大跨鋼桁拱橋斜拉扣掛懸臂法施工技術(shù)

田唯，由瑞凱，周仁忠（.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北　武漢　430040；2.公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心，北京　00088；3.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北　武漢　430040）

大跨鋼桁拱橋斜拉扣掛懸臂法施工技術(shù)

田唯1，2，3，由瑞凱1，周仁忠1，2，3
（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430040；2.公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心，北京100088；3.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430040）

大跨鋼桁架拱橋采用斜拉扣掛懸臂法施工，其結(jié)構(gòu)受力和施工工藝極其復(fù)雜，施工難度大。針對(duì)國(guó)內(nèi)采用斜拉扣掛懸臂法施工的主要大跨鋼桁拱橋中的總體施工方案、體系轉(zhuǎn)換工藝技術(shù)、線形控制技術(shù)、主桁拱和剛系桿合龍技術(shù)、斜拉扣掛系統(tǒng)施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)、對(duì)比分析研究。得出針對(duì)不同情形的施工工藝和方法。

大跨鋼桁拱橋；懸臂法；斜拉扣掛系統(tǒng)；線形控制；合龍方法

0　引言

鋼桁架拱橋相對(duì)于其他橋型具有外形雄偉壯觀、跨越能力大、承載能力高等優(yōu)點(diǎn)。90年代后期我國(guó)開始修建不少鋼桁架系桿拱橋，修建的方法包括支架法、纜索吊裝法、大節(jié)段整體提升吊裝及斜拉扣掛懸臂法等，其中采用最多的是斜拉扣掛懸臂法。如2005年建成的萬州長(zhǎng)江鐵路大橋?yàn)椋?68+360+168）m三跨單拱連續(xù)鋼桁梁橋，采用由兩岸向跨中架梁吊機(jī)懸拼，中跨架設(shè)輔助以斜拉扣掛系統(tǒng)，是我國(guó)首座采用斜拉扣掛懸臂法施工的大跨鋼桁拱橋[1]。2009年建成的南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)椋?08+192+336+336+192+ 108）m連續(xù)鋼桁拱（如圖1），為世界最大跨徑六線高速鐵路鋼桁拱橋，中跨合龍創(chuàng)新采用“縱移+調(diào)索”技術(shù)，解決了大懸臂狀態(tài)下三主桁空間結(jié)構(gòu)合龍的技術(shù)難題[2-3]。2009年建成的朝天門大橋?yàn)椋?90+552+190）m三跨連續(xù)鋼桁系桿拱橋（如圖2），為世界第一大跨公路鋼桁拱橋，主拱合龍創(chuàng)新采用預(yù)偏位移補(bǔ)償+頂落梁法，避免大噸位整體移梁施工，剛性系桿合龍采用施加臨時(shí)系桿法，減小了施工風(fēng)險(xiǎn)[4]。2015年建成的珠海橫琴二橋?yàn)椋?00+400+100）m三跨連續(xù)鋼桁系桿拱橋，剛性系桿合龍創(chuàng)新采用限位中支座法，不需架設(shè)臨時(shí)系桿，無需頂推中支座而使剛性系桿順利合龍[5]。

我國(guó)在大跨鋼桁架拱橋施工上已取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和成果，施工技術(shù)也達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，但至今還沒有對(duì)大跨鋼桁拱橋施工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)研究。大跨鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)和受力極其復(fù)雜，施工工藝繁多，不同具體結(jié)構(gòu)施工方法上也有較大差異，迫切需要對(duì)此進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)研究，為我國(guó)今后同類橋梁施工提供借鑒參考。本文以國(guó)內(nèi)這幾座主要的采用斜拉扣掛懸臂法施工的大跨鋼桁拱橋施工為背景，就總體施工方案比選、關(guān)鍵工藝和體系轉(zhuǎn)換、線形控制、主拱合龍、剛系桿合龍、斜拉扣掛系統(tǒng)施工等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)性探討。

圖2　朝天門長(zhǎng)江大橋總體施工方案圖Fig.2　General construction scheme for Chaotianmen Changjiang River Bridge

