跨墩龙门架在桥梁加宽改造中的应用

高占波

(辽宁大通公路工程有限公司 沈阳市 110179)

近年来,车流量日益增大,国省干线上的一些桥梁由于多年运营,病害突显,影响公众通行需求,大部分桥梁开始进行维修加宽改造。然而,一些跨越较大河流的桥梁受到施工场地限制,如何制定和选择施工方案,顺利完成改造施工成为加宽改造的核心问题。文章分析总结红庙子辽河大桥维修改造工程这一成功案例采用的关键施工技术,以便广大施工技术人员探讨研究。

1 工程案例

红庙子辽河大桥位于鞍山市台安县京抚线(G102)K330+068处,建成于1975年。该桥跨径布置为23m×20m+14m×30m+29m×20m,跨径总长1460m,桥梁全长1465m,属特大桥,交角为90°。桥面净宽10.5m,左、右侧各设置0.4m宽的防撞墙。上部结构为T型梁桥,其中跨径20m为钢筋混凝土简支T梁,跨径30m为后张法预应力混凝土简支T梁,每孔均为7片梁。30m跨上部结构横向布置如图1所示。

图1 30m跨上部结构横向布置图(单位:mm)

改造后拆除原桥上部20mT梁,更换为后张法预应力混凝土T梁,先简支后结构连续体系,采用三孔一联和四孔一联,每孔8片梁,墩顶采用预应力筋连续。30m跨增加一片T梁,共8片梁,由简支体系转换为结构连续体系,采用三孔一联和四孔一联,墩顶采用预应力结构连续。改造后桥面净宽为12m,左右侧各设置0.483m防撞墙。改造后的30m跨上部结构横向布置见图2。

图2 改造后30m跨上部结构横向布置图(单位:mm)

2 方案选择

2.1 地形条件

该桥加宽改造施工关键点是30mT梁部分,24孔～37孔位于辽河主道,施工季节正值汛期,水位较高,水流较急,河面较宽。现场地形如图3所示。

图3 现场地形

2.2 方案选择

(1)汽车起重机架梁法。该方法是中小跨径桥梁上部结构安装的常用方法。汽车起重机作业作业灵活,但需要宽阔作业面,现场需要修筑便道或便桥,修筑钢栈桥费用高,工期长,对该工程而言,经济性较差。

(2)跨墩龙门吊架梁法。跨墩龙门吊4个支点分别设置于盖梁两端,既可横向移动80吨重的30mT梁,也可安装新梁。经过现场调查和支点承载力验算,该方法较为可靠。

(3)综上所述,该工程选择跨墩龙门吊架梁法更为经济实用。

3 龙门架选择及支点确定

为节约成本,充分利用现有设备,采用2台规格50吨、跨径15m的龙门吊进行改造拼装。根据施工图设计,盖梁与加固后桥宽同为13m,盖梁不能为龙门架腿提供可靠支点,加固盖梁的同时需将盖梁横向加长,盖梁加长长度根据龙门架及各结构尺寸最终确定。改建后桥宽13m,每侧预留0.1m空隙,支腿宽度0.275m,支腿外侧预留0.1m临边安全距离,故确定盖梁每端加长0.475m,需将原施工图盖梁每端加长长度由0.35m变更为0.825m。经强度、刚度和承载力验算,各项指标满足施工要求。原盖梁梁端见图4,设计变更后盖梁梁端见图5。

图4 原设计盖梁梁端(单位:m)

图5 变更后盖梁梁端(单位:m)

龙门架支点确定后,根据构件尺寸可确定龙门架跨度及高度。因此确定龙门架净跨度为:13m+0.2m=13.2m。龙门架支腿高度依据设计文件确定,梁高h1=1.79m,(垫石+支座高度)h2=0.35m,运梁车高度h3=1.2m,梁的起吊高度(梁离开车的高度)h4=0.3m,总高度H1=1.79m+0.35m+1.2m+0.3m=3.64m,另需考虑材料运送通行要求,混凝土车高h5=4m,预留h6=0.5m安全距离,确定最终支腿高度H2=1.79m+0.35m+4m+0.5m=6.64m。全部参数确定后,对龙门架进行改造,改造安装后龙门架如图6所示[1]。

图6 改造安装后龙门架

4 龙门架行走

该桥14孔～27孔共计14孔旧桥T梁需要横向移动,14片新预制T梁需要安装,龙门架在第1孔相邻的两个盖梁上安装完成,每孔T梁横向移动完成,龙门架纵向移动是技术关键之处。

4.1 行走系统组成

行走系统由行走轨道、驱动装置、承载装置组成。行走轨道采用普通常规钢轨,铺设于旧梁顶面,采用钻孔植筋临时锚固于旧梁顶面。驱动装置采用两台龙门吊行走天车,每台行走装置配置1台15kW同步减速电机作为动力控制系统。承载装置采用升降式塔架,分为外塔架和内塔架,内塔架底端安装4台单缸千斤顶,行程50cm,同时配置1台液压油泵控制千斤顶。根据行走装置轮距宽度确定两根轨道中心距离为2.1m。驱动装置安装于行走轨道上,将承载装置焊接于驱动装置上。龙门架行走时,采用塔架顶升装置将龙门架升起,将龙门架顶升后,内置塔架底端用方木垫实,以防行走时千斤顶回油,塔架下落,同时将门架桁梁和行走系统用钢丝绳和手拉葫芦锁紧固定。行走系统如图7、图8所示。

