施工技术 桥梁架设中大型结构递进式柔牲预推技术 金健宋进军王炳岩 (中铁四局集团钢结构有限公司,合肥230022) 摘要:以柳州市双拥大桥钢梁的架设为背景,阐述大型钢箱梁多点递进式柔性顶推技术。主要介绍钢箱梁结构 形式的顶推施工方案及主要辅助设施和设备,并对顶推施工技术、纠偏技术及质量控制措施进行阐述。经顶推受 力分析,多点递进柔性技术能够满足钢箱梁的架设。该技术解决了采用缆索吊方案中缆索吊机无法安装在单主缆 上吊升钢箱梁的施工难题,并具有施工机械设备投入少,拼装平台施工有效地降低了安全风险等特点,对类似工程 有一定的借鉴意义。 关键词:桥梁架设;递进式柔性项推技术;双塔单主缆悬索桥;钢箱梁 THE PROGRESSIVE TYPE FLEXIBLE JACKING TECHNoLoGY OF LARGE STRUCrURE IN BRIDGE ERECTION Jin Jian Song Jinjun Wang Bingyan (Steel Structure Co.Ltd,of China Railway No.4 Engineering Group,Hefei 230022,China) ABSTRACt:The multi-points progressive flexible jacking technology of the large-scale steel box girder were introduced in the background of the erection of Shuangyong Bridge in Liuzhou.It focused on the jacking construction scheme of the steel box girder structural style and main auxiliary facilities and equipments,and described the jacking construction technology,rectification technology and quality control measures.By mechanical analysis,the multi— points progressive flexible jacking construction technology can meet the erection of the stee1 box beam.The technology can solve the problem which is hard to installing steel box girders in the cable erecting construction way, when the cable erecting construction way is adopted.And it is advantageous of mechanical equipment construction technology less inputting and assembly platform construction reducing the safety risk,etc,which has significance of reference for similar engineering. KEY WORDS:bridge erection;progressive type flexible pushing technology;double-tower single-cable suspension bridge;stee1 box girder 1工程概述 柳州双拥大桥呈西北一东南走向,西(北)岸位 于鹧鸪江旧码头,连接至北外环路;南东(南)岸位于 下茅洲屯以北,连接至双拥大道。该桥是连接柳北 成7类共53个节段梁段制作加工。单个节段最长 10 rn,最大达195 t。钢箱梁截面见图2。 钢塔为A型塔,塔柱为三角变曲面箱型结构。 索缆为单索缆,因此钢箱梁的安装架设采用缆索吊 装,因缆索吊机无处架设,钢梁起吊过程不能得到稳 片区和河东高新区的主要通道,对推进城市基础设 施总体规划的实施、完善城市道路路网、拓展城市空 间、改善城市环境、实现柳州大都市的战略目标具有 定的控制。为了解决钢梁架设难题,采取了多支点 自平衡递进式柔性顶推技术。 2技术原理 十分重要的意义。