濟(jì)南黃河特大橋主橋剛性梁架設(shè)工藝

■ 陳一釗

京滬高速鐵路濟(jì)南黃河特大橋是京滬高速鐵路工程北京—徐州段濟(jì)南樞紐的主要環(huán)節(jié)和國(guó)家重點(diǎn)工程。主橋?yàn)椋?12+3×168+112）m下承式、等高度、連續(xù)、剛性梁柔性拱橋，為四線鐵路，ZK活載，下弦鐵路橋面采用參與主桁共同受力的正交異形板整體橋面，剛性主梁采用帶豎桿的等高度三角形桁架，桁高16.0 m、寬30.0 m，節(jié)間14.0 m，柔性拱肋按圓曲線布置，矢高30.0 m，矢跨140.0 m，矢跨比1/4.67，鋼桁梁結(jié)構(gòu)主要由主桁、鐵路橋面系、平縱聯(lián)、橫聯(lián)及橋門架、支座等組成。

1 鋼梁架設(shè)準(zhǔn)備

1.1 預(yù)拼場(chǎng)設(shè)計(jì)

鋼梁預(yù)拼場(chǎng)必須平整，道路暢通，具有良好的排水系統(tǒng)。存放場(chǎng)和預(yù)拼場(chǎng)需設(shè)置臨時(shí)存放臺(tái)座，且要求牢固可靠，避免因不均勻下沉導(dǎo)致桿件扭曲和倒塌，場(chǎng)內(nèi)應(yīng)硬化；還應(yīng)按規(guī)定設(shè)置高強(qiáng)度螺栓臨時(shí)庫房、油漆及工具庫、實(shí)驗(yàn)室等。

預(yù)拼場(chǎng)桿件存放臺(tái)座斷面尺寸為400 mm×400 mm，預(yù)拼場(chǎng)內(nèi)需要進(jìn)行橫聯(lián)預(yù)拼。橫聯(lián)預(yù)拼臺(tái)座高度根據(jù)上平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板N7（a～m）的寬度確定，約為70 cm，為了保證預(yù)拼時(shí)橫聯(lián)各桿件軸線在同一平面位置，橫聯(lián)桿件HL40支撐臺(tái)座平面標(biāo)高比上平聯(lián)支撐臺(tái)座高7 cm，臺(tái)座位置要不影響各節(jié)點(diǎn)處高強(qiáng)度螺栓施工。

1.2 龍門跨度、高度確定

龍門的設(shè)計(jì)荷載根據(jù)最大桿件質(zhì)量確定為80 t。根據(jù)方案評(píng)審確定運(yùn)梁走道布置在鋼梁上弦主桁桿件上。因此，4#、5#墩跨線龍門高度的確定要考慮主桁上弦標(biāo)高、運(yùn)梁車頂面至上弦頂?shù)母叨?、桿件高度及桿件提升所需的最低高度，確定跨線龍門高度為50 m。

1.3 4#、5#墩臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)施工

4#、5#墩采用φ1 500 mm單樁單柱臨時(shí)支墩，根據(jù)墩柱受力進(jìn)行樁長(zhǎng)及配筋計(jì)算。施工時(shí)，墩頂標(biāo)高比鋼梁底設(shè)計(jì)標(biāo)高低20 mm，然后用鋼板進(jìn)行抄墊，比設(shè)計(jì)標(biāo)高高3 mm，用于抵消其發(fā)生的沉降。E1—E7設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高根據(jù)預(yù)拱度計(jì)算：E1=+50.233 m、E2=+50.270 m、E3=+50.287 m、E4=+50.305 m、E5=+50.282 m、E6=+50.259 m、E7=+50.228 m。根據(jù)地質(zhì)勘察資料及通過對(duì)鋼梁支架架設(shè)時(shí)4#、5#墩臨時(shí)墩的最大荷載情況，進(jìn)行樁基及墩柱設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為36 m，為方便施工，采用與正式樁基相同的反循環(huán)鉆孔灌注樁施工。樁基和墩柱采用相同配筋率。