1　總體施工方案的選擇

總體施工方案的優(yōu)劣，決定著大橋能否順利成功修建。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)橋位條件以及主橋結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)，對(duì)施工方案比選研究至關(guān)重要[6]。以珠海橫琴二橋?yàn)槔阂驒M琴二橋主橋跨洪灣水道，航道等級(jí)為I級(jí)，通行3 000噸級(jí)海輪，交通流量繁忙，因此支架施工法不可行；采用大節(jié)段吊裝，主桁拱吊高高達(dá)120 m，一般浮吊均難以滿足要求，且采用大型浮吊作業(yè)，需對(duì)航道封航，難以實(shí)現(xiàn)；若采用纜索吊裝法，則需建造龐大的塔架和復(fù)雜的纜索系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)域難以滿足，又因橫琴二橋地處臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)域，大型纜索吊系統(tǒng)在臺(tái)風(fēng)期穩(wěn)定安全性難以保證。針對(duì)橫琴二橋?yàn)槿邕B續(xù)鋼桁拱橋，且為栓接結(jié)構(gòu)，宜采用斜拉扣掛懸臂法施工，即采用架梁吊機(jī)爬行懸臂吊裝架設(shè)桿件，中跨架設(shè)時(shí)再輔助以較輕巧的斜拉扣掛系統(tǒng)控制主桁拱內(nèi)力。

大跨鋼桁架拱橋采用斜拉扣掛懸臂架設(shè)法主要涉及兩個(gè)問題：一是安裝起點(diǎn)比選問題，二是主拱合龍方式問題。前者中又包括兩種情況：一是以邊支點(diǎn)為起點(diǎn)，由邊跨往跨中安裝，此方案一般各需兩臺(tái)架梁吊機(jī)，設(shè)備費(fèi)用要高。對(duì)于三跨拱橋如萬州長(zhǎng)江大橋、朝天門長(zhǎng)江大橋、珠海橫琴二橋一般都從邊跨往中間架設(shè)，在中間合龍。另一是由中支點(diǎn)往兩邊安裝。對(duì)于多跨拱橋如大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋，為滿足邊中跨結(jié)構(gòu)平衡受力需要，以及多作業(yè)面同時(shí)開展以節(jié)省工期需要，中間孔采用由中支點(diǎn)向兩邊同時(shí)吊裝鋼梁。后者也分為兩種情況：一是拱梁并進(jìn)，即中跨桁拱及剛系梁同步懸臂安裝至跨中合龍，該法優(yōu)點(diǎn)是桁拱和剛系梁同步合龍，可快速實(shí)現(xiàn)從大懸臂施工狀態(tài)到主結(jié)構(gòu)系桿拱受力體系轉(zhuǎn)換，施工體系轉(zhuǎn)換次數(shù)較少，施工工期較短，如大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋。二是先拱后梁即先懸臂安裝桁拱至跨中，待桁拱合龍后，在中跨合適的位置安裝臨時(shí)系桿，形成系桿拱受力體系，再安裝合龍中跨鋼系桿。當(dāng)跨徑較大，懸臂安裝力矩相對(duì)較大或橋位處風(fēng)荷載較大導(dǎo)致拱梁并進(jìn)穩(wěn)定性較差的情況下，則采用此法，如朝天門長(zhǎng)江大橋、珠海橫琴二橋等。

2　關(guān)鍵工藝及其體系轉(zhuǎn)換

大跨鋼桁架拱橋采用斜拉扣掛懸臂施工，工藝復(fù)雜，體系轉(zhuǎn)換繁多，在整個(gè)過程中隨著鋼梁架設(shè)，結(jié)構(gòu)體系也在相應(yīng)變化。以朝天門長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，如上圖2所示，其關(guān)鍵工藝和體系轉(zhuǎn)換技術(shù)如下：

