李保明

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司 陜西西安 710024)

1 引言

由于匝道橋曲線半徑小，縱橫向坡比大，墩柱蓋梁呈扇形排列，橋面寬度較窄，施工條件復(fù)雜、難度極大，普通架橋機(jī)僅有3個(gè)柱能夠落在橋面上，另一個(gè)柱出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工安全。處于匝道上大跨度、小曲線、大坡度的橋梁按常規(guī)設(shè)計(jì)和架設(shè)施工工藝是不可能完成的[1]，一般采用現(xiàn)澆箱梁方案[2]。本文介紹的互通匝道橋地處山區(qū)，位于喀斯特地貌區(qū)域，橋墩較高，地勢(shì)惡劣，現(xiàn)澆施工安全風(fēng)險(xiǎn)極高，設(shè)計(jì)采用T梁預(yù)制架設(shè)方案[3]。國(guó)內(nèi)公開(kāi)的架設(shè)技術(shù)有雙導(dǎo)梁斜拼正架法[4]，但需重新對(duì)架橋機(jī)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)和復(fù)雜改造[5]，經(jīng)濟(jì)適用性較差；若采用吊車(chē)吊裝方案，受既有公路和山谷高墩影響，安全風(fēng)險(xiǎn)大，施工成本極高[6]。本文介紹了一種采用DJ180架橋機(jī)局部改造進(jìn)行T梁架設(shè)的簡(jiǎn)易方法。

2 工程概況

某高速公路橋位處地貌屬構(gòu)造剝蝕作用形成的侵蝕深切中山地貌，設(shè)雙T型樞紐互通與既有高速公路銜接，實(shí)現(xiàn)“高接高”交通轉(zhuǎn)換。該工程一匝道橋上跨既有高速公路，跨高速區(qū)段橋跨布置形式為(26.5＋39＋26.5)m連續(xù)梁，采用“先簡(jiǎn)支、后連續(xù)”方案施工，簡(jiǎn)支梁采用架橋機(jī)架設(shè)。橋位處曲線半徑120 m，線路縱坡3.7%，最大橫坡6%，墩高約70 m，處于小半徑曲線段，屬小半徑大橫縱坡坡架梁作業(yè)。

橋梁橫向布設(shè)5片T梁，橋面寬度10.5 m，依次架設(shè)后澆筑濕接縫形成整體。同一孔內(nèi)T梁為平行布置，受小半徑曲線影響，上部結(jié)構(gòu)T梁采用不等梁長(zhǎng)的直梁預(yù)制方式[7]，主跨外邊梁長(zhǎng)度40.8 m，內(nèi)邊梁長(zhǎng)度37.5 m，長(zhǎng)度差3.3 m。

3 運(yùn)架設(shè)備

3.1 架橋機(jī)架設(shè)存在的問(wèn)題及其改造

匝道橋T梁?jiǎn)纹灾丶s135 t，采用曲線適應(yīng)能力較強(qiáng)的DJ180架橋機(jī)[8]，該架橋機(jī)適應(yīng)最大跨度40 m，最大縱坡3%，最小曲線半徑350 m，結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1 架橋機(jī)結(jié)構(gòu)示意

3.1.1 120 m小半徑曲線過(guò)孔架梁存在的問(wèn)題

利用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)過(guò)孔及架梁過(guò)程各個(gè)工況架橋機(jī)與橋墩、梁面的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行模擬，存在以下問(wèn)題:

(1)由于小曲線影響，蓋梁呈扇形排列且角度大，架橋機(jī)過(guò)孔時(shí)前方蓋梁與后端蓋梁相比水平旋轉(zhuǎn)了18.8°，架橋機(jī)0號(hào)柱無(wú)法正常支撐在蓋梁前端；喂梁過(guò)程中待架設(shè)T梁與架橋機(jī)2號(hào)柱夾角較大，無(wú)法通過(guò)2號(hào)柱內(nèi)部空間；3號(hào)柱與待架設(shè)梁體存在空間干擾，無(wú)法完成運(yùn)梁車(chē)喂梁作業(yè)。