1.4 跨中臨時(shí)墩設(shè)計(jì)

跨中臨時(shí)墩設(shè)計(jì)除要考慮受力外，還要考慮起頂設(shè)備的擺放布置。計(jì)算可知：跨中臨時(shí)墩設(shè)計(jì)為空心墩，基礎(chǔ)采用4根φ2.5 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為10 m×10 m×3 m，平面尺寸8 m×3 m。

2 預(yù)拼場(chǎng)預(yù)拼

為了不影響高強(qiáng)度螺栓的扭矩系數(shù)，保證施工質(zhì)量，桿件預(yù)拼時(shí)不允許使用高強(qiáng)度螺栓作為預(yù)拼螺栓，均采用普通螺栓進(jìn)行預(yù)拼。所有桿件預(yù)拼前栓接面及拼接板必須潔凈、干燥、無油污。

2.1 上、下弦桿件預(yù)拼

上、下弦桿件預(yù)拼時(shí)只栓帶與其連接的拼接板和填板。拼接板栓帶在后安裝的桿件上，腹板、底板內(nèi)外側(cè)均按設(shè)計(jì)位置栓帶，桿件頂板內(nèi)拼接板栓帶在設(shè)計(jì)位置，外拼接板退后栓帶。栓帶均采用1～2個(gè)普通螺栓將其帶上。上弦桿件起吊前需將施工腳手架預(yù)先安裝。

2.2 斜桿預(yù)拼

工形斜桿無拼接板。箱形斜桿預(yù)拼時(shí)，將所有拼接板及填板按設(shè)計(jì)位置栓帶，栓帶均采用1～2個(gè)普通螺栓。X1桿件箱內(nèi)拼接板小而多，不能提前預(yù)拼，只將其放在斜桿上口箱內(nèi)，安裝時(shí)直接安裝。

2.3 橫梁預(yù)拼

橫梁預(yù)拼時(shí)，將與橋面板、橫聯(lián)連接的拼接板全部栓帶；與橋面板連接的腹板、底板上拼接板退后栓帶，底板下拼接板按設(shè)計(jì)位置栓帶；與橫聯(lián)連接的拼接板按設(shè)計(jì)位置栓帶。

2.4 橫向聯(lián)結(jié)系及斜橋門架預(yù)拼

橫向聯(lián)結(jié)系及斜橋門架采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼整體吊裝法安裝。橫向聯(lián)結(jié)系及斜橋門架預(yù)拼桿件分別包括整體6.5 m和6.4 m高桁架所有桿件，除與豎桿分別連接桿件HL41和HL23預(yù)拼時(shí)只將其栓帶上外，其余桿件預(yù)拼后進(jìn)行線性測(cè)量符合要求，高強(qiáng)度螺栓全部終擰完畢后整體吊裝上橋。

豎桿與上、下弦連接無拼接板，運(yùn)輸至工地時(shí)已將其與橫聯(lián)拼接板栓合，現(xiàn)場(chǎng)不需預(yù)拼。

3 鋼梁桿件安裝工藝

3.1 上、下弦桿安裝

（1）上、下弦桿采用4根千斤繩4個(gè)頭用吊耳起吊，吊耳安裝在弦桿頂面接頭拼接板螺栓孔上；栓捆時(shí)注意桿件上標(biāo)識(shí)的質(zhì)量和重心位置；栓捆后試起吊，調(diào)整桿件前后左右水平度；經(jīng)檢查確認(rèn)無問題后正式起吊。

（2）拼裝腳手架起吊前應(yīng)掛在弦桿上，拼裝接頭前后各一片并應(yīng)安放腳手板，接頭對(duì)準(zhǔn)后移向接頭位置用于拼裝；腳手架在拱桁桿陡坡上安裝時(shí)要在弦桿頂面固定，阻擋腳手架下滑。