2）中跨架設(shè)至大懸臂時(shí)，采用斜拉扣掛系統(tǒng)以控制主桁結(jié)構(gòu)內(nèi)力，此時(shí)要控制結(jié)構(gòu)的傾覆安全性，需在邊支點(diǎn)處進(jìn)行壓重，使得主桁抗傾覆系數(shù)滿足>1.3的要求。中跨架設(shè)時(shí)，中支點(diǎn)縱向固定，邊支點(diǎn)縱向約束釋放，為帶伸臂的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。

3）主拱合龍后，在主拱南北E17之間架設(shè)臨時(shí)系桿，為剛性系桿架設(shè)和合龍創(chuàng)造條件。此時(shí)結(jié)構(gòu)體系為施工臨時(shí)狀態(tài)下的中跨局部帶系桿拱的三跨連續(xù)梁受力體系。

4）剛系桿架設(shè)及合龍過程中，為中部局部帶臨時(shí)系桿拱的三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。剛性系桿合龍后，拆除臨時(shí)系桿，全橋結(jié)構(gòu)體系由中跨局部帶臨時(shí)系桿拱的三跨連續(xù)梁轉(zhuǎn)化為中跨局部帶永久系桿拱的三跨連續(xù)梁受力體系。

體系轉(zhuǎn)換中，為對(duì)支點(diǎn)鋼梁進(jìn)行頂推、頂升調(diào)節(jié)，需在邊中支點(diǎn)處布置相應(yīng)頂推設(shè)備調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括縱、橫、豎向千斤頂調(diào)節(jié)裝置。對(duì)于采用以中支點(diǎn)為起點(diǎn)安裝方式，如大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋（圖1），主要不同之處是需在初始中支點(diǎn)安裝時(shí)布置墩旁托架，在邊跨合龍前，將墩旁托架和鋼梁臨時(shí)固結(jié)，6號(hào)（8號(hào)）墩墩旁架托在邊跨鋼梁合龍后解除與鋼梁桿件的連接。7號(hào)墩墩旁托架在主拱架設(shè)前2個(gè)節(jié)間后對(duì)鋼梁的中線、高程精確調(diào)整，再與鋼梁間鎖定，在中跨主拱合龍后再解除。

3　主桁拱線形控制

目前鋼桁拱橋多采用栓焊結(jié)構(gòu)形式，即桿件采用工廠焊接預(yù)制，再運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)吊裝，高強(qiáng)螺栓栓接。其安裝線形主要由工廠制造線形（桿件長(zhǎng)度和角度）決定，而桿件長(zhǎng)度和角度主要由制孔精度決定。對(duì)吊桿的無應(yīng)力長(zhǎng)度計(jì)算要充分考慮實(shí)際中的荷載進(jìn)行成橋計(jì)算得到成橋線形，以此為依據(jù)確定吊桿的無應(yīng)力索長(zhǎng)。另外工廠進(jìn)行每次不少于3～4個(gè)主桁節(jié)間的短線滾動(dòng)試拼裝，以檢驗(yàn)制造線形是否滿足要求。

現(xiàn)場(chǎng)施工中主要是通過控制安裝拱度和橋面軸線來控制安裝線形。現(xiàn)場(chǎng)安裝中主要采取如下技術(shù)：

工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的主要裂紋類型有軋制裂紋、焊接裂紋和疲勞裂紋。常見結(jié)構(gòu)損傷包括裂紋、變形、腐蝕或磨損、連接失效等，其中裂紋所占的比例最高。同時(shí)工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)斷裂失效造成的危害極大，其主要受力構(gòu)件如主梁、支腿一旦發(fā)生裂紋與擴(kuò)展，將會(huì)造成起重機(jī)承載能力下降，并會(huì)導(dǎo)致局部失穩(wěn)甚至整機(jī)傾覆造成重大事故。圖4和圖5所示分別為液壓挖掘機(jī)和塔式起重機(jī)中部分裂紋形式的實(shí)際案例。

1）板縫控制：預(yù)拼及安裝時(shí)均先上15%的工作螺栓，并一般擰緊，初步消除板縫，防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。高栓施擰順序?yàn)閺墓?jié)點(diǎn)中心向四周輻射進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)板縫主要靠高栓初擰消除，初擰扭矩為終擰扭矩的50%，初擰完成后立即檢查板縫是否符合要求，不符合要求的應(yīng)進(jìn)行復(fù)擰。

