京秦立交大桥钢箱梁的安装施工

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  [摘 要] 本文浅谈了京秦立交大桥钢箱梁的安装施工。
  [关键词] 立交大桥 安装施工
  一、 设计概述
  河北省沿海高速公路K24+028京秦铁路分离式立交桥全长925m,主桥全长144米,跨越京秦双线电气化铁路,设计斜交角度为52°,交叉处铁路里程桩号为TK259+500。主桥下部结构基础采用钻孔灌注群桩基础,中间固结墩采用钢板柱,柱内采用C30微膨胀砼,钢箱梁与钢板柱固结。主桥上部结构采用44+60+44m钢-砼组合梁。主桥主梁截面由预制开口钢箱梁和现浇预应力混凝土桥面板通过剪力钉连接,钢箱梁宽3.5m,结构中线处梁高1.8m,桥面板厚0.3m,主梁结构中线处全高2.1m;半幅桥横向布置2个钢箱,中距7m,桥面板宽13.5m。每个预制钢梁共分5个制作段,分别为(A段-26.15+B段-26.15 +C段-30.0m+D段- 32.85+E段-32.85)米,其中C(30.0m)段钢梁跨越京秦电气化铁路,全桥共20个钢梁制作段。每片钢箱梁规格及安装质量见表一。
  
  每段钢梁由专业厂家进行制作,然后在接口处搭设临支架安装钢梁,采用高强螺栓连接,形成纯钢断面的5孔连续梁,再铺设预制混凝土模板或木模板,安装体内、体外预应力钢束,浇注混凝土桥面板,达到设计强度后,张拉预应力钢束并压浆,拆除临时支架,将体系转换成3孔连续梁,再安装二期恒载(桥面铺装、防撞护栏等),即可成桥。
  二、钢箱梁的安装
  本桥主桥跨越的是京秦双向电气化铁路,京秦铁路为我国铁路主动脉,连接北京至东三省,客运及货运十分繁忙。初步拟定安装时间为6月1日至12日,由于本桥位于我国著名的避暑胜地北戴河至北京之间,暑期铁路运输更加的繁忙,对跨越铁路作业的安全要求的也更为严格,不允许出现任何的安全问题。铁路部门每次封闭铁路给点施工的最长时间为60分钟,且给点施工的次数极其有限。基于以上因素的考虑,经与设计、铁路管理部门反复的研究、比选,最终确定采用高空行走式门吊进行钢箱梁的安装施工。
  1、高空走行式龙门吊的构造
  高空走行式龙门吊见附图所示。其由主梁、横梁、起吊天车、龙门吊立柱、立柱基础等组成。
  (1)龙门吊立柱及基础施工
  龙门吊立柱采用万能杆件拼装,铁路两侧立柱由于与铁路平行,其立柱底面布置采用6mX6m截面,顶部采用6mX2m截面;其它立柱底面布置采用6mX2m截面,顶部采用2mX2m截面,高均为14m,各龙门吊立柱纵向均应通过十字拉索相互连接,以保证其顺桥向的稳定性,靠近铁路一侧的拉索入地锚栓,所有立桩底部均与基础预埋件进行焊接连接。
  立柱基础采用C25混凝土,铁路两侧基础尺寸为:6.5mX6.5mX1.0m,其它基础尺寸为:3.0mX3.0mX1.0m,基础底层铺间距为150*150mmφ10钢筋网。由于龙门吊的主梁为桁式结构,为确保其节点受力,在基础施工前要对龙门吊立柱基础的位置进行精确放样。基础基坑开挖后要对基底进行夯实,严禁在回填土上进行基础施工。基础预埋件采用焊有U型勾(φ20)的钢板。因龙门吊立柱所用器材为装配式器材,其安装精度要求较高,基础混凝土施工时要严格控制预埋件相对位置的准确度。
  ①龙门吊立柱受力验算:
  龙门吊立柱采用万能杆件,取2mX2m的拼装结构进行验算,铁路两侧共计4个立柱,每个立柱受力:
  F={G1+G2+G3+G4+G5+ q1X(6X28m)}/4=65.0T,
  每个支腿受力:f=F/4=65.0T/4=16.25T=162.5KN
  查万能杆件手册,2拼支腿(2∠100X100X12)允许受力[f]=493KN,所以采用此结构形式万能杆件支墩受力满足要求。
  ②地基承载力验算: P=Fxk/(6.5X6.5)=23.1KN<[P]=150KN, 满足要求。
  (2)龙门吊主梁