（3）上、下弦桿一般采用水平插入法安裝，當(dāng)?shù)跹b后端接頭拼接板接近先裝弦桿端頭時(shí)，用小撬棍撥正對(duì)接端頭，使其插入拼接板，然后將導(dǎo)鏈滑車前端插入上拼接板預(yù)留螺栓孔，導(dǎo)鏈滑車施力對(duì)拉，吊機(jī)隨之起落，弦桿插入安裝快到位時(shí)，先打入對(duì)位尖沖釘，然后在栓孔群四周打入4個(gè)定位沖釘，隨即安裝4～6個(gè)高強(qiáng)度螺栓，確認(rèn)板縫間無任何雜物時(shí)擰緊螺栓，同時(shí)安裝其余栓孔的各25%沖釘和螺栓吊機(jī)松鉤。拼裝螺栓和沖釘數(shù)量根據(jù)拼裝圖配備，裝入螺栓桶包隨桿件一起發(fā)送起吊。

（4）上弦桿的A9、A19、A21、A21＇、A19＇、A9＇等節(jié)點(diǎn)弦桿安裝時(shí)，因該節(jié)點(diǎn)斜桿為“口”形，四向內(nèi)外都有拼接板，弦桿正常情況無法水平插入，如果按正常先架設(shè)豎桿，上弦斜桿箱形對(duì)接口會(huì)被提前安裝的豎桿擋住。因此該類上弦大節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)，待上弦安裝完成后再安裝豎桿。

3.2 斜腹桿安裝

（1）斜腹桿使用單點(diǎn)捆綁起吊。

（2）斜腹桿捆綁處用卡環(huán)卡雙股φ22 mm千斤繩作為防溜繩，下端用環(huán)鉤鉤住斜桿腹板，防止起吊千斤繩向上滑移。斜腹桿起吊前應(yīng)在上端掛鋼筋梯，方便施工人員拆卸卡環(huán)。

（3）斜腹桿起吊保持40°～50°傾角。桿件起吊就位后，對(duì)孔時(shí)在栓孔基本重合瞬間（相錯(cuò)在10 mm以內(nèi)）將小撬棍插入孔內(nèi)撥正，然后微微起落吊鉤，使桿件轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)合其他孔眼，首先打入對(duì)點(diǎn)沖釘，接著打入定位沖釘和一般沖釘。按工藝安裝施擰高強(qiáng)度螺栓。

3.3 豎桿安裝

（1）豎桿在上端安裝吊耳，使用φ32.5 mm千斤繩雙頭起吊安裝。

（2）豎桿起吊前應(yīng)在上端掛鋼筋梯，以便施工人員拆卸千斤繩和吊耳。

3.4 橫梁安裝

（1）下弦橫梁每個(gè)節(jié)點(diǎn)1根，在頂面安裝吊耳，采用2點(diǎn)4根千斤繩平吊安裝就位。

（2）桿件起吊安裝對(duì)位必須四角調(diào)平，安裝對(duì)點(diǎn)后迅速打入對(duì)點(diǎn)沖釘，補(bǔ)充剩余沖釘完全定位后，松鉤前將高強(qiáng)度螺栓初擰。如果兩主桁間距稍小橫梁無法放入，可用32 t螺旋千斤頂借助橫梁將其頂開，使橫梁順利放入。

3.5 橋面板安裝

（1）橋面板使用φ38.5 mm千斤繩掛在橋面板安裝吊耳上起吊。

（2）橋面板采用分塊吊裝，每節(jié)間3塊，采用由上向下放落的方法進(jìn)行安裝。

（3）放落至位置后先對(duì)點(diǎn)縱梁，打入對(duì)位沖釘和一般沖釘，再把栓帶的拼接板對(duì)位，安裝螺栓。橋面板安裝先縱梁后縱肋。

（4）橋面板安裝時(shí)，邊跨每處高強(qiáng)度螺栓施擰位置均有通道兼做施工平臺(tái)，懸臂拼裝時(shí)采用永久下弦檢查車及增加一吊機(jī)下掛平臺(tái)作施工平臺(tái)。