2）栓孔重合度控制：栓孔重合度主要靠構(gòu)件預(yù)拼及安裝時(shí)打入定位沖釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量來保證。構(gòu)件預(yù)拼和安裝時(shí)，主桁節(jié)點(diǎn)按梅花形布置打入60%～70%定位沖釘，連接系打入50%的定位沖釘，確保節(jié)點(diǎn)栓孔重合度滿足要求，嚴(yán)格控制構(gòu)件軸線。

3）懸臂安裝拱度控制：懸臂安裝時(shí)按照從下至上，先下平面后立面，盡快形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，最后安裝上平面的原則進(jìn)行。為保證拼裝拱度，節(jié)點(diǎn)連接沖釘打足后，安裝15%工作螺栓，每安裝至臨時(shí)墩和主墩上墩前應(yīng)讓桿件前端處于懸臂狀態(tài)，前端節(jié)點(diǎn)與墩頂之間保持2～5 cm間隙。主桁桿件閉合，高栓100%終擰后，再完成墩頂抄墊，安裝下一個(gè)節(jié)間時(shí)支墩才開始受力。

4）高栓施擰進(jìn)度控制：主桁節(jié)點(diǎn)高栓終擰進(jìn)度不得落后拼裝部位2個(gè)節(jié)間，其他節(jié)點(diǎn)高栓終擰不得落后拼裝進(jìn)度3個(gè)節(jié)間。施工前應(yīng)制訂詳細(xì)的高強(qiáng)螺栓施擰工藝，并進(jìn)行工藝試驗(yàn)，每批高栓進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)對(duì)供應(yīng)商提供的扭矩系數(shù)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，確保施工施擰質(zhì)量。

5）軸線偏差控制：現(xiàn)場(chǎng)施工中由于支點(diǎn)高差及平面位置、構(gòu)件安裝順序、不平衡荷載、節(jié)點(diǎn)板扭轉(zhuǎn)、陽光偏曬等因素均會(huì)引起橋梁軸線偏差?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)需盡量避免陽光偏曬等情況，并且每安裝一節(jié)則進(jìn)行線形測(cè)試評(píng)估，一旦線形偏差較大，則需采取優(yōu)化高栓施擰順序等措施及時(shí)進(jìn)行糾偏，防止安裝誤差累積發(fā)散。

4　主桁拱合龍

大跨鋼桁拱橋主拱合龍時(shí)，要使主拱合龍口順利合龍，需確保合龍口兩側(cè)的豎桿相互平行，上下弦桿豎向位移差、縱向位移差滿足合龍誤差范圍要求，為此調(diào)整合龍口方法有縱移調(diào)縱向誤差、頂落梁調(diào)高程誤差、調(diào)整索力以調(diào)整轉(zhuǎn)角和高程誤差等。對(duì)于三跨鋼桁拱橋和多跨鋼桁拱橋，其主桁拱合龍的方式和調(diào)整的方式有所不同。