  龙门吊主梁采用HD200加强型贝雷梁桁架进行拼装,贝雷梁跨度为28米。每侧主梁用叁排单层贝雷梁桁架栓接形成,顶部每隔50cm顺桥向铺一根方木(200*200mm),上面铺横梁走行轨道。轨道铺设时应严格控制内外两侧主梁上轨道的轨距及平整度,确保龙门吊的顺利安装及行走,贝雷梁桁架与立柱焊接连接。
  ①钢梁重量:G1=68.8T
  ②走行天车:G2=10.0T
  ③龙门吊横梁:G3=500kg/mX(39mX4)=78T
  ④方木:G4=7T
  ⑤钢轨:G5=43kg/mX22mX4)=3.8T
  ⑥每侧贝雷梁自重:q1=1650kg/m
  贝雷梁承受动荷载:G=(G1+G2+G3)Xk=219.5T(取安全系数k=1.4)。
  由于钢梁跨度为30米,贝雷梁跨度为28米,在吊装运行过程中,最大只有一半动载荷作用在贝雷梁上,并且钢梁运行至跨中时受力最大,则:
  每侧贝雷梁承受动载荷:q2=(G/2)/2=54.9T
  每侧贝雷梁承受均布载荷:q= q1+(G4+G5)/(2X28)=1842kg/m
  
  每侧贝雷梁受力示意图
  HD200加强型叁排单层贝雷梁技术参数如下:
  I=3827337.08cm4,W=34264.43cm3,
  容许弯矩[M]=6236.4KN.M,容许剪力[Q]=222.1KN。
  M=(q2XL/4)+(qXL2/8)=3843.0 +1805.2=5648.2KN.M<[M],弯矩满足要求。
  f={ q2XL3/(48EI)}+{5 qL4/(384EI)}=0.031+0.018=0.049m=4.9cm  (3)龙门吊横梁及走行天车
  龙门吊横梁采用郑州大方公司生产的DF150—Ⅲ型架桥机横梁(跨度为50m时,可起吊150T)进行改装,净跨度为39m,纵向、横向走行天车均采用DF150—Ⅲ型架桥机配套天车(大车纵移速度:2.51m/min,大车横移速度:4.36m/min,小车提升速度:1.5m/min),纵移天车安装在主梁走行轨道上,横梁与其两头的纵移天车平台焊接连接,四台纵移天车均由同一主控台控制,保证运行同步进行,提升小车安装在横移天车平台上。用吊车将龙门吊横梁及走行天车安装就位在铁路线界外的龙门吊主梁上,进行空载试车,然后进行重载试车。试车成功方可进行吊装作业。
  龙门吊横梁(DF150—Ⅲ型桁架)验算:
  W=29600cm3,I=2850826cm4;E=2.1x105MPa;[σ]=170MPa
  每个横梁受力g=(G1+ G2)Xk/4=21.63T,走行天车行至横梁正中时受力最大,则:
  
  M1max=gL/4=2.106x106N·m,σ= M1max /W=71.2 MPa<[σ]=170MPa,
   f=gL3/(48EI)=0.0447m=4.47cm  2、钢箱梁架设
  (1)前期准备工作
  钢箱梁安装前期的准备工作主要有临时墩的准备、龙门吊的安装及现场场地的准备。根据设计要求,钢箱梁铁路两侧临时支墩按设计要求采用扩大承台基础共四排,每排两个承台4个墩(尺寸:1240cmX400cmX150cm),。基础采用人工开挖,开挖时必须铁路监管人员在场情况下进行。由于临时墩基础已侵入铁路坡角,开挖前在确认下面无铁路电、光缆时,在靠近铁路两侧打入钢板桩防护后,方可施工,并要最大限度减少开挖面对铁路路基的影响。
  每个钢箱梁临时墩按设计要求采用φ40钢管及型钢焊接组成方形墩,形成稳定的空间结构。墩顶设横梁及顶板形成落梁平台,每个平台上固定4个50T砂箱,作为以后拆除临时墩及支撑钢箱梁用。每个临时墩与承台预埋螺栓栓接连接。临时墩须做接地装置。由于临时支墩距铁路接触网距离很近,为防止施工过程中对电气化网线造成破坏,发生触电、漏电、放电事故,在临时墩靠近铁路一侧,对接触网高度处临时支墩上下2米范围安装由哈尔滨铁路绝缘材料厂生产的耐高压缘板进行防护,耐压10万伏。