3.6 吊桿K撐安裝

吊桿K撐各桿件采用小鉤散拼安裝就位。

3.7 橫聯(lián)安裝

（1）橫聯(lián)采用整體垂直吊裝，首先將上平聯(lián)橫撐對(duì)位上弦桿節(jié)點(diǎn)連接板，用橇棍撥正打上尖沖釘，左右同時(shí)進(jìn)行。

（2）橫聯(lián)兩端與豎桿安裝松鉤后，用70 t架梁吊機(jī)提吊橫梁中心點(diǎn)，將吊桿上端對(duì)位施打沖釘，安裝完成。

3.8 橋門架安裝

斜橋門架采用預(yù)拼整體安裝，安裝時(shí)使斜橋門架約成40°角，先使其與上平聯(lián)橫撐桿件螺栓孔對(duì)正后，用小撬棍撥正，穿入普通螺栓慢慢松鉤，使斜橋門架角度與斜桿齊平，然后穿入M24高強(qiáng)度螺栓，用電動(dòng)扳手施擰將斜橋門架拉至設(shè)計(jì)位置。

4 鋼梁安裝

4.1 支架上鋼梁安裝

（1）5#墩支座安裝。提前對(duì)5#墩支座墊石的平整度、標(biāo)高、錨栓孔預(yù)埋位置進(jìn)行復(fù)核，保證支座錨栓順利放入錨栓孔。安裝支座時(shí)，先將支座底座橫、縱中線用紅油漆進(jìn)行標(biāo)記，將支座墊石的十字中心線用墨線彈出。使支座底座橫、縱向中線與支座墊石十字中線重合。支座擺放好后需臨時(shí)固定支座上擺和滑動(dòng)面，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)。

（2）首節(jié)鋼梁安裝。由于鋼梁首節(jié)下弦桿件E0節(jié)點(diǎn)中心長(zhǎng)度只有2.78 m，需與E1在預(yù)拼場(chǎng)預(yù)拼后方能進(jìn)行安裝。E0—E1連接節(jié)點(diǎn)需要高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行終擰。E0—E1在預(yù)拼場(chǎng)的連接線性對(duì)后續(xù)桿件安裝影響很大，必須確保拼裝線性準(zhǔn)確。為了方便快速安全拼裝E0—E1，在預(yù)拼場(chǎng)提前設(shè)置4個(gè)支撐臺(tái)座，使得E0—E1對(duì)接后線性符合要求。E0—E1拼接好后即可上橋架設(shè)。架設(shè)前，提前將支座橫向中心點(diǎn)及E1下墊塊、主桁中心點(diǎn)用紅線標(biāo)出。起吊安裝時(shí)，使得桿件中點(diǎn)與墊塊及支座上的標(biāo)識(shí)線完全重合后松鉤。 E0—E1桿件安放完畢后，即進(jìn)行安裝E0處橫梁，按順序安裝余下桿件。

E0—E1節(jié)間桿件安裝順序：E0E1組合下弦桿→E0端橫梁→E1橫梁→E0E1橋面板→E0A1端斜桿→E1A1豎桿S1→A1上弦桿→A1橫聯(lián)吊桿K撐→A1橫聯(lián)→E0A1橋門架。

支墩上E2（A2）—E8（A8）節(jié)間安裝順序：下弦桿→橫梁→橋面板→斜桿→豎桿→上弦桿→吊桿K撐→橫聯(lián)→上平聯(lián)。

桿件按照鋼梁桿件安裝工藝進(jìn)行安裝。單個(gè)節(jié)間桿件安裝完畢即可按高強(qiáng)度螺栓施擰工藝進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓施擰。

4.2 懸臂鋼梁架設(shè)