(2)每孔梁片呈折線布置，架橋機(jī)橫移對(duì)位梁片時(shí)架橋機(jī)主梁與柱體軌道夾角會(huì)產(chǎn)生較大變化，造成1號(hào)柱傾斜，無(wú)法安全橫移就位。

(3)邊梁一次落梁就位工況架橋機(jī)重心已偏出支撐梁支點(diǎn)外，架橋機(jī)有傾覆風(fēng)險(xiǎn)。

(4)架設(shè)方向?yàn)?.7%大上坡，超出架橋機(jī)適應(yīng)坡度。

3.1.2 架橋機(jī)改造

針對(duì)上述問(wèn)題，需對(duì)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改造，方可完成小半徑大縱橫坡匝道橋架設(shè)。

(1)0號(hào)柱在原來(lái)升降和前后翻轉(zhuǎn)功能的基礎(chǔ)上增加水平旋轉(zhuǎn)功能，0號(hào)柱旋轉(zhuǎn)18.8°后可以與蓋梁平行，保證安全支撐在蓋梁前端，適應(yīng)小曲線工況。

(2)將1號(hào)柱由原高度3.4 m節(jié)切割為2.8 m＋0.65 m，增加0.5 m加高節(jié)，增大1號(hào)柱縱坡調(diào)節(jié)能力，滿足大縱坡＋高低蓋梁的過(guò)孔通過(guò)性要求。

(3)將2號(hào)柱喂梁空間由原來(lái)的3 m加寬到4 m，同時(shí)將主梁橫向行程加大，滿足小曲線喂梁2號(hào)柱通過(guò)性要求。

(4)3號(hào)柱在原來(lái)具備升降、橫移功能的基礎(chǔ)上增加翻轉(zhuǎn)功能，在喂梁時(shí)將3號(hào)柱向后翻轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)避免與待架設(shè)梁體干涉，3號(hào)柱翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 3號(hào)柱水平翻轉(zhuǎn)示意

(5)為1、2號(hào)柱增加獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置，使架橋機(jī)在重載吊梁工況下可調(diào)整1號(hào)柱垂直度，解決橫移就位時(shí)1號(hào)柱傾斜問(wèn)題。

(6)定制2號(hào)柱加強(qiáng)型橫移軌道，增大軌道剛度；在軌道上增加梁面錨固裝置，邊梁架設(shè)工況，將曲線內(nèi)側(cè)軌道與梁面采用精軋螺紋鋼有效錨固，防止架橋機(jī)傾覆[9]，解決了小曲線邊梁一次落梁就位問(wèn)題。加強(qiáng)軌道及錨固系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

圖3 加強(qiáng)軌道及錨固系統(tǒng)

改造后的架橋機(jī)滿足最小曲線半徑80 m、跨度40 m、縱坡5%情況下梁片一次落梁到位。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、安全可靠、一機(jī)多用、自動(dòng)化程度高、運(yùn)輸方便、自由度高、曲線和坡度適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，整機(jī)功能見(jiàn)圖4。

圖4 整機(jī)功能示意

3.2 運(yùn)梁車(chē)小曲線運(yùn)梁

3.2.1 運(yùn)梁車(chē)概況

本工程采用輪胎運(yùn)梁車(chē)[10]，橫坡適應(yīng)能力2%，最大轉(zhuǎn)向角13°，無(wú)法滿足6%大橫坡安全運(yùn)梁要求。

3.2.2 大橫坡運(yùn)梁適應(yīng)性調(diào)整

采取運(yùn)梁線路墊沙找平的方法，將運(yùn)梁通道橫坡調(diào)整到2%以內(nèi)，解決大橫坡運(yùn)梁難題，見(jiàn)圖5。

圖5 墊沙調(diào)整運(yùn)梁橫坡

3.2.3 小半徑運(yùn)梁通過(guò)性模擬實(shí)驗(yàn)

通過(guò)小曲線通過(guò)性模擬，運(yùn)輸跨度40 m梁在40 m跨度120 m半徑曲線上運(yùn)行，運(yùn)梁車(chē)托盤(pán)最大旋轉(zhuǎn)角度為10.25°，滿足小曲線運(yùn)梁轉(zhuǎn)向要求。

4 架橋機(jī)過(guò)孔架梁關(guān)鍵技術(shù)