  龙门吊的准备工作主要是龙门吊的安装。在浇注完成龙门吊立柱基础、用万能杆件拼装完成龙门吊立柱后先用160吨吊车拼装好铁路两侧贝雷主梁,跨铁路两片主梁分两次向铁路部门要点安装。横梁在铁路以外安装完成后进行龙门吊的空载试车及重载试车。在试车验收合格后方可进行钢箱梁的安装作业。
  (2)吊装顺序
  钢箱梁的吊装顺序为依次安装A、B、C、D、E段,其中A、B、D、E段均在铁路限界以外,只有C段跨越铁路主线,需要点施工。在C段安装前先将跨铁路施工以外的A、B段钢箱梁安装好,然后待铁路要点计划批准后再进行C段(跨铁路段)钢箱梁架设。C段的吊装需向铁路部门要点四次,每次60分钟,每次安装一片钢箱梁。为了保证跨铁路施工绝对安全,我们在喂梁区设置一段与跨铁路等跨度、等截面的纵梁,作为试验段,吊起C段钢箱梁静停两个小时,对纵、横梁进行检查,记录试验数据,发现问题及时解决,以保证跨铁路施工安全。在C段安装完成后采用两台160吨汽车吊将D、E段安装完成。
  (3)龙门吊的拆除
  在将全部钢箱梁安装完成后,采用与搭设时相反的顺序拆除龙门吊行走天车、横梁、主梁计龙门吊支墩。龙门吊主梁跨越铁路部分仍需向铁路部门要点施工。拆除跨越铁路主梁的同时进行跨铁路箱间横梁的焊接作业。
  三、高强螺栓的施工
  1、临时连接螺栓、冲钉的施工
  钢箱梁吊装就位后,即对高强螺栓连接处的钢板面及拼接板面进行检查,发现油污、杂物及时的清理。使用冲钉固定拼接板,每组拼接板冲钉不少于6条,冲钉直径较孔径小0.2-0.3mm,其长度大于钢板厚度。冲钉按不少于总孔眼的50%均匀分布在拼接板上。检查螺栓孔,对正后安装普通螺栓并拧紧,普通螺栓数量不少于拼接板总孔眼数的1/3。临时螺栓、冲钉施工完毕即可穿入高强螺栓。
  2、高强螺栓的施拧
  每道接口的全部接口板,先用普通螺栓固定,检查无误后,更换高强螺栓。高强螺栓自由穿入,不能强行敲入,不能用气割扩孔,穿入方向全桥应一致,上下各一个平面垫圈,注意垫圈使用方向。栓接顺序为先底板、再腹板、最后上翼板。高强螺栓按一定顺序施拧,一个接头上的高强度螺栓,应从螺栓群中部开始安装,初拧、复拧、终拧都由螺栓群中央顺序向外拧紧,每拧一遍均应用油漆做上标记,防止漏拧。高强度螺栓的紧固顺序从钢度大的部位向不受约束的自由端进行,同一节点内从中间向四周,以使板间密贴。并在当天终拧完毕。安装高强螺栓时,摩擦面保持干燥、清洁,不在雨中作业。
  3、高强螺栓的施拧的质量检查
  高强螺栓的施拧质量检查分初拧检查和终拧检查,由专职的质量检查人员负责。
  初拧检查:对初拧后的全部高强螺栓,用0.3Kg小锤敲击螺母一侧,用手指紧按住螺母对边一侧有无松动,以防漏拧,如颤动较大者认为不合格,予以再初拧,检查合格后划线标记。
  终拧检查:高强螺栓终拧检查在终拧1h以后、24h以内完成,并确保检查时与施拧时的气候条件一致。首先观察丝扣外露长度是否满足1至4个螺距,再检查初拧后划线标记的螺栓、螺母相对位置是否发生转动,以检查是否有漏拧。检查采用松扣、回扣法,先在检查扳手套筒和拼板接面上作一直线标记,然后将螺母退回30°,再用检查扳手拧至原位使两条线重合,测定读取此时的扭矩,该扭矩与检查扭矩的偏差应在检查扭矩的±10%以内者为合格。如不合格者超过检查总数的20%,则应继续抽查,直至检查累计总数的80%合格率为止。对扭矩低于下线值的螺栓应进行补拧。对超过上值的应更换螺栓。检查合格后用油漆标记。
  四、施工体会
  京秦立交大桥钢箱梁跨越运输及其繁忙的京秦雙向电气化铁路,安装施工时间紧迫,对跨现施工安全要求极高,施工中不能出现任何的疏忽。在时间紧、任务重、安全责任大的情况下,全体建设者本着科学、严谨、务实的态度,科学合理的制定了安装方案、施工组织计划,并在现场施工中逐步严格落实,克服重重困难按时、安全、顺利的完成了钢箱梁的安装任务。在高强螺栓的施工中采取先进的工艺技术和严格有效的管理措施,有力的保障了钢箱梁的安装质量,为今后大型钢结构的施工积累了宝贵的经验。
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