新建呼和浩特东客站无站台柱风雨蓬居于车站中心, 左右两侧对称布置, 建筑面积39900m2, 雨蓬结构形式为张弦梁钢管桁架结构, 由50根钢立柱和45榀桁架及相应的檩条系统组成, 雨蓬总长502.243m, 最高点距线路轨面距离为18.8m。每榀桁架由跨度48.5m和54m的两跨组成, 总长102m。基础为钻孔灌注桩基础, 桩径0.7m, 桩长20m, 共计140根;桩基支撑44个钢筋混凝土承台, 有6根钢立柱与站房共用承台。钢立柱为直径800～950mm钢管混凝土柱, 钢柱与钢柱之间沿站台纵向用500×400×18mm箱形钢梁相连。90榀预应力张弦梁放置在立柱之间的箱形钢梁上, 张弦梁上弦为700×300×18mm弧线箱形桁架梁, 张弦梁下弦索为121-ϕ5高强度低松弛平行钢丝束PE索, 钢结构总量5400t。

大跨度预应力张弦梁施工在内蒙古自治区境内和呼和浩特铁路局管内尚属首例, 也是目前国内跨度较大的无站台柱雨棚之一。本文以呼和浩特东站无站台柱雨蓬施工为例浅谈张弦梁施工的关键技术。

施工流程:开工准备-整榀拼装桁架梁-分段运输-二次拼装桁架梁 (箱形钢管桁架, 高强度索, 索球, 撑杆安装) -张拉张弦梁-吊装整榀张弦梁-空中滑移张弦梁就位-安装檩条系统。

要顺利实现张弦梁的施工, 按照施工工艺的具体要求, 需要重点解决以下问题:

⑴张弦梁如何拼装成一个整榀, 如何确保拼装质量。

⑵张弦梁的张拉如何实施。

⑶整榀桁架张拉后的如何吊装。

⑷张弦梁空中滑移如何进行, 如何保证同步性。

张弦梁的现场拼装需在拼装胎架上进行, 拼装胎架的质量直接影响到张弦梁的成形质量。拼装胎架的设置是根据张弦梁的分段情况、分段点、张拉施工特点等来确定的。

1) 胎架设置。首先进行钢箱路基板铺设, 连接成一个刚性平台。在平台上测设横轴、竖轴投影线、检验线、标高线及支点位置和搭设胎架模板及斜撑。施工过程中, 密切观测胎架变形沉降情况, 变化超标时应及时采取可控措施调整, 沉降稳定后进行张拉。

2) 调节装置设置于胎架上端, 有利于控制张弦梁节点标高以及支架与张弦梁分开。

3) 为保证拉索顺利安装, 胎架高度必须满足张弦梁拉索最低点到地面的距离大于50cm。

4) 胎架两端的张支座和胎架支座间设置ϕ12 圆钢作为桁架搁置支座, 保证张弦梁拉索张拉时一端可以自由滑动。

5) 胎架两端施做C20混凝土作为设备基础, 其刚度、强度及支撑力满足拉索张拉需要。

桁架梁二次拼装在拼装胎架上进行, 现场拼装时将两榀桁架梁组合在一起进行, 跨度54m和48.5m的张弦梁同步进行拼装。

1) 为更好地控制张弦梁位移和变形, 将两榀张弦梁上弦吊装到立式胎架上, 并将其支座一端固定于立式胎架, 另一端自由滑动。

2) 安装撑杆时, 确保撑杆与张弦梁上弦销轴垂直连接。

3) 放索时, 吊车在安装胎架一端进行徐徐牵引, 平放于拱架下, 并将索球运至撑杆相应节点上进行安装。

4) 拉索提升时, 张拉端插入铸钢支座传束孔, 索夹卡入撑杆下端并锚固。

由于钢索自重不足30kg/m, 钢索间的摩擦也较小, 为规避高空二次张拉的诸多不利影响, 确定了地面一次一端张拉方案。同时, 为保证吊装到位后的弦梁桁架受力状态符合设计要求, 设计张拉力超张拉5kN。

张拉设备的选用与张弦梁拉索张拉阶段相适应的四台YCW60千斤顶。

张拉设备在有资质试验单位的试验机上进行标定。由于拉索的索力控制要比较精确, 油泵的油压表全部选用专用压力表, 千斤顶与压力表配套校验, 并作主动标定。标定数据的有效期在6个月以内。