1）三跨鋼桁拱橋主桁拱跨中合龍，如朝天門長(zhǎng)江大橋，可采用預(yù)偏位移補(bǔ)償+頂落梁法合龍。桁拱中跨合龍實(shí)際上是鋼梁由懸臂外伸梁轉(zhuǎn)換成三跨連續(xù)梁的過程，可采取通過改變邊、中支點(diǎn)相對(duì)高差等措施，實(shí)現(xiàn)三跨連續(xù)梁跨中彎距、剪力和相對(duì)轉(zhuǎn)角均為零的合龍條件。通過頂落梁調(diào)整高程和轉(zhuǎn)角誤差，同時(shí)鋼梁向跨中縱移，調(diào)整合龍口縱向誤差。頂落梁方式可分為3種：一是中支點(diǎn)不動(dòng)邊支點(diǎn)下降，如朝天門長(zhǎng)江大橋和珠海橫琴二橋，邊支點(diǎn)分別預(yù)降2.3 m和0.9 m；二是中支點(diǎn)抬高邊支點(diǎn)不動(dòng)，如萬州長(zhǎng)江大橋；三是中支點(diǎn)和邊支點(diǎn)同時(shí)頂落。鋼梁縱移在時(shí)機(jī)上可分為2種情況：一是鋼梁合龍前時(shí)刻實(shí)測(cè)合龍口誤差，據(jù)此進(jìn)行整體縱移。由于主桁拱合龍時(shí)結(jié)構(gòu)為大懸臂狀態(tài)，還未形成穩(wěn)定體系，進(jìn)行整體移梁存在一定風(fēng)險(xiǎn)。二是鋼梁初始架設(shè)時(shí)對(duì)鋼梁采用預(yù)偏補(bǔ)償所需調(diào)整的位移量，該方法要求前期計(jì)算至合龍工況，再進(jìn)行倒拆分析至邊跨鋼梁架設(shè)初始時(shí)得出預(yù)偏量，如朝天門長(zhǎng)江大橋，初始鋼梁架設(shè)時(shí)即往跨中預(yù)偏了0.85 m，作為主桁拱跨中合龍時(shí)的位移補(bǔ)償。同理珠海橫琴二橋初始架設(shè)時(shí)往跨中預(yù)偏了1.62 m。通過采用預(yù)偏位移補(bǔ)償，這兩座橋在主桁拱合龍時(shí)均不需整體移梁操作，大大減小了施工風(fēng)險(xiǎn)。

2）多跨鋼桁拱橋合龍方法，如大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋，采用“縱移+調(diào)索”合龍法，其縱向誤差調(diào)整主要靠鋼梁縱向整體移動(dòng)，高程和轉(zhuǎn)角調(diào)整主要靠頂落梁加上扣掛系統(tǒng)索力調(diào)整。大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋合龍時(shí)在中跨和邊跨共4處合龍口，合龍順序?yàn)橄冗吙缭僦锌?。邊跨合龍時(shí)，6號(hào)（8號(hào)）墩按設(shè)計(jì)位置裝好并臨時(shí)鎖定，4號(hào)（10號(hào)）墩頂鋼梁下落560 mm，5號(hào)（9號(hào)）鋼梁頂升110 mm，鋼梁整體向6號(hào)（8號(hào)）墩縱移55 mm，消除兩端轉(zhuǎn)角和縱向位移誤差。為使4號(hào)（10號(hào)）墩頂鋼梁有下落空間，其墩頂支撐墊石先不澆筑，先安裝臨時(shí)支座。5號(hào)（9號(hào)）墩頂墊石先澆筑并安裝正式支座。邊跨合龍后，將4號(hào)（10號(hào)）鋼梁頂起，澆筑支撐墊石并安裝正式支座，5號(hào)（9號(hào)）墩落梁于正式支座。解除6號(hào)（8號(hào)）墩旁托架，并將鋼梁向跨中整體縱移150 mm，為主跨合龍創(chuàng)造條件。主跨合龍時(shí)7號(hào)墩鋼梁按設(shè)計(jì)位置安裝，保持7號(hào)墩鋼梁縱向位置不動(dòng)，僅通過水平拉索調(diào)整合龍口位移和轉(zhuǎn)角；6號(hào)（8號(hào)）墩鋼梁通過縱向頂推支座調(diào)整合龍口縱向位移，合龍口豎向位移和轉(zhuǎn)角通過調(diào)整斜拉扣掛系統(tǒng)索力來實(shí)現(xiàn)。

5　剛系桿合龍

大跨鋼桁系桿拱橋通常設(shè)計(jì)為無推力拱，其推力靠柔性系桿和剛性主梁平衡，其中柔性系桿為體外柔性索（鋼絞線或平行鋼絲索），剛性主梁一方面起支撐橋面作用，另一方面起平衡推力作用，也稱為剛系桿。剛系桿合龍主要有如下幾種情況：