大桥全长1 938.091 m,其中主 桥横跨柳江,为钢箱梁单主缆地锚式双A型塔悬索 结构。悬索距桥面最小距离为8 m,主跨除靠近桥 塔处5对吊索为双面结构外,其余均为单索面结构。 主桥跨径布置为(40+430+40)m,钢梁采用扁平 多支点自平衡递进式柔性顶推技术是钢箱梁架 设时,设置钢箱梁节段拼接平台、顶推临时支墩(顶 推临时支墩之间设置水平约束钢绞线相互约束自平 衡),在顶推临时支墩顶设置多点顶推系统和液压滚 轮复合纠偏系统进行钢箱梁顶推架设的施工技术。 第一作者:金健,男,1982年出生,工程师。 Email:ggg ̄in@126.corn 流线型钢箱梁全焊结构。钢箱梁通过吊杆悬吊于悬 索上及通过索塔横梁支承于索塔上,双拥大桥主桥 整体结构立面如图1所示。 钢箱梁位于曲率半径25 500 ill的竖曲线上,全 宽38 m,中心高3.5 m,长508.58 m,达9 200 t,分 60 收稿日期:2012—02—09 钢结构2012年第5期第27卷总第159期 金健,等:桥梁架设中大型结构递进式柔性顶推技术 {E岸 、『1 .z4600( { l(】㈣=43㈣10 南一 -( 1抖]14 0000-.. ^ ; ) mIn1 ~ 1{ n T丌 。广Im叮_mTm 77 4(测时水位1 —-了一——_]j 一一5 蚀 【三;— 一 i 0\ 一~ 一、…一一一一 / .55(最高通航水位) a一立面、平面.b一主视 图1柳州双拥大桥整体结构示意 钢箱梁按从北岸向南岸的梁段编号顺序分轮次在节 段拼接平台上逐轮次拼接,递进顶推的施工技术。 在顶推过程中,设置于临时墩两侧防倾覆柱顶的液 压滚轮纠偏系统对钢箱梁的行进方向进行纠偏矫 图2双拥大桥钢箱梁标准断面示意 正。顶推临时支墩布置见图3。 毋 a一立面.b一平面 注:①号一⑩号为临时支墩编号。 图3顶推临时支墩布置 合柱的临时支墩,钻孔混凝土锚固钢管桩按顶推过 3施工工艺流程 程中支承钢箱梁的最大荷载和钢箱梁前进过程中给 予墩顶摩擦力的反力及支墩之间的水平钢绞线约束 力之综合作用工况进行设计。钢管组合柱之间设置 顶推时能自平衡的钢绞线水平约束索。 4.2滑道系统 I D号』临时墩 钢箱梁顶推过程工艺流程如图4所示。 施工平台、临时支】莉嘧q搭设1 1 钢箱梁顶推到位 堡 1 i 钢箱梁拼装f厂——丽藉秦 ] ——r—— 占 广一 导梁的拼装 钢箱梁的顶推 I 顶推滑道设置于顶推临时支墩顶,由分配梁、竖 曲线调整用液压千斤顶设备、滑道梁、滑道面、滑块 构成,如图5所示。下滑道面为厚3 mm不锈钢板 图4顶推施工工艺流程示意 焊接于滑道梁顶面,上滑道面为四氟乙烯滑块板面。 4系统组成 4.1支承系统 滑块的构成为滑道面四氟乙烯,滑道背面为橡胶。 在顶推施工过程中,钢箱梁底板压在滑块的背面,由 支承系统为钻孔混凝土锚固钢管桩上接钢管组 Steel Construction.2012(5),Vo1.27,No.159 于钢箱梁与滑块的摩擦系数(O.75)大于滑块与下滑 道面的摩擦系数(0.04),在受顶推系统牵引力的作 61 施工技术 用下,钢箱梁带着滑块一起在下滑道面上向前滑动 以形成顶推。 钢箱梁底板 平台。拼接平台立柱与顶推临时支墩构造相同,台 面比钢箱梁架设高度低1.2 m,采用巾630 Irlm× 8 mm钢管主梁,22号工字钢次梁,厚4 mm钢板面 板,长45 m,宽40 m,置于南岸主塔横梁两侧,满足 每个拼接轮次拼接4~5段钢箱梁(长10 m节段4 节,长7~9 m节段5节)。 4.4顶推系统 顶推滑移设备选用ZLDK自动连续顶推系统, 如表1、表2和图6所示。 表1连续顶推系统配置 图5顶推临时支墩顶滑道系统 4.3梁段拼接平台 钢箱梁全长508.58 m,共分成53个梁段加工 制作,采用贝雷片架设的提升门架提升至梁段拼接 表2 ZLD100自动连续顶推千斤顶技术性能 图8顶推机构顺桥向布置 图6连续顶推千斤顶、顶推泵站和 千斤顶及2台ZB10/S2—4/800液压泵站,每台泵通 过一个减压阀控制2台千斤顶,通过调整减压阀的 出口压力可以限制千斤顶的最大顶出力。竖向调节 千斤顶安装在滑道梁的正下方和垫梁上方,垫梁同 主控台三者关系示意 将顶推千斤顶、顶推泵站、竖向顶举千斤顶置于 主墩及临时墩墩顶,主控台置于拼装平台上。拉锚 器则安装在钢箱梁底部纵横隔板交界处(需在钢箱 梁底部开孔并做局部加强),墩顶顶推结构布置如图 7、图8所示。 时具有消散顶举千斤顶集中力的作用,垫梁和滑道 梁顺桥向沿顶推方向一端安装限位以抵消顺桥向的 水平推力(按300 kN设计)。 