因本橋主跨跨度大，小半徑曲線對(duì)架橋機(jī)過(guò)孔架梁的影響更為明顯，且上跨既有運(yùn)營(yíng)公路，安全風(fēng)險(xiǎn)更高[11]，下面以主跨架設(shè)為例進(jìn)行運(yùn)架梁關(guān)鍵技術(shù)介紹。

4.1 架橋機(jī)變跨過(guò)孔關(guān)鍵技術(shù)

(1)主梁水平旋轉(zhuǎn)，保證0號(hào)柱支撐在蓋梁前端

當(dāng)架橋機(jī)過(guò)孔中主梁前移懸臂40 m時(shí)，受小曲線影響，0號(hào)柱與2號(hào)蓋梁中部水平距離為12.7 m(見(jiàn)圖6)，旋轉(zhuǎn)主梁，滿足0號(hào)柱支撐在蓋梁中部。

圖6 小曲線主梁過(guò)孔到位狀態(tài)(單位:m)

為提高架橋機(jī)過(guò)孔懸臂平衡狀態(tài)的安全系數(shù)，將前后天車(chē)行駛到架橋機(jī)尾部配重。操作如下:1號(hào)柱向右、2號(hào)柱向左交替橫移；旋轉(zhuǎn)主梁，使0號(hào)柱到達(dá)2號(hào)墩蓋梁中間位置。在0號(hào)柱到達(dá)蓋梁前旋轉(zhuǎn)主梁，提高主梁旋轉(zhuǎn)時(shí)前后平衡系數(shù)；觀察并調(diào)整1號(hào)柱垂直度，保證旋轉(zhuǎn)過(guò)程中各柱穩(wěn)定。

(2)1號(hào)柱水平旋轉(zhuǎn)技術(shù)

受小曲線橋墩水平方向扇形布置影響，架橋過(guò)孔過(guò)程中1號(hào)柱過(guò)孔后軌道要支撐在前方蓋梁，柱體需水平旋轉(zhuǎn)18.8°，在曲梁和1號(hào)柱上橫梁安裝小型旋轉(zhuǎn)油缸，完成1號(hào)柱及軌道的精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)。

(3)2號(hào)柱二次前移減少架橋機(jī)懸臂量

為減少外邊梁就位時(shí)架橋機(jī)向外側(cè)橫移量，過(guò)孔作業(yè)中將2號(hào)柱進(jìn)行二次前移。即在常規(guī)過(guò)孔完成后將2號(hào)柱二次前移到已架梁端支撐，減少架橋機(jī)向外側(cè)橫移量，提高整機(jī)安全系數(shù)。操作如下:架橋機(jī)正常過(guò)孔完成；收起3號(hào)柱，1、2號(hào)柱驅(qū)動(dòng)主梁前移，直到3號(hào)柱到達(dá)2號(hào)柱尾部；支撐3號(hào)柱并前后拉錨固定，收2號(hào)柱前移到前軌道中心距離梁端500 mm處，支撐2號(hào)柱；1、2號(hào)柱曲梁驅(qū)動(dòng)主梁向后移動(dòng)約14 m，鎖定2號(hào)柱與曲梁銷軸。

4.2 架橋機(jī)小曲線架梁關(guān)鍵技術(shù)

(1)小曲線喂梁技術(shù)

120 m小曲線工況下運(yùn)梁車(chē)運(yùn)輸40 m梁喂梁時(shí)，運(yùn)輸梁片與架橋機(jī)主梁形成較大夾角，3號(hào)柱與運(yùn)梁車(chē)干涉，無(wú)法順利喂梁。為解決喂梁?jiǎn)栴}，采取以下措施:

①通過(guò)1號(hào)柱、2號(hào)柱橫向反向移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)架橋機(jī)主梁，盡量減少架橋機(jī)主梁與待架設(shè)T梁的夾角，減少喂梁難度。

②將架橋機(jī)3號(hào)柱改造為可向后翻轉(zhuǎn)，使3號(hào)柱與主梁平行，為運(yùn)梁車(chē)讓出空間，滿足喂梁通過(guò)條件。此時(shí)前行車(chē)懸臂吊梁，后行車(chē)在運(yùn)梁車(chē)與前行車(chē)同步喂梁通過(guò)3號(hào)柱后，向下翻轉(zhuǎn)并支撐3號(hào)柱滿足吊梁。

