柳州維義大橋鋼桁拱梁膺架法半懸臂架設(shè)施工

畢朝陽

(中鐵大橋局集團第二工程有限公司，江蘇南京 210015)

1 工程概況

柳州維義大橋是柳州市北外環(huán)“三橋一路”的重要組成部分，連接柳州市柳北區(qū)與柳南區(qū)，是北外環(huán)跨越柳江的通道。大橋全長2 090 m，其中主橋全長504 m，采用(108 m+288 m+108 m)中承式三跨連續(xù)鋼桁拱結(jié)構(gòu)，橋面總寬度為43.5 m。主桁由兩片鋼桁架組成，主桁中心距37 m，在兩片主桁架的外側(cè)各挑出3.25 m的懸臂托架支撐人行道，主跨拱圈矢高55 m，主桁采用節(jié)間長度12 m的“N”形桁式。兩片主桁架拱之間設(shè)有縱、橫向聯(lián)結(jié)系，橋面板采用與下弦(或系桿)焊接的正交異性整體橋面板。主拱肋通過柔性吊桿與系桿連接。柳州維義大橋主橋總體布置見圖1。

圖1 柳州維義大橋主橋總體布置圖

2 施工總體方案

目前，鋼桁拱橋梁架設(shè)施工常規(guī)方法邊跨采用膺架法半懸臂施工，主跨采用吊索塔架全懸臂架設(shè)，吊索塔架全懸臂架設(shè)施工主要通過吊索塔架索力調(diào)整控制拱架線形，具有施工操作簡單、臨時設(shè)施投入少等優(yōu)點，但存在吊索塔架安裝需占用鋼桁拱梁架設(shè)時間，同時，吊索塔架安裝需采用大噸位的塔吊，具有鋼梁架設(shè)工期長，設(shè)備投入多的缺點。傳統(tǒng)鋼桁拱梁架設(shè)施工方法見圖2。

柳州維義大橋由于邊跨較短，主桁間距較大，如果采用傳統(tǒng)吊索塔架懸臂架設(shè)的方法進行主跨鋼桁拱梁的架設(shè)，則吊索塔架的設(shè)計、施工、安裝均存在較大難度。在柳州維義大橋施工中，結(jié)合吊索塔架法和膺架法的優(yōu)缺點，維義大橋鋼桁拱梁架設(shè)采用膺架法半懸臂架設(shè)的方案，即從兩側(cè)向跨中雙向架設(shè)，最后實現(xiàn)跨中合龍，鋼梁架設(shè)時主跨系桿與橋面板隨主桁桿件一起架設(shè)，主桁跨中合龍后再合龍系桿及橋面板。柳州維義大橋鋼桁拱梁架設(shè)總布置圖見圖3。

圖2 鋼桁拱梁吊索塔架法施工

圖3 維義大橋鋼桁拱梁架設(shè)總布置圖

1)邊跨鋼梁在膺架上拼裝，每側(cè)各設(shè)4個臨時支墩，距0號和3號墩的距離分別為12 m，24 m，36 m，60 m。2)邊跨鋼梁架設(shè)完成后，繼續(xù)從兩側(cè)向跨中半懸臂拼裝鋼梁，中跨每桁布置4個臨時支墩，分別在E13和E17節(jié)間。3)中跨合龍時先合龍拱肋，再合龍系桿，最后安裝橫梁及橋面板。4)鋼梁桿件安裝利用可在邊跨平弦及拱肋22°斜坡行走的55 t爬坡吊機完成。

3 施工總體布置

3.1 鋼梁預(yù)拼場地布置

維義大橋南北岸均設(shè)置鋼梁預(yù)拼場，場內(nèi)按照桿件類型設(shè)置不同的預(yù)拼區(qū)和拼裝胎架，鋼梁預(yù)拼及倒用主要利用場內(nèi)75 t門吊。