张拉主控应力, 辅控伸长量。张拉顺序采用两端分级、同步张拉。每次张拉至设计吨位, 不得超过设计吨位的5%。张拉程序张拉至设计吨位的15%-持荷5min后, 张拉至设计吨位-梁端封锚, 静载24小时后压浆。

张拉施工时严格按设计顺序进行张拉, 初张拉-终张拉-补拉, 张拉力=锚下张拉力+管道磨阻 (一般取3%的损失) , 伸长量校核时, 误差控制在6%范围内;如伸长量大于6%时, 需分析纠偏。

张拉工艺流程:0→15%σk→20%σ→100%σ→补拉σk→千斤顶停止供油压→锚固。

该工程基于两榀组合张弦梁面积较大特点, 现场不具备直接吊装到位的条件。经研究, 确定两端四台50T吊车同步吊装、空中滑移就位方案, 即吊车将张弦梁吊装至纵向箱形梁上, 滑移至设计位置。

根据张弦梁结构特点并通过计算合理确定了吊装吊点设置在张弦梁的节点位置, 即钢索与支撑杆交点处。有效地解决了张弦梁在吊装过程中受力合理、作业安全和稳定问题。

工艺流程:铺设临时高空滑道→组合张弦梁吊装到位→滑轮置换→滑移前检查→试滑行 (有无异常) →正式滑移→观察、控制→就位微调及固定→安装落梁反力架→升梁→滑轨拆移→支座置换→落梁→微调→支座焊接→重复该流程进行下单元滑移作业。

由滑轨和滑轮组成的滑车, 安放在张弦梁滑移平台 (平台设置在钢柱之间的纵向箱形梁上) 上。滑轨采用ф36圆钢, 临时焊接在纵梁上表面, 起承重、横向限位和导向作用。

滑移单元桁架总重约60×103kg, 单个滑轮处支座最大垂直反力

动载系数Zmax=1.4, 则

FZmax=15×1.4=21t

滑动摩擦系数 (滑车与纵梁间) 0.13～0.15 (参考类似工程实测值、试验值) 。

单个滑轮所需最大牵引力

F=0.13×21=28t

10t手动葫芦作为牵引设备, 布置于牵引轴线单台上。4台50t千斤顶作为顶升和落架设备。

正式滑移前进行试滑移, 距离约5cm左右, 检测滑移加速度、牵引力、单元梁结构稳定性等, 是否处于正常可控状态。

在滑道上间隔10cm设置同步标志, 通过测量监测, 掌控滑移进程及状态, 确保滑移同步。

缓慢启动, 严控初始加速度, 逐步增大滑移速度, 并最终控制在8～12m/h范围内。

组合张弦梁自身比较稳定, 但是张悬梁下部与连接耳板之间稳定性较差。经研究分析, 采用了木塞填塞张弦梁耳板之间间隙办法, 有效地防止了相对位移的产生。

组合梁滑移到结构安装区域附近时, 在保证同步基础上, 缓慢停止手动葫芦, 平稳制动。

就位前, 使用千斤顶对组合梁进行微调, 确保就位准确。

采用4台50t千斤顶同步顶升, 顶升高度控制在千斤顶行程300mm的 90%左右。顶升、拆除滑轮及滑轨后, 开始落梁。落梁时严控下降速度, 待所有支座安装到位后, 移除千斤顶, 完成组合梁就位工作。

1) 张弦梁施工前, 对结构进行检算分析各种受力, 确保施工合理和结构安全。分析不同跨度、位置、受力状况的张弦梁受力情况, 并运用计算机模拟技术进行试验确定。

2) 张弦梁张拉采用在地面上一次张拉到位的方案, 因此要充分考虑连接系统及檩条安装完成后形成的荷载对下弦索的影响。

3) 张拉时, 主控位移量、辅控索力。精确测量位移量, 也要兼顾索力数值, 加强过程检测, 发现异常, 及时采取措施处理。

4) 滑移过程中的同步控制采用位移控制的方法进行, 位移误差应控制在5mm以内。

新建呼和浩特东客站无站台柱风雨蓬工程张弦梁施工中, 采用地面两榀桁架整体拼装、地面一次张拉、四台吊车同步起吊、空中滑移就位等工艺措施, 形成了一整套施工工艺方法。该工程荣获了2009年度呼和浩特铁路局样板工程。实践证明, 该张弦梁的施工技术是成熟可靠, 可供类似工程施工参考借鉴。