1）采用拱梁并進(jìn)方法施工，在主桁合龍后立即實(shí)施剛系桿合龍。在拱梁并進(jìn)狀態(tài)下，由于調(diào)整主桁拱合龍口消除主桁合龍口誤差，導(dǎo)致剛系桿合龍口存在誤差，且通常此時(shí)剛系桿合龍口誤差為負(fù)誤差，即合龍口間距比理論間距小，需將剛系桿合龍口張開?？赏ㄟ^釋放斜拉扣掛系統(tǒng)索力方法，外加剛系桿合龍口頂拉設(shè)施調(diào)整，萬州長(zhǎng)江大橋和大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋則采用此法。

2）采用先拱后梁法施工，主拱合龍后，釋放中支座縱向固定約束，隨后在架設(shè)剛性系桿過程中，剛系桿合龍口逐漸加大，為減小合龍口誤差，通常采用兩種方法：施加臨時(shí)系桿法和限位中支座法（頂推中支座法）。

①施加臨時(shí)系桿法

如朝天門大橋，在主桁拱合龍后，如果直接架設(shè)剛性系桿，則隨著跨中恒載加大，主墩反力座設(shè)置難度大，斜拉扣掛系統(tǒng)索力和主桁結(jié)構(gòu)應(yīng)力都超過容許值，通過在跨中適當(dāng)位置之間架設(shè)臨時(shí)系桿（如圖2所示），提前形成系桿拱體系平衡主桁拱的水平推力，為后續(xù)架設(shè)剛性系桿至合龍創(chuàng)造條件。

②限位中支座法

珠海橫琴二橋在主拱合龍后，釋放南中支座縱向活動(dòng)約束，架設(shè)剛系桿至剛系桿合龍時(shí)，理論上僅需將南中支座縱向頂推5 000 kN，即可實(shí)現(xiàn)剛系桿合龍。實(shí)際施工中，將南中支座設(shè)計(jì)為縱向位置可調(diào)節(jié)的裝置（如圖3所示）。該裝置采用縱向設(shè)置若干個(gè)限位調(diào)節(jié)塊，根據(jù)需要增減限位調(diào)節(jié)塊數(shù)量，實(shí)現(xiàn)南中支座縱向位移量的調(diào)整。該裝置既考慮到主拱合龍時(shí)鋼梁預(yù)偏量調(diào)整，又兼顧了剛系桿合龍時(shí)位移調(diào)整量。在剛系桿合龍前，通過增減限位調(diào)節(jié)塊，將主墩支座限位在理論上剛系桿合龍時(shí)的主墩支座所處位置，則在剛性系桿合龍時(shí)，無需頂推中支座而使剛性系桿順利合龍。

圖3　橫琴二橋主墩支座結(jié)構(gòu)形式圖Fig.3　Structural form of main pier bearing of the second Hengqin Bridge

圖4　橫琴二橋斜拉扣掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4　Structural form of cable inclined pulling and buckling system of the second Hengqin Bridge

6　斜拉扣掛系統(tǒng)施工技術(shù)

1）斜拉扣掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

斜拉扣掛系統(tǒng)一般由扣塔立柱、橫向聯(lián)系、扣索、錨索、錨箱組成。斜拉扣塔結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮因素有扣塔的高度、扣錨索的布置形式、扣錨索的角度、最大控制力、扣錨索的張拉方法。圖4為橫琴二橋斜拉扣掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。表1列出了國(guó)內(nèi)主要的鋼桁拱橋斜拉扣掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式主要參數(shù)表。

表1　各橋斜拉扣掛系統(tǒng)參數(shù)表Table 1　Parameters for cable inclined pulling and buckling system of steel truss-arch bridges

從表中知，扣塔結(jié)構(gòu)形式有雙H形格構(gòu)立柱和鋼管式格構(gòu)立柱。扣塔高度的確定主要由扣索的傾角、主跨的跨度決定?？鬯礁?，拉索豎向傾角越大，扣塔豎向提升鋼梁的效果越好，對(duì)主桁結(jié)構(gòu)受力越有利，但同時(shí)扣塔結(jié)構(gòu)受力（豎向分力）要增大，且扣塔穩(wěn)定性越不利。綜合來看，扣塔高度與主桁半跨之比在0.3～0.4左右?？坼^索層數(shù)則根據(jù)主桁受力來確定，一般為1～3層。