3.2 鋼梁桿件的運輸

鋼梁由廠家制造好后，根據(jù)桿件類型和尺寸，采用水運和陸運的方式運至南北岸工地。預(yù)拼好的桿件通過平板車運到南北岸提升站，利用南岸50 t、北岸120 t提升站將鋼梁桿件提升至引橋橋面，通過橋面運梁車運輸至待架節(jié)間后方，利用55 t架梁吊機安裝架設(shè)。

3.3 主要機械設(shè)備配置

維義大橋鋼桁拱梁架設(shè)配置的主要機械設(shè)備見表1。

表1 維義橋鋼桁拱梁架設(shè)主要機械設(shè)備配置表

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 架設(shè)工況設(shè)計

4.1.1 工況計算相關(guān)荷載

1)鋼桁梁自重:自重通過計算轉(zhuǎn)換成節(jié)點荷載施加于上、下弦桿節(jié)點或上、下拱肋;2)架梁吊機自重:吊機自重330 t，作用于上弦桿，每片主桁承受165 t;3)施工走道(0.3 t/m)及施擰腳手架荷載;4)壓重荷載:邊跨5節(jié)～9節(jié)間架設(shè)時，需在邊跨1號～3號節(jié)間壓重，壓重線荷載為單桁6 t/m。

4.1.2 計算工況

由于柳州維義大橋鋼桁拱梁邊、中跨均采用膺架法進行架設(shè)，需要進行的安裝全過程計算，計算工況復(fù)雜，其控制工況計算主要有以下幾種:1)工況一，鋼梁架設(shè)至主墩時(主墩未支撐受力):為保證邊跨鋼梁架設(shè)時能順利上主墩，且主墩墩頂E9節(jié)點縱向處于設(shè)計位置，邊跨鋼梁架設(shè)時，采取邊跨整體抬高300 mm，整體向主墩縱移55 mm的措施。2)工況二，鋼梁架設(shè)至5號臨時墩時(5號臨時墩未支撐受力):為保證主跨鋼梁架設(shè)至跨中時，合龍口兩側(cè)鋼梁轉(zhuǎn)角為0，高程一致，縱向距離滿足合龍尺寸要求，主跨鋼梁架設(shè)時，采取南岸(主墩支座為固定支座)主墩調(diào)整至設(shè)計位置，邊墩落梁750 mm，北岸(主墩支座為活動支座)邊墩落梁688 mm，邊跨整體向跨中縱移680 mm的措施。3)工況三，鋼梁架設(shè)至6號臨時墩時(6號臨時墩未支撐受力)。4)工況四，拱肋下弦桿準(zhǔn)備合龍時。5)工況五，系桿準(zhǔn)備合龍時。

各工況條件下，各支點反力及鋼梁前端變形見表2。

4.2 臨時支墩設(shè)計

根據(jù)鋼梁架設(shè)工況計算，邊跨每側(cè)各設(shè)4個臨時支墩，距0號和3號邊墩的距離分別為12 m，24 m，36 m，60 m。主跨每側(cè)各設(shè)2個臨時支墩，距離1號，2號主墩的距離分別為48 m，96 m，48.6 m，96.3 m。由于橋位處河床為光板巖，臨時墩采用鉆孔樁+鋼管柱的結(jié)構(gòu)形式，為保證臨時墩的穩(wěn)定性，上部鋼管段縱橫向均設(shè)置連接系。根據(jù)各臨時墩受力計算，南北岸邊跨1號，2號臨時墩每桁布置2根φ1.0 m鉆孔樁，上接φ1.0 m鋼管樁;3號臨時墩每桁布置2根φ1.5 m鉆孔樁，上接φ1.5 m鋼管樁;4號，5號臨時墩每桁布置4根φ1.5 m鉆孔樁，上接φ1.5 m鋼管樁;6號臨時墩每桁布置6根φ1.5 m鉆孔樁，上接φ1.5 m鋼管樁。1號，2號及3號臨時墩鋼管連成整體形成臨時支墩，4號，5號，6號臨時墩鋼管單獨連成整體。邊跨臨時墩布置見圖4，主跨臨時墩布置見圖5。

