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大跨度钢结构景观桥安装技术

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浏览:- 发布日期:2019-06-25 11:00:00【


大跨度钢结构景观桥安装技术


【摘 要】钢结构景观桥造型美观、跨越能力强,具有良好的景观效应,未来修建大跨度钢桁架拱桥具有良好的前景。论文以南外滩大跨度钢结构景观桥为例,介绍了大跨度钢结构桥安装中的施工步驟和细节和关键技术,保证了钢结构施工的顺利进行与完成,为类似工程的施工提供了经验。

1 工程概述

南外滩大跨度钢结构景观桥位于徐汇区龙华港汇入黄浦江呈喇叭型的入口处,河口宽度50m~110m。钢桥主梁采用双孔全钢全焊接桁梁组合结构,桥总长82.5 m +82.5m=165m。钢桁梁桥为两层结构,上层为宽度25m的机动车道,下层为宽度13.7m~10.1m的非机动人行通道,层高为10.5m~5.88m,总重量约3220t。钢桥南北两侧均采用一联90m预应力砼连续箱梁。由于该钢桥造型独特、气势恢弘,与黄浦江对岸的上海世博园区建筑交相辉映,因此徐汇区政府将滨江大道的钢结构桥工程确定为与世博会配套的特殊景观工程。

2 钢桥安装的总体设想

本钢桥由工厂制作,施工单位现场进行安装。为使钢桥安装后线型光顺,质量符合要求,安装总体思路如下:现场各分段定位时,其相对标高、起拱尺寸、分段之间的间隙,必须严格与制造厂总装胎架上的相应参数相同。即现场安装后的钢桥,理论上应还原钢桥在制造厂总装胎架上的线型。[1]

3 钢桥安装工程的特点和难点

①钢桥分段尺寸和重量大、结构复杂、对接难度大。本钢桥主受力构件为双榀钢桁架结构,分段对接时,除上下弦杆4组外,尚有2组斜杆和2组上下桥面结构系统,对接分段稍有歪斜,便会引起杆件中心偏离和对接缝超宽现象[2]。②现场水、陆域情况复杂。现场安装区域陆上有龙华港和船坞2个水域,地下有M7号轨道交通线2条穿越,龙华港和船坞还有防汛墙包围,龙华港水域严重淤积需要挖泥,这些都给临时支撑的设置和起重船定位和锚泊带来严重困难和风险。③现场为黄浦江主航道水域,江面狭窄。安装现场的黄浦江宽度仅为350m左右,而起重船工作时,需横向锚泊,为尽量减小吊装作业对黄浦江水域交通带来的影响,海事部门提出了每天全封航时间不能超过2h的苛刻要求。④由于地形限制,有超过半数分段不能实施双钩吊装。单钩吊装对重心位置正确性有很高要求,否则水平姿态的控制不好,构件就位变得十分困难,特别是对长度达到40m以上构件。

4 吊装前现场必须实施的几项特殊工艺措施

根据以上特点和难点分析,吊装前必须做好以下几项特殊工艺措施。

4.1 现场水域的清淤和防汛墙加固

吊装现场龙华港河口因常年回淤,退潮时基本露出滩涂。经测量实际河床泥面高程为±0.00~1.5m,根本无法满足起重作业船吃水要求,必须进行大范围清淤工作。另外,由于清淤深度和位置均达到了防汛墙根基的临界位置以及涉及到地铁M7号线复盖层厚度,从而危及防汛墙和轨道线安全,在安装前采取清淤和防汛墙加固,做法为:距南端防汛墙7m处打12m长4#钢板桩105根,入土深度9m,防汛墙与钢板桩之间回填土高度+3M,钢板桩上端围檩处设置间距1.5~2.0m规格为ф32×10M拉杆,与陆上基础进行锚固。

4.2 水位的监测

由于清淤深度勉强达到了起重船最低要求水深,为了保证起重船作业安全,在现场水域设立了水位标尺。水位标尺可以指示起重作业时的水深,提醒起重船船长在退潮时水深达到临界船舶吃水时提前停止作业撤离现场。

5 安装方案的实施

5.1 分段划分和起重船选择

根据现场施工条件和现有船机设备,作了多个分段吊装的方案。我们主要根据以下几个因素,对方案进行了筛选:①分段的划分应满足钢桥的结构特点和节点要求。②分段的长度应满足现场轨道交通和防汛墙对临时支撑设置位置限制的要求。③分段重量应满足现有起重船的起重特性要求。④起重船主尺度应满足现场水域的特殊要求,并对黄浦江航道影响为最小。

根据以上要求,最终选择了将主桥分为5个阶梯型分段的安装方案,每个分段重量控制在1000t以内,采用一艘1000t起重船进行单钩或双钩吊装。

起重船选用秦航工68#,该船的技术参数如下:①主尺度L×B×D×d(长×宽×型深×最大吃水)=78m×30m×5.6m×4.2m;②主钩吊重550t×2,副钩吊重130t×2;③本工程起重船最大工作吃水4m。