4#至5#鋼梁桿件安裝完畢，在第7節(jié)間拼裝架梁吊機(jī)。架梁吊機(jī)通過驗(yàn)收合格可使用后，即可進(jìn)行鋼梁懸臂拼裝。懸臂鋼梁桿件安裝順序：下弦桿→斜桿→豎桿→上弦桿→橫梁→橋面板→吊桿K撐→橫聯(lián)→橋門架（僅墩頂斜桿處）→上平聯(lián)。

保證主桁桿件順利閉合是懸臂拼裝的難點(diǎn)。懸臂拼裝過程分上弦大節(jié)點(diǎn)和上弦小節(jié)點(diǎn)節(jié)間2種不同拼裝方法。拼裝上弦大節(jié)點(diǎn)節(jié)間時(shí)，將下弦、豎桿、斜桿安裝完后即安裝上弦進(jìn)行主桁框架閉合。閉合時(shí)先閉合斜桿與上弦的三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。由于斜桿會(huì)產(chǎn)生一定撓度，尤其是箱形桿件重，撓度更大，單靠架梁吊機(jī)斜桿無法提起，增加主桁閉合難度。而且架梁吊機(jī)松鉤后上弦又會(huì)產(chǎn)生撓度，需在上弦大節(jié)點(diǎn)處設(shè)置牛腿，采用32 t螺旋千斤頂配合架梁吊機(jī)上提斜桿和上弦使其閉合。支座處最大斜桿X1由于桿件上下口四周均有高強(qiáng)度螺栓預(yù)留孔，此時(shí)可通過螺栓孔施擰高強(qiáng)度螺栓，通過螺栓拉力將斜桿拉正，使主桁閉合。斜桿與上弦主桁閉合后，用架梁吊機(jī)提升下弦可閉合豎桿。

拼裝上弦小節(jié)點(diǎn)時(shí)，安裝完下弦后，即安裝斜桿進(jìn)行三角閉合。安裝斜桿時(shí)先安裝好上口，松鉤用吊機(jī)提升下弦，斜桿與下弦眼孔基本對(duì)正后施打沖釘將其完全對(duì)正。其余安裝桿件均按照鋼梁桿件安裝工藝進(jìn)行安裝。主桁框架閉合橫梁、橋面板安裝完畢后進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓施擰。

5 鋼梁調(diào)整

鋼梁懸臂拼裝至臨時(shí)墩及正式墩時(shí)，對(duì)鋼梁最前端進(jìn)行平面位置測(cè)量，根據(jù)縱向及橫向偏位情況進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整結(jié)構(gòu)從下往上布置為臨時(shí)墊石、滑道梁、不銹鋼板、MGE板、上墊梁、油頂、鋼梁起頂支撐處，滑動(dòng)面為不銹鋼板與MGE板接觸面。不銹鋼板與MGE板間抹高壓硅脂降低摩擦系數(shù)，其余結(jié)構(gòu)接觸面墊石棉布增加摩擦系數(shù)。溫度變化及懸臂拼裝時(shí)，鋼梁縱向偏移很大。3#墩為固定支座，鋼梁架設(shè)至3#墩支座縱向調(diào)整到位后，將3#墩支座上擺與鋼梁螺栓孔穿上螺栓固定，然后將3#墩固定支座臨時(shí)固定；借助反力墩澆筑混凝土，臨時(shí)固定3#墩支座，以后可不進(jìn)行縱向調(diào)整，減少后續(xù)施工難度；全橋主梁架設(shè)完畢調(diào)整橫向到位，拱圈架設(shè)完成后只要進(jìn)行豎向標(biāo)高調(diào)整進(jìn)行拱合龍；最后支座灌漿完成全橋鋼梁架設(shè)工作。

黃河特大橋主橋剛性主梁在2009年10月底提前2個(gè)月完成架設(shè)任務(wù)，其鋼梁架設(shè)施工方法是相當(dāng)成功的，也為后續(xù)拱的架設(shè)爭(zhēng)取了時(shí)間。