由于钢箱梁的刚度较小且竖曲线变化较大,因 此在顶推过程中需要不断地调整滑道的高度,避免 结构出现较大的应力。当需要对滑道梁进行竖向调 节时,通过调整置于垫梁和滑道梁之问的 YDG3O00S立式液压千斤顶的活塞行程来调整结构 图7顶推机构整体布置(单墩) 受力,当调整范围超过千斤顶行程时需通过增减千 顶推时主桥最大质量按9 000 t计,拟将滑道梁 制作成5 015 minx 1 600 mmX 1 095 inm的结构, 其下部的2根垫梁则为5 000 mm×900 mm× 560 mm。因此,在每个墩上配置4台3 000 kN顶举 62 斤顶钢支墩(高度分为5,10,15 cm三种)数量来进 行分级分次调整。每轮顶推结束时需在滑道梁下方 垫入临时调整垫块,然后千斤顶泄压回程将荷载从 千斤顶转移到垫块上,避免千斤顶长时间受力。 钢结构2o12年第5期第27卷总第159期 金4.5纠偏系统 健,等:桥梁架设中大型结构递进式柔性顶推技术 为保证钢箱梁的就位精度,除在顶拉系统上采 取措施外,并在钢箱梁纵、横两个方向上设置纠偏限 位系统(图9),以保证钢箱梁的就位精度。横向方 向上控制措施为:在钢箱梁顶板上沿中线部分设置 f 结构 臂道: £. L 清晰的标志,并设专人在引桥墩墩顶架设全站仪观 察钢箱梁顶推过程中中线标志,发现标志与全站仪 视线不在一条线上时,立即联系顶推指挥人员进行 调整。调整措施如下: 道1 图10顶推受力示意 1)将主动纠偏措施和被动纠偏措施整合,滚轴 放置在液压千斤顶和钢箱梁之间,在进行纠偏时,形 成滚动摩擦,使主动纠偏能做到连续动态纠偏,确保 l时,因总顶推力∑F=F1 q-F2不 当{F21 ̄<厂2.f钢箱梁就位精度。 2)在纠偏过程中只采用主动纠偏措施进行纠 偏,连续作用千斤顶不做纠偏运动,钢箱梁偏位误差 控制在30 mm,使梁体做蛇形运动,保证轴线位置 正确。 滚轴 、 ,.【 大于总静摩擦力∑厂= + ,所以结构不动。当 { 时,对于右侧摩擦副而言,静摩擦力,2迅 速降为动摩擦力厂2,,产生力差(引起顶推过程结构 跳跃的成因)△Fz—F2一 ,≥厂2+ ,一△f2,使结 构以左侧滑道某点为轴心产生逆时针旋转的加速运 动。根据力的平移定律,将△Fz平移至左侧顶推受 力点对左侧结构的受力进行分析。由于: f F1一F1 4-△ r rq r 以【l(}槽钢 / I2( 一 一 一 +(1) ^ ^ 三!塑 , 耄 l∑MQ一△F2(L +L ) > 一 <>//\\ I l 2 ) 8 ) 400 { 图9液压滚轮复合纠偏系统 ^^ 此时结构产生瞬间的逆时针转动,则左侧的摩 /^ 擦副虽未向前滑动,但也在转动;因此左侧的摩擦力 也立即降为 ,,此刻只要满足: 疗 > 一 > ∑F一∑f>0,即A<(F2一 )+F 一 疗厅 △Fz+F ,结构就能被顶推前移,则滑动后结构的 合扭矩为: 、, 5顶推过程受力分析 受力简图如图1O所示(以常见的双滑道结构为 例),假设在某一时刻两侧滑道的动摩擦力分别为 厂1,和fz,;最大静摩擦力分别为 和f2;两侧的施 加的顶推力分别为F 和Fz;结构质心距两滑道的 距离为Ll和L2。 ∑MH—EG +F2)一(, ,+ ,)](L +L )一F 一f 一△F2(L +L。)一(F 一 ,)(L +L2)(3) —l ∑MH>0 f ≥F >^,(顺时针转动,引起顶推过程结构左右摆动) :1 ∑MH一0 >F ===厂l,(不转动;引起顶推过程结构小幅偏转) 一1 (4) ∑MlH<0 A>厂1,>F (逆时针转动,引起顶推过程结构大幅偏转) 式中:F 为左侧滑道顶推力;AF。为右侧滑道顶推 力与右侧滑动摩擦力之差;F 为右侧滑道顶推力; △厂2为右侧静摩擦力与右侧滑动摩擦力之和;-厂J为 Steel Construction.2012(5),Vo1.27。No.159 左侧静摩擦力;MH为左右两侧受力之和的转矩; -厂 ,为左侧滑动摩擦力;MQ为右侧受力之和的转 矩;厂2为右侧静摩擦力;厂2,为右侧滑动摩擦力。 63 施工技术 因此,结构滑动后是顺时针还是逆时针转动是 不确定的。通过以上对结构滑动前、后状态的分析 可以得出结论:由于加工的差异、质量分配的差异、顶 6顶推过程 钢箱梁长508.58 m,分成53个节段制作,12个 拼接顶推轮次。其中第1轮次和第7轮次拼接顶推 5节段,其余轮次均拼接顶推4个节段。