧。杆件拼装采用纵向分段拼装的方式进行,即一个节间的杆件拼装完毕,再继续拼装下一个节间,其拼装顺序是:下弦→下平纵联→横梁→纵梁→斜杆→竖杆→上弦→上平纵联→横联。按此拼装方式,结合拼梁吊机的性能,考虑杆件左右的对称拼装,组拼成闭合三角形,形成稳定的几何体系的要求。
  节点处设置千斤顶以调整预拱度。预拱度设置见下表:
  
  主桁上拱度值
  
  
  高强度螺栓连接副在运输过程中应轻装轻卸,储存时应分类分批存放,不得混淆,并防止受潮生锈,在施工前应进行外观检查并应在同批内配套使用。
  在施工前,高强度螺栓连接副应按出厂批号复验扭矩系数,每批号抽检不少于8套,其平均值和标准偏差应符合设计要求,设计无要求时平均值应在0.11~0.15范围内,其标准偏差应小于或等于0.01。复验数据应作为施拧的主要参数。
  拼装工艺
  ⑴捆吊拴捆前检查由预拼场发来的杆件是否符合拼装顺序,连接板是否已经预拼好,有无妨碍安装的螺栓等,接头处如有泥垢、冰块等杂物时,应清除,以免返工。拴捆时应注意杆件上标示的重力大小及重心位置。杆件宜用专用吊具拴捆、起吊,使弦杆、纵横梁等尽可能保持水平,竖杆保持竖直,斜杆保持40°~50°的倾角。拼装用脚手架应事先于节点板近旁,随同杆件一同起吊。起吊前应当核实杆件重力是否在吊机相应吊距的额定起重力以内,试吊后无意外再提升。对于重力很小的联系杆件和小立杆等宜采取长短千斤绳,将多根杆件成串吊起,逐个安装。也可将两组纵梁叠合一起,用千斤绳一次起吊。
  ⑵对孔杆件起吊就位后对孔时,应在栓孔基本重合的瞬间将小撬辊插入孔内拨正,然后微微起落吊钩,使杆件转动对合其他孔眼。弦杆宜先对近端孔眼;竖杆宜先对下端孔眼;斜杆宜先吊成较陡状态,待下端对合后再徐徐降低吊钩对合上端。冲钉只能用小锤轻轻敲入孔内。对孔困难时需查明原因,用千斤顶顶移或抬高某一部分使孔眼对齐。穿入栓钉,对好孔眼后,先在栓孔群四周打入四个定位冲钉,随即安装螺栓。确认板间无任何杂物后拧紧螺栓,同时安装其余栓孔的冲钉和螺栓。
  ⑶调整平、立面位置和拱度拼装工作开始后要随时观测钢梁的平立面位置,并及时进行调整。纵向分段拼装时,在拼完一个大节点后,立即用千斤顶按设计拱度起落已拼好的节点,并随即进行终拧,再进行下节间的组拼。在下一节间组拼完了调整拱度时,要复测已经终拧的节点拱度有无变化,如有变化,一并调整。因离既有线比较近,钢桁梁吊装时吊机停放在远离既有线一侧的空地上进行杆件吊装,同时当吊装靠近既有线侧的钢构件时必须设置2道揽风绳,防止构件转动侵入限界碰触到接触网线。
  (三)高强螺栓施拧
  本桥钢桁梁工地连接采用10.9S级M24高强螺栓。其施拧工艺流程见图。
  高强螺栓施拧工艺流程
  
  高强度螺栓施拧质量检查设专职人员进行检查,当天拧好的螺栓当天检查完毕。
  初拧检查:采用0.3kg小锤敲击螺母一侧,手按住相对的另一侧,如颤动较大者为不合格,应再初拧,同时用0.3mm塞尺插入杆缝,插入深度小于20mm者为合格,合格后划线。
  终拧检查:根据试验资料,采用紧扣法检查。首先检查初拧划线,在终拧后螺母的转动角度,即可判断是否漏拧,同时也可发现垫圈、螺杆是否转动,然后用标定好的指针扳手,再拧紧螺栓读取螺母刚刚转动时扭矩值。超拧、欠拧值均不大于实际规定值的10%。
  螺栓的检查数目及时间。主桁大小节点、纵横梁及联结系的栓群中螺栓的抽查数量为其总数的5%,但不少于5套。每個栓群不合格数量不超过抽查总数的20%。如超过此值,则继续抽查至累计总数的80%合格为止。然后对欠拧者补拧,超拧者更换螺栓重拧,检查需在该节点螺栓全部施拧完后24小时内完成。
  (四)贝雷粱支架验算
  钢桁梁总重600t,保守计算按2条纵梁承受全部重量,每条纵梁由3排单层贝雷片组成,长64m。每条纵梁承受的线性荷载为50KN/M,贝雷梁受力可以简化为5跨(12.8+12.8+12.8+12.8+12.8)的连续梁进行结构安全分析。
  场地地质资料:粉土,稍密,σ=110KPa.
  单片贝雷梁IX=250497.2cm4,Wx=3578.5cm3,E=2.1xMpa,容许弯矩Mx=788.2Kn.m,容许剪力QX=245.2KN.
  贝雷梁验算结果(按5跨连续梁计算):受力模型简化为下图:
  
   由此可以画出弯矩图、剪力图、支反力图、挠度图。
  1、弯矩验算:
  最大弯矩为:-851.78Kn.m<788.2*3kn.m
  2、剪力验算:
  
  最大剪力为:386.55Kn<3*245.2kn.
  3、位移验算:
  
  长期挠度值在消除结构自重产生的长期挠度值后梁式桥主梁的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600。最大挠度值:0.664*q*/(100EI)=0.664*50*12.8*12.8*12.8*12.8/(100*2.1**250497.2)=0.006m<12.8/600=0.021m
  4、基础承载力计算
  P=N/A由上图知最大的指点反力在支点2处=722.28KN贝雷梁柱下采用2m×12m×0.4Mc25砼基础,A=2×12=24m2P=(722.28*2+24×0.4×26)/24=70.6KPa,原场地填土为粉土,承载力为110Kpa ,对经过塘碴回填的地基经压路机压实后在浇筑40cm厚C25的混凝土地面可以满足承载力要求.
  结束语:
  新建杭甬运河铁路桥1-64m钢桁梁临近铁路既有线施工,由于采用现场就地膺架法拼装拼装,此施工方案节约了成本,减小了既有线施工安全风险,提高了工作效率。实际采用的方案投入设备少,施工周期短,拼装工作量减少,社会、经济效益显著,对铁路建设同类型桥梁施工具有一定的参考价值。
  参考文献
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  【7】《铁路营业线施工安全管理补充办法》(铁运[2010] 51号)
  【8】《上海铁路局营业线施工安全管理补充实施细则》(上铁运发[2010]161号)
  【9】《铁路营业线施工安全管理办法》(铁办[2008]190号)
  作者简介:王涛,男,助理工程师。
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