5.2 分段安装的顺序和起重船现场布置

一般情况下,分段吊装的顺序均为先中间后两侧,这有利于减小分段的偏位和构件就位,但是本工程中,由于起重船在吊装最南侧分段时,由于偏角太大,导致起重船吊臂将要与先安装完的南侧第二分段钢桥翼缘相碰,所以只能采用分段依次从南侧到北侧的吊装方案,除了中间分段和北2段因起重船与分段正交可以采用双钩吊装外,其余分段与起重船偏角过大,只能采用单钩吊装方案。分段重量570t和590t均已超过起重船单钩550t额定起重量,所以我们另外配置了一只起重量大于590t的回转吊钩。

5.3 分段临时支撑的设置

考虑到钢桥分段重量较大,有大部分支撑设于水域部分,同时为了减少支撑对轨道交通线和防汛墙影响,所以临时支撑全部采用了桩基方案。[3]

临时支撑共有三种形式:第一种位于陆域部分,采用的是钻孔灌注桩上设置砼承台支承方式。第二种位于龙华港内,采用的是钢管桩上设置钢平台的支承方式。钢管桩由于上部悬臂较大,安装过程中顶部有可能发生水平位移,所以每根钢管桩顶部之间设置了桁架型支撑。第三种是钢砼混合式、位于跨骑在防汛墙上的临时支撑,其中陆域为钻孔灌注桩,水域为钢管桩,顶部再浇筑砼承台。承台顶标高根据该位置钢桥下弦杆底标值和吊装时所用钢垫墩高度综合考虑后确定。

临时支撑的钻孔灌注桩和钢管桩经过了详细设计和计算。其中钻孔灌注桩直径为ф1000,桩长有36m、41m、46m和56m多种规格,钢管桩的规格为ф800×12×37m。

5.4 测量和放线

测量和放线对于钢桥安装位置的正确、线型的光顺有特别重要作用,并做了如下工作:①多次去钢桥制作厂家对分段中心线做出标记,对分段长度、桥梁全长进行复测,同时对临时支撑处桥面标高进行测量、记录数据,为现场安装提供监控资料。②对现场3个永久支墩间距,中心线位置和标高反复核实,并根据制造厂钢桥误差修正了盆式支座安装位置,使之达到规范允许的偏差值。③在施工现场两端引橋上,放出了钢桥上、下层的安装中心线和确定了测量仪器摆放位置。④在现场临时支撑的承台上,放出了不同位置钢桥下弦杆横向中心线和纵向支承中心线,为安装用钢垫墩正确设置提供依据。

5.5 主要分段吊装和合龙用附属件的配置

①吊耳设置。根据吊耳受力大小和主桁架上弦杆的结构,每个分段在钢桥上弦杆位置设有4组吊点,每组吊点设2个吊耳,位置正对上弦杆横截面处两块主腹板上方。吊耳纵向位置确定的原则是:对于双钩吊的分段,要求吊索受力分配不要差异太大;对于单钩吊的分段,吊耳离重心位置尽量一致,以确保起吊后分段处于水平状态,有利于分段就位。为此,吊装前应精确计算重心的实际位置。②回转单钩的配置。由5.2节所述,由于部分分段要进行斜吊,且重量已经超过起重船单钩额定负载,所以本安装工程应配置一个负载大于590t的回转单钩,经综合考虑后,决定此回转单钩额定负载为750t。该单钩上部设置2组吊点,通过尼龙吊带分别与起重船的2只主钩相连后,由主钩进行升降。添置的回转单钩由专业厂设计制造,并在正式分段吊装前成功地进行了负载试验,最大试验载荷达到了950t。③U型钢垫墩的配置。钢梁分段安装时,桁架下弦杆要通过U型钢垫墩搁置在临时支撑的承台上,然后进行钢梁分段三维方向的位置调整。[4]U型钢垫墩应与承台上表面预埋钢板焊接固定,防止吊装过程中钢墩倾覆发生事故。与分段吊耳设置相似,每个分段在下弦杆两端位置设有4组钢支撑,每组有2个钢垫墩,位置正对下弦杆横截面处两块主腹板下方。另外,在每组外侧的钢垫墩侧面还设有千斤顶支架一个,以利分段就位时横向位置的调整。④分段合龙用定位附件的设置。为了确保合龙后分段之间相对位置和大接缝宽度严格与制造厂在总装胎架上的数据一致,我们设计和制作了分段合龙用定位附件。每组附件的组成有:30t千斤顶1个,千斤顶支架1个,合龙用挡块1对,定位板2副。合龙用定位附件设置在相邻两个分段的上、下弦杆之上表面上,共4组。定位板分成两部分,分别位于进行合龙的两个分段上。每副定位板之间,夹有4cm厚钢板,目的是留出焊缝以利焊接(焊接前抽出厚钢板)。定位板相紧贴钢板上还开有ф38孔2个,作为现场定位时打入定位销和上紧螺栓之用。合龙用挡块则作为顶升千斤顶的着力点。

