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北京五环路京山立交桥钢箱梁架设施工

2023-08-03 来源:汇意旅游网
北京五环路京山立交桥钢箱梁架设施工

北京五环路是北京市2003年度重点工程建设项目,它是一条截流、疏导过境交通,连接市区边缘集团的一条重要交通干线。由中铁十九局集团第三工程有限公司负责施工的五环四期第五合同段在K9+155.178处上跨京山铁路,该桥全长824 米,分左右两幅,全宽28.5m,位于R=1050m的平曲线及R=10000m的竖曲线上,其中跨越京山铁路的第7~9孔采用 48m+72m+48m米的钢混组合连续箱梁的结构型式,单幅分3轴,共6轴,由于在交叉处主线与京山铁路斜交(交角32°),为了保证钢梁拼接处的临时支墩与铁路平行,每轴分7个节段,全桥共42个预制拼接段,梁高2.5m,最大长度为35m,最大吊装重量为59t。

该桥上跨京山上行、下行,京津三线,丰西四线共四条铁路正线,运输十分繁忙,昼夜通行客货列车298趟,平均每5 分钟就有一列火车通过,由于跨线作业,既不能危及行车安全又要保障运营时间,因此架设钢梁的安全性和可行性便显得尤为重要。在施工之前我们除了协调与铁路运营部门的关系申请要点外,同时对架设方案进行了深入细致的研究,确保架设的安全性和可行性。

根据现场地形情况,充分考虑到铁路行车限界的要求,我们选择采用在梁段拼接点平行于铁路行车方向搭设临时支墩,同时沿主线两侧切线方向搭设架梁轨道梁,采用郑州大方DF40m/100型架桥机进行架梁作业的梁体架设方案(见后附图)。具体施工方案及施工验算如下: ——钢箱梁临时支墩施工:

地基处理:由于该处地基承载力较低,实测地基承载力 150Kpa,而临时墩的荷载为110t,受铁路限界的影响,基础又不能无限扩大,因此为了保证地基承载力满足施工要求,我们采用了12%的石灰土对地基进行处理,使地基承载力达到200Kpa以上。

基础施工:为了提高地基土的水稳性,保证地基整体受力,减小地基不均匀沉降的影响,在处理完的地基上我们施做了一层80cm厚的C25混凝土基础。每个基础面积不小于12m 2,以保证不小于2的安全储备。

临时支墩选择与搭设:考虑到在铁路线间搭设临时支墩受行车影响大,宜选用轻型支架以减小作业干扰,故采用DWJ 型碗扣式脚手架进行搭设,支架排距、步距均为30cm,横杆间距为60cm.按110t的荷载考虑,每个临时墩需用杆件不少于 40根(单杆受力按不大于3t考虑)。支架底部与混凝土基础相接处采用螺旋底撑,顶部采用螺旋顶托支撑分配梁(22号工字钢),分配梁上铺设1cm厚钢板用以传递砂箱的荷载。

砂箱的设置:为了调整架梁标高,同时为了给落架带来方便,一般在临时支墩顶部均要设置砂箱,在该桥的临时支墩顶部每节段梁的每一处支点处设置了两个砂箱,砂箱采用8mm 厚钢板卷制而成,分钢桶和活塞两部分,内装中砂,在使用前用压力机对砂箱进行预压,砂子要进行烘干并保持干燥。落架时采用小铁钩从砂箱底部预留的排砂孔掏砂,降低活塞高度即可。砂箱支立时均要预留2cm左右的沉降量,该值宁高勿低,可以通过排砂孔排砂来梁体架设调整高度。 ——走行龙门吊车的设计与施工:

该桥的梁体最大节段长35M,最大吊装重59T,根据以往的施工经验结合该桥梁跨线情况我

们采用走行龙门吊车进行钢箱梁节段的架设作业。

为了减小对铁路行车的干扰,根据桥位处四条铁路线的走向、线间距的实地情况,我们采用在现有地貌及利用铁路线间距沿桥跨方向两侧使用“八三”式军用墩搭设龙门立柱;在立柱间使用L=16m的“六四”式军用梁搭设走行轨道梁;在两道走行轨梁间架设郑州大方架桥机生产的DF40m/100t型架桥机作为吊装就位设备。各部位施工过程如下:

基础:为了保证走行梁成直线,以保证架桥机内外弧走行的同步,龙门立柱分别沿桥梁内侧的弦线及外侧的切线布置。

基础采用C20素混凝土。基础尺寸为4×2.75×0.8m(Ⅰ型)、 4×5×0.8m(Ⅱ型) 和6×3.5×0.8m(Ⅲ型)三种。

由于龙门吊的走行梁为桁式定型结构,为确保其节点准确落在立柱中间,在基础施工前对龙门立柱基础的位置进行精确放样,特别是位于铁路中间的4个墩的基础更应准确。

基础放样完成后,按设计尺寸进行基坑开挖。开挖完成的基底土要换填30cm厚8%灰土并用重锤进行夯实,确保地基承载力大于200kpa。

为了保证八三墩与基础联结成整体,在混凝土基础里要按垫梁螺孔位置预埋ф16的地脚螺栓,因龙门立柱所用器材为制式器材,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性,同时为了保证立柱竖直,基础顶面要保持水平。

龙门立柱:龙门吊沿桥梁方向每侧设10个立柱,为了保证走行梁为平坡,其顶标高按最高墩处能够架设钢梁来考虑,该桥立柱顶标高为62.302米。最高支墩位于减河内,墩身高度为18.572米。

龙门立柱采用八三式军用墩进行组拼,由上垫梁、立柱和下垫梁组成。立柱底面布置分别采用4X3或2X3两种截面,顶部均采用2X3的截面形式。对应于基础分类,龙门立柱共分为 Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。

位于铁路线路中间的4个龙门立柱,需向铁路部门要点进行吊装。吊装前预先将铁路中间龙门立柱基础上的下垫梁拼好,在临近立柱基础上预先将该立柱拼装完成。等到铁路给点时用两台100吨吊车分别将两个支墩(上垫梁和立柱)吊到已经安装完成的下垫梁上。

对于不在线路中间的龙门立柱,先在铁路两侧的空地上提前分节拼装。将立柱分段拼好后用拖车运到指定位置,再用16 吨汽车起重机进行安装。下垫梁作为龙门立柱与基础的连接部分,用人工预先在基础上组拼好。而下垫梁的水平是决定墩身垂直度的主要因素,所以在下垫梁拼组完成后要对下垫梁进行水平检查,将高差控制在1mm以内。

墩身拼组完成后,要检查墩身的垂直度,垂直度偏差不得大于0.5‰。同时还要检查墩间支承点的距离,使其误差控制在4cm以内,确保走行梁吊装时,能够准确就位。

走行梁:走行梁分为内外两侧两部分,均为直线布置;内外两侧走行梁的中到中距离为38m。采用四片单层六四式军用梁组拼而成,共需六四梁303吨。

走行梁采用先在地面组拼,一次吊装就位的施工方法。

为了增加墩身的抗弯能力,特别是纵向抗弯能力,靠近钢混凝土组合箱梁两端的现浇混凝土梁在钢梁吊装前,必须至少有一端施工完毕,这样可将走行梁通过刚度较大的型钢与预先埋设在混凝土梁上的预埋件连在一起,同时相邻走行梁间应通过连接板连成整体,以减小墩顶的位移量,确保吊运系统的整体稳定。

走行梁吊装就位后,在走行梁上铺设枕木及轨道。枕木可通过8号铁丝与走行梁连成一体;钢轨与枕木间通过道钉连接。

轨道铺设时应严格控制内外两侧走行梁上轨道的轨距及平整度,确保龙门吊的顺利安装及行走。

龙门吊:龙门吊共分为A、B两部分,一个在前,一个在后。采用郑州大方生产的DF40m/100进行改装。跨度38m,自重35吨,最大吊重100t,顺桥向纵移速度为2.51m/min,横桥向移动速度为4.28m/min;最大挠度4cm,满足吊装要求。其中吊装过程中启动及制动产生的纵向最大水平力为42t,横向移梁产生的横向最大水平力为19.75t。

龙门吊就位后,应先进行空载试车,然后进行重载试车。试车成功方可进行吊装作业(具体见后附图)。 ——施工验算:

1、临时墩受力检算 ①、荷载计算

梁体荷载G1=1100KN ;钢板及22号工字钢荷载G2=18KN;杆件自重G3=120KN;基础自重G4=249KN;施工荷载G5=40KN

②、地基承载力验算:б=(G1+G2+G3+G4+G5)/4*3=127.25Kpa实测地基承载力为200KPa>127.25Kpa结论:地基承载力满足施工要求。

③、立杆件强度及稳定性验算:

立杆截面示意图杆件截面特性计算:

A=π*(0.0532-0.0462)/4=0.0005443m 2I=π*(0.0534-0.0464)/64=0.000000167m 4E=2.1*1010立杆截面应力:

б=(G1+G2+G3+G5)/154/A=15.2Mpa结论:强度满足要求! 稳定性验算:

单杆稳定性验算:立杆受横杆约束,可按两端铰接的杆件计算,横杆纵向排距60CM,故取L=0.6M。

Pcr=π2EI/L02 =96KN>(G1+G2+G3+G5)/154=8.3KN结论:单杆稳定满足要求! 由于临时墩的截面较大,高度不高(最高11M),所以可以不进行整体稳定性的验算。 2、龙门吊受力验算: ①、荷载计算:

裸梁最大吊装重:G1=59T;架桥机自重:G2=35T/片; 枕木及钢轨:Q=200kg/m;六四式军用梁每片重:G3=3570kg; 军用墩重q=61kg/m*根;基础混凝土自重:2.6t/m 3 ②、地基承载力验算: 基础面积A=20m 2

=G1/2+G2+Q*16+G3*4+q*l*6*2+2.6*A*0.8=132.316T 地基承受荷载=132.316*1000/A=66.1kpa<200kpa 地基承载力满足施工要求!

(以上检算是以临时墩高L=14m考虑的)[图片3] ③ 临时墩强度稳定性验算 ⑴强度验算:

A=0.22x0.01x2+0.21x0.01=0.0065m2G=(G1/2+G2+Qx16+G3x4)/6+0.061x14=14.52tσ=G/A=22.3Mpa结论:满足强度要求! ⑵稳定验算:

由于军用墩为制式器材,根据铁路军用梁手册可知,在强度没有达到设计强度时,墩间连接会减小立柱的自由长度,不会造成单杆失稳,故不进行单杆稳定性验算。下面对立柱的整体稳定性进行验算:

截面几何特性计算:

A=65cm2 Am=6xA=390cm2单柱截面惯性矩:

ix=1x213/12+(22x13 +1x22x112)x2=6139cm4iy=21x13/12+1x223/12 x 2=1776 cm4构件惯性矩:

Ix=(ix+Ax752)x6=2238584cm 4Iy=6x iy+Ax1502x4=5860656cm4rx=√ Ix/ Am =75.7cmry=√ Iy/ Am =122.6cmλx=l0/ rx=1400/75.7=18.5λy=l0/ ry=1400/122.6=11.4λx>λy按长细比λx=18.5查表知φ=0.962,16Mn q钢的容许承载力 [σ]=135Mpa,故φmin[σ]=129.87Mpa,而σ=22.3Mpa,故稳定性满足要求!

④水平力验算:

⑴纵向水平力:架梁过程中,纵向最大水平制动力42吨,由于走行梁与龙门立柱间的铰接,水平力较好地分配到立柱上,暂假定水平力由4个立柱承受,则每个立柱水平力为10.5吨。而每个立柱承受的竖向力为132.316吨(以基础一端为支点),则: 132.316x2=264.632 t·m >10.5x14=147t·m满足要求!

⑵横向水平力:在横向移梁过程中,横向产生的最大水平力为32吨,在这里亦假定该力由4个立柱承受,则:

132.316x1.5=198.474 t·m >8x14=112 t·m满足要求! 3、走行轨梁及架桥机的验算:

根据该桥实际架梁荷载情况,采用4片六四梁及16米跨度,其荷载等级远小于铁路中-活载,故走行轨梁未予验算;而采用郑州大方DF40m/100t架桥机,其性能完全可以满足该工程要求,亦未予验算。

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