溫州甌江北口大橋鋼桁梁安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

楊友良，郝聶冰

(1. 溫州市交通工程管理中心，浙江 溫州 325000；2.中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢 430040)

0 引 言

在懸索橋的建設(shè)過(guò)程中，主梁的架設(shè)是十分關(guān)鍵的階段[1-2]。在主梁的吊裝順序及架設(shè)過(guò)程中梁段間的連接方式對(duì)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)具有顯著影響[3]，為達(dá)到成橋狀態(tài)所需的調(diào)整措施也與之有關(guān)[4]。根據(jù)工程自身的特點(diǎn)，如地形條件、加勁梁重量等，需比選采用最合適的吊裝方式。對(duì)地錨式懸索橋而言，目前主要采用的主梁安裝方式包括纜載吊機(jī)法、纜索吊機(jī)法、橋面吊機(jī)法、浮吊法、蕩移法、軌索滑移法等[5-7]。其中，纜載吊機(jī)法因起吊能力大、提升控制精度高、整體節(jié)段安裝快等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外許多大跨度懸索橋中應(yīng)用；纜索吊機(jī)法對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，但施工操作較為復(fù)雜，且隨跨徑增大起吊重量受到一定限制；橋面吊機(jī)法多用于吊裝單個(gè)桁片在空中組拼加勁梁節(jié)段，空中作業(yè)施工安全風(fēng)險(xiǎn)增大；浮吊法適用于河(海)通航無(wú)限制和水流影響較小地區(qū)；蕩移法利用主纜支承進(jìn)行縱橋向上位移施工，適用于無(wú)法滿足垂直吊裝要求的情況；軌索滑移法是通過(guò)設(shè)置在吊索上的平行軌索來(lái)實(shí)現(xiàn)縱橋向運(yùn)梁，適用于水路運(yùn)送受限的跨峽谷懸索橋加勁梁架設(shè)。

本文針對(duì)甌江北口大橋新穎的結(jié)構(gòu)形式與復(fù)雜的地形條件，主要介紹該橋加勁梁安裝施工方案及關(guān)鍵技術(shù)，包括主跨纜梁相交區(qū)提出一種新型的“纜載吊機(jī)+分體式液壓提升”架設(shè)方法，以及邊跨無(wú)索段設(shè)計(jì)一種開合支架存梁方法。

1 工程概況

溫州甌江北口大橋項(xiàng)目位于溫州市甌江出?？?，是甬臺(tái)高速公路復(fù)線和溫州市南金公路兩大項(xiàng)目的控制性工程，全長(zhǎng)7.913km[8]。北口大橋主橋?yàn)榭鐝讲贾?230+800+800+348)m的三塔四跨鋼桁梁懸索橋，其主纜矢跨比為1/10。中跨跨中存在長(zhǎng)約200 m的纜梁相交區(qū)，即主纜低于主桁。全橋鋼桁梁采用連續(xù)結(jié)構(gòu)，豎向采用半漂浮體系，共劃分為110個(gè)吊裝節(jié)段，其中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)20m，全橋鋼桁梁總重達(dá)7.7萬(wàn)噸，單個(gè)節(jié)段最大起吊重量812.5t。橋塔在國(guó)內(nèi)首次采用剛性中塔設(shè)計(jì)，各塔區(qū)均存在三個(gè)無(wú)吊索節(jié)間。除塔區(qū)無(wú)索梁段外，由北至南各梁段編號(hào)分別為BB1～BB10(北邊跨)，BZ1～BZ39(北中跨)，NZ39～NZ1(南中跨)，NB13～NB1(南邊跨)。主橋總體布置如圖1所示。

圖1 溫州甌江北口大橋主橋總體布置(單位：m)

橋位處平均風(fēng)速在1.6m/s～2.8m/s間，其中7、8月為臺(tái)風(fēng)高發(fā)期，全年風(fēng)力等級(jí)大于等于8級(jí)的天數(shù)約有4天。項(xiàng)目施工水域年最大潮差達(dá)到5.35 m，航道繁忙，水文多變。主橋南北岸存在淺灘區(qū)，梁段運(yùn)輸船舶難以通航。綜上所述，北口大橋主梁施工存在加勁梁吊裝重量較大、施工環(huán)境多變、工藝復(fù)雜多樣等重難點(diǎn)。因此，根據(jù)加勁梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、所處環(huán)境、安裝位置等因素，加勁梁需綜合運(yùn)用多種架設(shè)方法[9-10]，梁段分區(qū)域采用不同施工方案。

2 主跨梁段安裝技術(shù)

2.1 主跨整體安裝方案

全橋主跨加勁梁采用整節(jié)段起吊方式，由跨中向橋塔方向進(jìn)行吊裝，以提高施工精度、縮短安裝工期、減少主纜次應(yīng)力[11-12]。主跨吊裝節(jié)段共計(jì)78個(gè)(包含4個(gè)合龍梁段)，其中單個(gè)節(jié)段最大重量為812.5t。