图7 门架行走系统

图8 门架行走示意图

4.2 门架行走

门架移位前,先检查两侧支腿是否离开盖梁顶面30cm,两侧腿与梁板边缘横向距离是否达到10cm,前后墩顶部固定支腿的缆风绳是否全部松开并收起,以及天车是否捆绑固定于横梁上。全部项目检查确认无误后,准备行走。

行走时由专人负责,统一指挥,两侧支腿安排专人看护,以防支腿刮蹭防撞墙或梁板翼缘。门架行走至下一盖梁顶端,提前在支腿底部垫上油枕,缓慢降落升降架,放下两侧支腿顶部的缆风绳,将缆风绳固定于前后两个墩柱上,采用手拉葫芦对拉紧,松开横梁与起落架的捆绑绳,移开起落架,松开捆绑天车的钢丝绳,进行调试。起落架移动到后一个墩顶,按照相同的方式向前移动门架[2-3]。

5 梁板横移

5.1 横移准备

龙门架在相邻两个墩顶就位稳定后,凿除旧桥桥面、防撞墙、湿接缝混凝土。按照图纸要求,凿除原横隔梁混凝土时须精细施工,禁止损坏原钢筋。凿除原支座垫石,重新浇筑支座垫石并安装临时支座,正式起吊前先试吊合格。

5.2 T梁横移

该项目T梁主要有两种,20mT梁最大截面尺寸为1083mm×1650mm,30mT梁最大截面尺寸为1750mm×900mm。采用钢丝绳兜底的方式将边梁捆绑牢固,龙门吊适当受力,龙门架先提起边梁横向移动,移动顺序为由边至中。移动一片,支撑固定一片,横移就位后加固旧梁。切断梁板横隔梁及湿接缝连接钢筋,重新绑扎横隔梁连接处钢筋,原横隔梁处钢筋扳直后与对应的钢筋单面焊接,湿接缝施工细节处理与横隔梁相同,T梁横移如图9所示。

图9 T梁横移

6 新梁安装

旧梁横移就位后,新梁通过已完成半幅桥面借助专用运梁车运至桥上,用两台龙门架将新梁兜底捆绑后缓慢吊起,然后横向移动至安装位置,缓缓放下就位到安装好的临时支座上,将新、旧梁横隔梁钢筋进行焊接,检查确认固定牢固后,松开天吊,取下钢丝绳,新梁安装完成。新梁安装如图10所示。新梁安装完成后,依次焊接横隔梁钢筋、湿接缝钢筋,安装模板浇筑混凝土。

图10 新梁安装

7 施工控制要点

(1)龙门吊要选择正规生产厂家生产制造,经技术质量监督局检验合格的产品投入使用[2]。

(2)盖梁加长要考虑桥梁全宽,并保证龙门架支腿成桥外侧边缘留有10～15cm安全距离,并进行盖梁承载能力验算。

(3)所有工作全部通过旧桥上部来完成,施工时要考虑材料运输通道和通行高度。

(4)根据施工工艺,需要采取半幅施工方法,即每孔7片梁,先拆除半幅1号至4号梁,按照1号到4号的顺序将4片梁横移就位,然后再施工左半幅,按照7号到6号的顺序将梁依次横移到改建后8号到7号的位置,最后通过已经完成的左半幅桥面将新梁运到安装孔,将梁安装至加宽后的5号梁位置。

(5)龙门架支腿高度要根据现场实际情况确定,主要包含盖梁顶面至改造后桥面高度、运梁炮车高度、新预制梁高度等参数,由此确保新梁安装时,龙门架能够顺利将新梁从运梁车上吊起。

(6)由于半幅施工,龙门架行走轨道不能位于龙门架中心线处,避免偏向一侧导致龙门架不平衡。要根据力矩平衡原理,准确计算出龙门架顶升行走时天车停留位置和力矩小的一侧需要配重重量[2]。

(7)龙门架工作前,要安排专人检查缆风绳固定情况以及门架上起吊天车是否解除限制[3]。

(8)顶升装置将龙门架顶起后,内置顶升架底端要用枕木垫实,以防行走过程中液压油缸漏油。

8 成本对比分析

该工程共计完成98片旧梁横移动,新安装14片T梁,总费用约60万元,平均每片梁约5400元,每片梁混凝土平均33m3,因此每立方米混凝土横移及安装单价为165元。按照当前市场价格,架桥机安装梁板每立方米混凝土价格约120元,因此对于旧桥加宽,需要把旧梁按照“一拆一安”的过程进行折算,每立方米价格为240元。通过调研比对发现,采用跨墩龙门架经济合理,安全可靠。

9 结语

近年来,随着交通量日益增长,大部分位于国省干线的桥梁已不能满足通行需求。建设资金有限的条件下,在中短期内改善交通通行状况,应优先选择经济实用的桥梁加固维修方案。通过红庙子辽河大桥改造工程案例分析,跨墩龙门架成功应用并顺利完成旧梁横移和新梁安装任务,可为此类桥梁改造加固总结经验数据,以供相关研究人员参考借鉴。