表2 不同工況下鋼梁支點反力及前端變形量統(tǒng)計表

圖4 邊跨臨時墩布置

圖5 主跨臨時墩布置

臨時墩頂設(shè)置強大的分配梁和鋼墊塊，將鋼梁傳遞下來的集中力均勻的分配至每根樁基礎(chǔ)。為了調(diào)節(jié)鋼梁架設(shè)過程中的節(jié)點高程4號，5號，6號臨時墩頂面布置有豎向千斤頂。臨時墩墩頂布置見圖6，圖7。

圖6 4號，5號臨時墩墩頂布置

圖7 6號臨時墩墩頂布置

根據(jù)計算所得各臨時支墩墩頂反力，4號，5號臨時支墩豎向布置2臺1 000 t千斤頂，6號臨時支墩豎向布置4臺1 000 t千斤頂。

4.3 臨時桿件設(shè)計

主跨臨時墩設(shè)置于南北岸E13，E17節(jié)間，臨時墩支撐在橋面系桿底面。為使拱肋荷載能順利傳遞至鋼梁主跨臨時墩，在E13，E17節(jié)點處，橋面至拱肋下弦間，設(shè)置剛性臨時桿件。主跨臨時桿件布置見圖8。

圖8 主跨臨時桿件布置

根據(jù)臨時桿件受力計算，E13節(jié)點處臨時桿件設(shè)計為箱形截面，E17節(jié)點處臨時桿件設(shè)計為雙根工字形截面，為增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，上下游側(cè)臨時桿件通過平聯(lián)桿件進行連接。為適應(yīng)鋼梁架設(shè)過程中轉(zhuǎn)角及水平位移的影響，臨時桿件與橋面系桿及拱肋下弦桿件間均采用銷軸連接。

4.4 主邊墩墩頂布置

由于維義大橋鋼桁拱梁采用膺架法半懸臂架設(shè)的施工方法，鋼梁的調(diào)整均通過主、邊墩墩頂設(shè)施來完成，因此，主、邊墩均需要布置縱、橫移及豎向起頂設(shè)備，以調(diào)整鋼梁里程、軸線及高程。墩頂設(shè)施包括縱、橫移支墊工鋼束、鋼墊塊、聚四氟乙稀滑板、千斤頂、油泵、油管等。起頂落梁工況下主墩墩頂布置見圖9。

圖9 鋼梁起頂落梁工況時主墩墩頂布置

4.5 鋼桁拱梁跨中合龍

4.5.1 跨中合龍時鋼梁安裝狀態(tài)

跨中合龍時，上拱弦合龍口預(yù)留在A21A20′節(jié)間，下拱弦合龍口預(yù)留在 E21E20′節(jié)間，系桿合龍口預(yù)留在 C21C20′節(jié)間，E21A20′斜桿不裝。上下拱弦桿合龍前，A20(A20′)節(jié)點處SP22，A21(A21′)節(jié)點處 SP7 及 E20(E20′)節(jié)點處的 XP14，E21(E21′)節(jié)點處XP4a不安裝。主跨鋼梁合龍前狀態(tài)見圖10。

圖10 鋼梁跨中合龍前安裝狀態(tài)

4.5.2 合龍順序

總的施工步驟是先合龍上下弦，再合龍斜桿和平聯(lián)。先合龍下拱弦桿，再合龍上拱弦桿，上下拱弦桿合龍后再合龍斜桿。主桁弦桿合龍后再合龍系桿，最后拱肋上、下平聯(lián)。

4.5.3 合龍前鋼梁調(diào)整

合龍前進行準(zhǔn)確的測量，凡測量值與下列規(guī)定不符合者均應(yīng)調(diào)整。調(diào)整工作包括:間距(縱向)，中線(橫向)，高程(豎向)。鋼梁位移調(diào)整順序為先調(diào)整橫向，再調(diào)整縱向，再調(diào)整豎向。