考慮主跨沿跨長(zhǎng)方向上纜梁位置、架設(shè)環(huán)境等因素影響，主跨加勁梁架設(shè)分別采用如下方法：

(1)纜載吊機(jī)區(qū)(N(B)Z1～N(B)Z12、N(B)Z29～N(B)Z39)：由于該區(qū)段除BZ1～BZ5梁段外主跨具有良好的通航條件，梁段可以通過(guò)船運(yùn)到起吊位置能進(jìn)行垂直起吊，故優(yōu)先選用纜載吊機(jī)法進(jìn)行加勁梁梁段吊裝。BZ1～BZ5梁段由于下方水域水深較淺，需通過(guò)搭設(shè)臨時(shí)支架存梁后，再采用纜載吊機(jī)進(jìn)行吊裝。

(2)纜梁相交區(qū)(N(B)Z13～N(B)Z28)：在跨中約300m范圍內(nèi)加勁梁頂面距主纜底面小于3m(如圖2所示)，若采用纜載吊機(jī)無(wú)法直接將梁段吊裝到位，這部分梁段安裝為主跨加勁梁施工的一項(xiàng)重難點(diǎn)。項(xiàng)目組提出了一種新型的“纜載吊機(jī)+分體式液壓提升”梁段吊裝方法。

圖2 甌江北口大橋主跨梁段吊裝方式

2.2 分體式液壓提升裝置

針對(duì)纜梁相交區(qū)纜載吊機(jī)無(wú)法直接垂直吊裝加勁梁節(jié)段至設(shè)計(jì)標(biāo)高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種分體式液壓提升裝置。該裝置主要由液壓提升油缸、液壓泵站、主控室、鋼絞線收放裝置、吊索錨頭、臨時(shí)索夾及若干鋼絞線組成，如圖3所示。該裝置小巧，依靠臨時(shí)索夾固定在主纜上，每套提升單元相對(duì)獨(dú)立，可用于跨中纜梁交匯區(qū)梁段的提升。由于分體式液壓提升裝置無(wú)法直接與已制造好的鋼桁梁上吊點(diǎn)進(jìn)行連接，因此進(jìn)行梁段提升前，需在鋼桁梁底部安裝能夠連接該裝置的提升錨盤結(jié)構(gòu)。由于錨盤無(wú)法在運(yùn)梁船上直接進(jìn)行安裝，故需先將鋼桁梁提升至一定高度后，采用接長(zhǎng)吊索連接主纜和鋼桁梁后完成錨盤的安裝，最后采用分體式液壓提升裝置進(jìn)行梁段的二次提升到位。

圖3 甌江北口大橋液壓同步提升裝置示意圖

2.3 纜梁相交區(qū)梁段安裝

跨中約300m范圍內(nèi)纜梁相交區(qū)梁段吊裝的整體安裝流程如圖4所示。即，運(yùn)梁船將梁段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，將梁段與纜載吊機(jī)連接，利用纜載吊機(jī)第一次起吊梁段，然后連接接長(zhǎng)吊索并安裝分體式液壓提升設(shè)備及提升錨盤，分體式液壓提升裝置進(jìn)行梁段二次提升到位，主梁與永久吊索連接，完成該梁段安裝，繼續(xù)進(jìn)行下一梁段安裝。

圖4 跨中纜梁相交區(qū)梁段安裝流程

在懸索橋主梁施工過(guò)程中，已安裝的加勁梁往往存在一定的傾斜角度，而待吊梁段為垂直起吊。北口大橋主梁節(jié)段斜桿外輪廓縱向超出弦桿，因此為避免起吊梁段與已安裝梁段桿件發(fā)生碰撞干擾，待吊梁段應(yīng)當(dāng)在遠(yuǎn)離已安裝梁段一定距離處起吊，從而需在安裝或定位提升裝備時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)偏。當(dāng)梁段處于設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)，避免斜桿碰撞所需空間為0.58 m，如圖5所示。

圖5 避免斜桿碰撞所需空間(單位：m)

設(shè)備預(yù)偏距離指的是設(shè)備安裝位置與待吊梁段永久索夾位置的距離。這一距離的理論計(jì)算需根據(jù)待吊梁段起吊時(shí)已吊梁段相對(duì)設(shè)計(jì)狀態(tài)的姿態(tài)變化計(jì)算得到的所需預(yù)偏距離、永久索夾的位置變化以及預(yù)留的安全距離三者共同確定。一般而言，預(yù)留安全距離取0.3 m。永久索夾的位置變化需采用有限元軟件模擬吊裝過(guò)程計(jì)算得到。而最后一項(xiàng)數(shù)據(jù)需結(jié)合有限元計(jì)算所得已安裝梁段的姿態(tài)結(jié)果，在AutoCAD中繪制梁段相應(yīng)傾角后，得到所需預(yù)偏距離。以第二次起吊梁段(BZ21/NZ21)為例，按照上述方法確定的理論預(yù)偏距離為1.05 m，理論預(yù)留梁段間安全距離為0.3 m，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)安全距離為0.28 m，驗(yàn)證了該方法的正確性。

3 邊跨梁段安裝技術(shù)