具体为:从 北岸第1个轮次吊上拼接平台,将5个箱梁间的环 形接头焊缝拼焊完成,检查合格后,启动顶推程序; 将第l轮往前顶推上2号临时支墩;然后,吊第2拼 接顶推轮次4个梁段上拼接顶推平台;将第2轮节 段相互之间以及与第1轮最后一个夹断间的焊缝拼 推设备施力的差异、环境对摩擦副的影响等诸多因素 的存在,造成了顶推过程中结构的摆动、偏转、跳跃现 象的发生。这些现象的出现使得顶推时结构处于一种 或多种失控状态,因此必须采取措施加以限制或消除。 由于本桥顶推结构比较特殊的单滑道结构,即 L为0,因此合转矩为0,即理论上钢箱梁在顶推过 程中不会发生偏转。即使由于加工的差异、质量分 配的差异出现质心偏移,其偏移量也在可控范围内 甚至可以通过增加配重的方式人为地加以消除,因 此可以做到钢箱梁在顶推过程中不会发生偏转。 焊合格,再启动设于平台及2号临时墩的顶推设备 将第1、第2轮梁段一起顶推上3号临时支墩。依 次操作,直至第12轮拼接完成,全桥顶推到位。顶 推流程如图¨一图13所示。 a一立面_b~平面 图11导梁上拼接顶推平台 b a~立面.b一平面 图12第1顶推轮次钢箱梁节段上拼接顶推平台 64 钢结构 2012年第5期第27卷总第159期 金健,等:桥梁架设中大型结构递进式柔性顶推技术 JI 南岸 f: 。。。●●_ ^’----喂粱门架 _。。。。。。 。。—— 一 钢管桩顶+105 37\ -…L J ¨ 兰一点 篁= £- - £- ■ 。。 硼。㈣ 3()o0 3(X)o 。 疆 rm .啊 l 号 r 、号 号 、 号 号 j号,'6号 号 a 、\ E 螺 一【三一 4 喂梁门架立柱 ,、、仨 盘 军 \ 遮壁 一 b a一立面.b一平面 图13第12轮钢箱梁段上拼接顶推平台 7结语 参考文献 柳州双拥道桥顶推架设施工始于2010年 [1]张晓东.桥梁顶推施工技术EJ].公路,2003(9):41—51. l1月,完成于2011年4月。架设施工使用了递进 [2]GB 50017--20O3钢结构设计规范[S]. [3]程慧琳益线桥顶推施工技术[j].铁道建筑技术,2o04(2):34— 式柔性顶推技术,工程架设质量通过架设过程中的 36. E4]刘业雄.公路桥梁钢箱梁顶推施工技术探讨EJ3.中国新技术 监控量测得到了有效控制。在顶推施工过程中未发 新产品,2009(9):65—66. 生任何安全事故。每个递进顶推轮次花费时间为两 Es3马茂华,张丽君.京山桥钢箱梁顶推施工技术EJ].铁道标准设 段拼焊8 d、顶推作业3 d,施工进度得到了有效保 计,2008(5):55—57. E6]蒋国民,陈辉,等.大跨度空间钢结构累计旋转滑移施工技术 证。该技术在钢桥架设上得到成功应用,并取得相 2J].钢结构,2009(8):75—8O. 应经验,可推广应用到更多的同类结构施工中。 E7]左钊,王志明,等.洋山深水港南北闸桥工程主拱施工技术 EJ].钢结构,2009(12):74—76. ・动 态・ 2012年3月21日,备受关注的第九届“坚朗杯”国际门窗幕墙行业精英高尔夫邀请赛在观澜湖高尔夫 球会圆满结束。此次“坚朗杯”高尔夫球邀请赛由中国建筑金属结构协会铝门窗幕墙委员会、台湾帷幕墙技 术发展协会、香港建筑幕墙装饰协会主办,广东坚朗五金制品股份有限公司承办。 应邀出席此次大赛的海内外知名门窗幕墙行业专家、房地产开发商、行业的领导超过300人,创造了“坚 朗杯”举办九届以来的又一个全新赛会纪录。据介绍,坚朗公司已经连续9年成功举办这样的行业高球赛 事,9年来,大赛累计参赛选手近3 000人次;每一次盛会都掀起了行业内一股高球热潮;9年来,坚朗促进了 行业内高尔夫运动的蓬勃发展,还引领了行业“健康、积极、向上”的潮流。此次大赛共由三个大环节构成。 上午9时30分,“坚朗杯”开幕式暨联谊招待酒会在轻松愉悦的氛围中拉开了球赛帷幕。主办单位相关领导 及坚朗公司总裁白宝鲲先生先后致辞,寄语门窗幕墙行业的大发展,邀请业界同仁一起创享门窗幕墙行业的 崭新未来。11:OO,球赛开始,整个比赛持续约5个小时。选手们个个意气风发,状态完美。 比赛结束后,每位选手都是满载而归,彼此沟通分享期间的喜悦。坚朗公司更是为大家准备了丰盛的晚 宴。晚宴现场气氛热烈,仿佛依然置身于球赛之中,延续着比赛中加深的友谊和快乐。同时坚朗公司还在晚 宴期间为大家精心组织安排了文艺演出,并且为获奖选手颁发奖杯及奖品。 “坚朗杯”高尔夫邀请赛的每一次成功举办,无不体现出门窗幕墙行业的勃勃生机。 Steel Construction.2012(5),Vo1.27.No.159 65