(2)曲線外邊梁架設(shè)一次橫移就位技術(shù)

120 m小曲線外邊梁架設(shè)要滿足架橋機(jī)一次橫移就位，架橋機(jī)重心已超出已架設(shè)邊梁支點(diǎn)中心，架橋機(jī)會(huì)發(fā)生傾覆事故。采用以下措施:

①設(shè)計(jì)加強(qiáng)型軌道

架橋機(jī)原設(shè)計(jì)軌道滿足2號(hào)柱輪組到支點(diǎn)懸臂最大量1 m，小曲線架梁工況2號(hào)柱輪組到支點(diǎn)懸臂量達(dá)到1.8 m，軌道強(qiáng)度無(wú)法滿足要求。重新設(shè)計(jì)加強(qiáng)型軌道替換原軌道，解決架橋機(jī)邊梁懸臂時(shí)軌道剛度不足問(wèn)題。

②2號(hào)柱軌道與梁體錨固

在梁體預(yù)制過(guò)程中預(yù)埋精軋螺紋鋼，邊梁架設(shè)前用螺紋鋼將架橋機(jī)加強(qiáng)型軌道與已架設(shè)梁體錨固，此時(shí)架橋機(jī)可以將曲線外側(cè)邊梁一次橫移就位，不會(huì)發(fā)生架橋機(jī)傾覆事故。

③手拉葫蘆錨固

喂梁完成后，2號(hào)柱橫移油缸移動(dòng)主梁到曲線內(nèi)側(cè)，架橋機(jī)整機(jī)橫移到曲線外側(cè)輪組距離外邊梁支點(diǎn)中心1.8 m位置，將2號(hào)柱與已架設(shè)4～3號(hào)墩內(nèi)側(cè)梁片采用2個(gè)10 t手拉葫蘆錨固為整體，增加安全性，將軌道錨固后架橋機(jī)橫移油缸推動(dòng)主梁及待架設(shè)T梁橫移就位。

曲線外側(cè)邊梁就位時(shí)2號(hào)柱狀態(tài)見(jiàn)圖7。

圖7 邊梁就位2號(hào)柱示意

采取以上措施可安全實(shí)現(xiàn)120 m曲線邊梁架設(shè)一次就位。架橋機(jī)架設(shè)完成曲線外側(cè)邊梁架橋機(jī)狀態(tài)見(jiàn)圖8。

圖8 邊梁就位狀態(tài)俯視圖

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合喀斯特地貌條件下高橋墩、大跨度、小半徑、大橫坡、大縱坡、橋面窄、變跨工況匝道橋上跨既有高速公路T梁建造工況，在不具備吊車(chē)吊裝和現(xiàn)澆作業(yè)的條件下，研究了采用DJ180架橋機(jī)設(shè)備改造(包括:0號(hào)柱增加水平旋轉(zhuǎn)功能、1號(hào)柱增加調(diào)整節(jié)、2號(hào)柱加寬、3號(hào)柱增加翻轉(zhuǎn)功能、曲梁增加獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等)、設(shè)計(jì)架橋機(jī)加強(qiáng)型軌道與梁面錨固、對(duì)架橋機(jī)過(guò)孔工藝優(yōu)化、對(duì)架橋機(jī)架梁采用多項(xiàng)技術(shù)措施等，克服了多個(gè)不利因素的復(fù)雜架梁工況，于2022年5月安全、順利完成匝道互通工程建造任務(wù)。

改制的DJ180架橋機(jī)具有整機(jī)占用寬度窄、改造簡(jiǎn)單、自由度高、工藝簡(jiǎn)潔、安全可靠、投入少的特點(diǎn)，可架設(shè)最小曲線半徑80 m工況下跨度40 m T梁及最小曲線半徑60 m工況下跨度30 m T梁，突破了現(xiàn)有架梁技術(shù)的極限，實(shí)現(xiàn)了低成本安全高效的匝道梁架設(shè)，為后續(xù)高橋墩小半徑大坡度匝道橋的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)提供了借鑒和參考。