3.1 邊跨整體安裝方案

懸索橋兩岸邊跨共有23個(gè)節(jié)段，其中南邊跨13個(gè)節(jié)段、北邊跨10個(gè)節(jié)段，單榀梁段最大吊重約為812.5t。邊跨端部2個(gè)節(jié)段均為無(wú)索梁段，即一端僅通過(guò)一根吊索與主纜連接、另一端支撐于橋墩上。

由于纜載吊機(jī)起吊過(guò)程中需要進(jìn)行纜上支撐鎖止，加勁梁節(jié)段為垂直吊裝，而根據(jù)南、北邊跨地形條件等因素影響，梁段無(wú)法直接運(yùn)輸至待吊區(qū)域正下方，因此需進(jìn)行存梁施工。具體邊跨加勁梁架設(shè)方法如下：

(1)北邊跨：均位于陸地上，通過(guò)纜載吊機(jī)蕩移卸船+滑移系統(tǒng)+模塊車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，存梁示意如圖6所示。

(2)南邊跨：均位于淺灘區(qū)，搭設(shè)存梁及滑移支架，采用分體式纜載吊機(jī)蕩移卸船+滑移系統(tǒng)進(jìn)行存梁施工，存梁示意如圖7所示。

(3)端部無(wú)索梁段：在纜載吊機(jī)蕩移卸船+滑移系統(tǒng)后，將其二次蕩移提升至支架上滑道進(jìn)行存梁。

圖6 北邊跨存梁示意圖

圖7 南邊跨存梁示意圖

3.2 邊跨有索梁段安裝

由于兩岸邊跨不具備通航條件，傳統(tǒng)方法采取高支架法進(jìn)行施工，即在邊跨區(qū)段搭設(shè)支架，通過(guò)水平索牽引梁段存放在支架上，再用纜載吊機(jī)垂直吊裝邊跨上梁段。但這種方法成本投入大、安全風(fēng)險(xiǎn)高，因此邊跨采用“纜載吊機(jī)蕩移卸船+滑移系統(tǒng)”進(jìn)行主梁轉(zhuǎn)運(yùn)，首先采用纜載吊機(jī)蕩移主梁，將其存放于邊跨滑移軌道上，再用分體式液壓提升裝置從錨碇向邊塔的順序進(jìn)行垂直起吊安裝。這種方法相比傳統(tǒng)方法，具有簡(jiǎn)便易行、成本低、安全性高優(yōu)點(diǎn)。邊跨梁段垂直吊運(yùn)安裝工藝與中跨纜梁相交區(qū)安裝過(guò)程基本相同，此處不再贅述。

纜載吊機(jī)垂直起吊梁段至蕩移高度，牽拉蕩移臨時(shí)吊索至吊具處，將吊索下錨頭與吊具吊板連接，纜載吊機(jī)下放梁段進(jìn)行蕩移，待梁段荷載轉(zhuǎn)移至臨時(shí)吊索后，解除跨纜吊機(jī)錨頭與吊具連接；然后由臨近的永久吊索來(lái)接吊，使梁段荷載完全轉(zhuǎn)移至纜載吊機(jī)吊裝鋼絞線，下放梁段至存梁平臺(tái)上。連接滑移系統(tǒng)，縱向牽拉梁段至指定位置存放，同時(shí)纜載吊機(jī)攜帶吊具退至初始位置處定位。

3.3 邊跨無(wú)索梁段安裝

邊跨端部無(wú)索梁段安裝需將其提升至支架上滑道進(jìn)行存梁，因此邊跨存梁支架均設(shè)置了開合支架形式，如圖8所示。圖中鋼桁架1可在鋼桁架2上橫向滑移，從而滿足無(wú)索梁段的提升空間。無(wú)索梁段的具體提升過(guò)程為通過(guò)下滑道滑移至開合支架下方→開合支架橫移→下放吊裝鋼絞線→托梁安裝→吊具與吊點(diǎn)連接→梁段提升→閉合支架。

完成無(wú)索梁段的提升后，進(jìn)行梁段的滑移及安裝工作，滑移過(guò)程主要包括以下過(guò)程：滑座安裝→軌道對(duì)接→滑移牽引系統(tǒng)安裝→試滑移→正式滑移。待無(wú)索梁段滑移到位后，進(jìn)行N(B)Z-01與N(B)Z-02的栓焊施工。最后根據(jù)理論計(jì)算，需通過(guò)分體式纜載吊機(jī)提升N(B)Z-02梁段約2m，完成與永久吊索的連接。

圖8 邊跨支架三維模型圖示

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)北口大橋主跨的“纜梁相交段”主梁吊裝及邊跨主梁轉(zhuǎn)運(yùn)的難題，項(xiàng)目分別提出了“纜載吊機(jī)+分體式液壓提升”架設(shè)方法及“纜載吊機(jī)蕩移卸船+滑移系統(tǒng)”工藝。實(shí)踐證明，這兩種方法可以有效解決“纜梁相交段”吊裝及邊跨主梁轉(zhuǎn)運(yùn)問(wèn)題，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為類似加勁梁安裝施工提供參考。