1.前言
近年来交通量的急剧增长,桥梁跨径和桥面宽度均呈上升趋势,为满足实际要求,大跨径钢混组合梁斜拉桥应运而生.凭借其跨越能力强、材质均匀、整体性强、自重轻、强度高、抗风性能好、工厂化程度高、施工工期短等优点,钢混组合梁斜拉桥越来越多的受到国内外桥梁设计师和建设单位的青.
目前国内外钢混组合梁斜拉桥的施工,主要分为组合梁整体起吊安装、钢梁与混凝土桥面板分步施工两种方法.对于不具备通航能力河道;或者施工条件不满足大型机具设备作业条件时,一般采用钢梁与混凝土桥面板分步安装的施工方法.考虑组合梁的钢主梁因为其自重轻、几乎是等截面的优点,采用顶推法进行施工是最优选择之一,在此基础上,一般先进行钢混组合梁的顶推安装,然后在进行预制桥面板安装.钢混组合梁采用先叠合后带桥面板全断面顶推施工工艺,国内文献中未见技术特点相同的钢混组合梁全断面顶推施工案例的记载.
沾化一临淄高速公路,简称沾临高速,是山东省高速公路网“九纵五横一环七连”的重要一段,路线起点位于滨州市沾化区,建设工期为42个月,其中黄河特大桥为本项目的控制性工程.
黄河特大桥主桥为双塔双索面钢-混组合梁斜拉桥,跨径布置为8018044218080-962m,是目前黄河下游跨径最大的桥梁,且主梁采用的钢混组合梁带桥面板全断面顶推施工工艺在国内尚属首次,其顶推重量高达2.7万t.
图1-1黄河特大桥效果图
主梁采用双边钢箱钢-混组合梁,是由双边箱梁、工字形钢横梁与4块UHPC桥面板组合而成的整体式断面,全桥钢梁总长961.04米,全桥共计80个梁段;桥面板采用UHPC高性能混凝土,分为预制板及现浇湿接缝两部分,通过布置在钢主梁顶板上的剪力钉与钢主梁结合,全桥共计UHPC桥面板320块,钢混组合梁节段最大重量为410t.
图1-2钢混组合梁标准横断面构造图
本工法核心技术已取得发明专利3项,实用新型专利1项:发明专利:“一种UHPC钢混组合梁全断面顶推综合施工方法”,专利号:202111043780.4:发明专利:“一种无粗骨料UHPC钢混组合梁预制桥面板高温蒸养施工方法”,专利号:202111052872.9;“一种
UHPC桥面板湿接缝冬季施工养护装置及养护方法”,专利号:202310236482.X;实用新型专利:“一种UHPC钢混组合梁可调节滑移装置”,专利号:202122147584.3.
2023年9月18日,经中国公路学会组织成果评价,认定关键技术总体达到国际先进水平,其中全断面钢混组合梁顶推施工技术达到国际领先水平.
2.工法特点
2.1钢混组合梁带桥面板全断面顶推(先叠合再顶推)施工工艺;
2.2通过将常规的板单元组拼优化为块体单元组拼,并在后场提前完成块体单元打砂、涂装工序,到项目预制厂组拼成大块体(边箱)后,只需要进行焊缝补涂装,去除打砂厂房的投入.
2.3通过将原设计桥面板后场叠合调整为桥位叠合,并在桥位处采用流水线作业方式,在顶推平台上分别设置组拼区、桥面板湿接缝浇筑区域,通过工序分解,大大提高工效;同时成功将运输起重重量由原设计的410t降低到60t,大幅度降低施工安全风险及施工成本.
2.4通过对UHPC钢混组合梁可调节滑移体系进行技术优化,解决了常规滑靴无法进行线型调整的难题,避免了步履干斤项的高成本投入.
2.5通过虚拟顶推轨迹线与实际制造线型的对比,确定需要抄垫调整段落的长度(以1m为单位进行数据提取),确定钢梁最终顶推姿态,确保钢梁顶推施工过程受力均匀、稳定可靠.
2.6通过钢梁节段匹配卡件、每轮次顶推后全联通测、设置千斤顶阈值等方法,精确控制钢梁顶推过程中及最终定位的姿态与线型,保证了施工质量与施工安全.
3.适用范围
本工法适用于复杂线型钢-UHPC组合梁全断面超长距顶推的施工,其它类似的钢混组合梁带桥面板全断面顶推施工情况可参照.
4.工艺原理
4.1钢混组合梁块体单元组拼
主梁钢结构部分采用三地制作模式完成,即“钢结构制造场地(制造厂家)→后场组拼场地(预制厂)→顶推平台组拼场地(前场)”.
在制造场地进行钢板预处理、下料,板单元、钢边箱块体制作、涂装等工作;块体通过公路运输至后场拼装场地(预制厂)进行钢边箱连续匹配制作(钢边箱,并安装匹配件)、检测及焊缝补涂装,由于预制厂只需要进行焊缝补涂装,去除打砂厂房的投入.然后将钢边箱、横梁、小纵梁、桥面板通过运输车运至桥位处组拼成整体节段,成功将运输起重重量由原设计的410t降低到60t,大幅度降低施工安全风险及施工成本.
图41主梁钢结构部分施工模式图图4-2各区域工作任务划分图
4.2桥位拼装支架分区及流水化作业
桥位处拼装支架分为拼装叠合区和现浇养护区两个区域,拼装叠合区负责钢梁组拼、桥面板叠合工作;现浇养护区负责湿接缝浇筑、养生等强、预应力施工及顶推工作.
主梁在拼装叠合区叠合完一个顶推轮次桥面板后,采用滑移的方式将主梁滑移至现浇养护区,然后进行现浇养护区的工作,同时拼装
叠合区继续施工下一个顶推轮次的钢梁,两区之间循环流水作业,每个顶推轮次组拼4节段主梁.通过流水循环作业,缩减了每个顶推轮次作业时间,大大提升了施工功效.
图43拼装平台分区示意图(标准主梁节段)
图44主梁组拼-滑移-湿接缝-项推流水循环施工流程图
4.3可调节滑移体系技术优化
由于主梁在拼装叠合区完成组拼后,桥面板湿接缝未浇筑,根据设计计算:主梁悬臂不能大于4m,导致行走设备必须4m一道,若采用小型步履千斤顶,需投入24台,施工成本极高;因此,单轮次主梁在拼装叠合区叠合完后,只能采用滑移的方式将主梁滑移至现浇养护区.