中線測量:保證主桁平面中線差小于2 mm;間距測量:兩懸臂端間隔距離與設(shè)計尺寸的間距為(0，+100)mm;高程測量:兩懸臂端高程一致，轉(zhuǎn)角相等。

中線(橫向)調(diào)整方法:其值包括安裝測量誤差，梁體橫斷面變形所引起的錯位，日照不勻、溫度使梁體橫向撓曲等。當(dāng)中線偏差太大時(超過10 cm)，利用1號，2號墩支點處設(shè)置的橫移設(shè)備來完成;當(dāng)中線偏差小于10 cm時，可通過兩側(cè)鋼梁上、下游的對拉導(dǎo)鏈來實現(xiàn)。間距(縱向)調(diào)整方法:利用1號，2號墩支點處設(shè)置的縱移設(shè)備，調(diào)整鋼梁的縱向位置，將合龍口間距調(diào)整至(0，+100)mm;高程調(diào)整方法:調(diào)整6號及邊跨0號，3號墩支點高程，保持主墩1號，2號墩墩頂高程不變，使兩懸臂端高程一致。4.5.4 鋼梁合龍步驟

1)當(dāng)位移調(diào)整好后，兩側(cè)鋼梁利用導(dǎo)鏈對拉，再度精調(diào)中線。打入下弦長圓孔鋼銷(此時懸臂端間隔距離與設(shè)計尺寸的間距為(0，+100)mm)。2)將鋼梁進行縱移，當(dāng)合龍口尺寸與設(shè)計尺寸偏差在30 mm左右甚至更小時，不需再進行縱移，等待溫度變化即可，當(dāng)偏差在0.5 mm以內(nèi)時，打入下弦圓孔鋼銷。調(diào)整上口間隙至當(dāng)偏差在0.5 mm以內(nèi)時，打入上弦圓孔鋼銷，至此，鋼梁在跨中呈四點鉸支狀態(tài)。3)依次在下弦、上弦及斜桿的合龍點上打入50%沖釘、上足30%高栓，然后按照正常的順序進行沖釘?shù)奶鎿Q、高栓初擰和終擰，同時退出鋼銷。4)當(dāng)上述步驟完成后，立即將2號墩臨時固定支座釋放為活動支座，完成體系轉(zhuǎn)換，防止產(chǎn)生過大的溫度內(nèi)力。5)解除5號臨時支墩的支撐，通過6號臨時支墩落梁調(diào)整橋面系桿合龍口間距，合龍系桿，安裝橋面板，完成全橋鋼梁架設(shè)。

5 結(jié)語

柳州維義大橋主橋鋼桁拱梁架設(shè)施工過程中，在參考國內(nèi)鋼桁拱橋成熟的施工技術(shù)基礎(chǔ)上，進行了科研創(chuàng)新，放棄了傳統(tǒng)的吊索塔架施工方法，大膽的在主跨采用膺架法半懸臂架設(shè)的施工方法。該方法具有鋼梁調(diào)整時調(diào)整點少，操作簡潔、安全、方便，設(shè)備投入少，鋼梁架設(shè)施工短等優(yōu)點，該方法在施工技術(shù)上是一種創(chuàng)新。柳州維義大橋鋼桁拱梁架設(shè)施工，在工期緊、任務(wù)重的情況下，合理組織、精心施工，成功實現(xiàn)了每5 d～6 d架設(shè)一個節(jié)間，在10個月時間內(nèi)完成了全橋鋼梁架設(shè)任務(wù)，較好的完成了預(yù)期目標(biāo)，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益。維義大橋鋼桁拱梁膺架法半懸臂架設(shè)施工工法的成功開發(fā)和實施，促進了行業(yè)科技進步，對大跨度邊中跨比小的鋼梁架設(shè)施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗，豐富了鋼梁懸臂架設(shè)施工技術(shù)。