定位板和挡块必须成对制作,并在分段出厂前在总装胎架上焊妥。由于定位板对于保证分段接缝间隙和防止大接头错位起到重要作用,所以分段出厂前应专人详细检查,确保其安装位置的正确。

5.6 黄浦江临时封航

由于现场安装地处黄浦江水域,江面狭窄,来往船只很多,这对吊装作业带来很大影响,与海事部门多次协商结果,只同意全封航时间不超过2h。为此,我们采取了以下措施来满足海事部门的苛刻要求:①在基本满足起重船移前和定位要求前提下,尽量缩短锚缆伸入黄浦江长度。②起重船在正对码头从驳船吊取分段时对航道影响最大,应以这个时间段用为突破口,缩短时间。为此起重钢丝绳的更换、索具和卸扣搬运等准备工作不在此时间段内进行,生扣时增配较多人力加快速度。③起重船大部时间回避在龙华港出口水域,尽量不使用江心缆绳。

5.7 钢桥分段的吊装和定位

5.7.1 分装吊装时间的选择

本工程分段吊装时间为11月中旬,由于种种原因造成现场水深条件不理想,所以吊装时间选择在高平潮时间段进行,要求在高潮前2h起重船做好各项准备工作。如吊索生扣、钢梁调平等,然后迅速等待择机进点。

5.7.2 钢桥分段的吊装和定位技术

5.7.2.1 分段吊装

分段吊装由专职起重指挥负责,本安装工程现场共设置2名起重指挥,其中1人为构件安装指挥,另1人为起重船指挥。当执行某动作时,由构件安装指挥通过起重船指挥向起重船操作工发出指令。分段吊装时应注意以下问题:①主钩生扣时应用索具钩进行,并应检查钢丝绳、工属具完好性,有缺陷的严禁使用。起驳时大钩动作应缓慢,使钢丝绳逐步拉紧受力。分段吊离驳船甲板10~20cm后,应对吊耳索具再次检查,确认安全后方可正式起吊。②起重船移船时,船上人员要加强水域瞭望,注意锚缆松紧和附近水域其他船舶动向。此时海事部门巡逻船应全力配合做好黄浦江临时封航工作。③移船动作必须缓慢,锚机操作人员应加强配合,防止船舶急移急停,造成吊装构件摇晃。

5.7.2.2 分段定位

分段定位分为初步定位和精确定位。初步定位由起重船进行,应在分段两端的两组临时支撑上预设两对限位板,然后将分段大致移动到位,限位板和构件的间隙控制在5~10cm左右。精确定位采用三维调节方法,即在起重船不松钩情况下,利用分段合龙附件对吊装分段用千斤顶在垂向、横向、纵向三个方向实施顶升微调,使分段精确合龙。

为缩短合龙时间和保证安全,精确定位顺序为:垂向调整——横向调整——纵向调整。

①垂向调整。垂向调整利用设在临时支撑承台上方的U型钢垫墩进行,每个分段共设8个钢垫墩。每个U型墩中部凹陷处设置液在300t液压千斤顶一台,利用液压动力使千斤顶升高,将该处分段标高顶升到规定值。之后,在每个U型墩两端凸出顶面和钢桥分段下弦杆底面的空隙处,用钢垫片塞紧(钢垫片由不同厚度钢板组成,应事先准备妥。钢垫片作用,是使钢桥分段在整个合龙和焊接施工期,不致由于千斤頂油压泄漏而发生沉降)。为防止钢垫片在横向和纵向调整中脱落,钢垫片和钢墩用电焊焊固。②横向调整。横向调整利用设在U型钢墩外侧支架上的15t千斤顶进行,由于分段重量大部分由起重船主钩承担,所以为克服分段与U型墩之间磨擦力,横向调整顶升力应是较小的。③纵向调整。纵向调整利用设在上下弦杆上个面纵向合龙附件进行。合龙时将千斤顶支架套入合龙缝两侧的一对挡块内,然后用30t螺旋千斤顶顶升,直至接缝处两对定位板紧贴为止。最后用铁锤在定位板的定位孔内打入定位销,并依次上紧定位孔内所有螺栓。

5.7.2.3 分段定位注意事项

为了保证分段定位质量和安全,调整时应严格执行以下注意事项:①应严格执行定位顺序,不允许三维方向同时调整,防止千斤顶弹出伤人。②由于项升部位较多,每一顺序调整时,各组人员必须服从起重指挥统一指令,尽量做到动作一致,顶升动作应平稳缓慢。③每一顺序进行调整时,调整量应有测量人员用仪器进行监测,仪器架设地点应顾及每个测量点。④定位时起重船不应松钩,负载应控制在70~80%分段重量范围。

6 结语

曾经广泛被认为是难度大、风险高的徐汇区南外滩大跨度钢结构景观桥,由于前期准备工作充分,各项技术、工艺措施得当,仅用5d时间高质量地完成了全部分段的吊装和合龙任务,得到了区、局上级部门领导和总包、监理、协作单位的好评,也受到了新闻媒体的关注。


 


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