2）扣錨索張拉技術(shù)

斜拉扣掛系統(tǒng)扣錨索有鋼絞線和平行鋼絲兩種形式。若采用鋼絞線體系，則宜采用單根張拉工藝，斜拉索的牽引、張拉比較方便，降低了設(shè)備要求。鋼絞線斜拉索張拉通常采用索力控制為主、索長(zhǎng)控制為輔，一次張拉到位的控制方法，后期一般不再進(jìn)行調(diào)索，即每束鋼絞線第一根為基準(zhǔn)索，在基準(zhǔn)索上裝有索力傳感器測(cè)試索力。通過充分考慮邊界條件變化、現(xiàn)場(chǎng)溫度、風(fēng)荷載和臨時(shí)荷載的因素，計(jì)算出基準(zhǔn)鋼絞線張拉值，其余鋼絞線以基準(zhǔn)鋼絞線張力作為基準(zhǔn)進(jìn)行等值張拉，朝天門長(zhǎng)江大橋和珠海橫琴二橋均采用此種方法。

若采用平行鋼絲體系，則適宜用整體張拉工藝，同時(shí)方便調(diào)索[7]。采用此法最大優(yōu)點(diǎn)是中間過程中調(diào)索比較方便，缺點(diǎn)是張拉設(shè)備比較笨重，需相應(yīng)的吊裝設(shè)備。張拉時(shí)一般在下錨箱處張拉，采用“平衡、對(duì)稱、同步、分級(jí)”的原則張拉斜拉索至設(shè)計(jì)索力，萬州長(zhǎng)江大橋和大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋均用此法。

7　結(jié)語

本文以國(guó)內(nèi)幾座主要的采用斜拉扣掛懸臂法施工的大跨鋼桁拱橋施工為背景，對(duì)施工關(guān)鍵技術(shù)成果進(jìn)行總結(jié)和探討分析，得出如下結(jié)論。

1）從總體方案上看，對(duì)單跨鋼桁架拱橋，適宜纜索吊施工，對(duì)于多跨拱橋，則適宜采用斜拉扣掛懸臂法施工。

2）主桁拱安裝線形，對(duì)于工廠焊接，工地栓接橋梁，其線形主要依賴工廠制造精度來保證，現(xiàn)場(chǎng)主要控制其安裝拱度以及橋面軸線。

3）主桁拱合龍技術(shù)中對(duì)于三跨拱橋，可采用預(yù)偏位移補(bǔ)償+頂落梁合龍法。邊跨鋼梁初始架設(shè)時(shí)往跨中預(yù)偏一定距離，邊支點(diǎn)預(yù)降一定高度，則在主拱合龍時(shí)僅需升降邊支點(diǎn)微調(diào)合龍口轉(zhuǎn)角即可實(shí)現(xiàn)主拱無應(yīng)力合龍，無需大噸位整體移梁，大大減小了施工風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于多跨拱橋，可采用“縱移+調(diào)索”方法調(diào)整合龍口，其縱移時(shí)機(jī)上也可“預(yù)先”縱移。

4）剛系桿合龍中對(duì)于先拱后梁法，可采用施加臨時(shí)系桿法和限位中支座法。采用限位中支座法可將中支座設(shè)計(jì)為可增減調(diào)節(jié)限位塊的裝置，在合龍前根據(jù)需要增減限位塊，使主墩限位在合龍時(shí)所處理論位置，則合龍時(shí)無需頂推中支點(diǎn)。對(duì)于拱梁并進(jìn)法施工，剛性系桿合龍可采用調(diào)整索力和千斤頂頂拉設(shè)施調(diào)整。

5）斜拉扣掛系統(tǒng)需根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求布置。若后期需調(diào)索宜采用平行鋼絲拉索體系，若后期不需調(diào)索宜采用鋼絞線拉索體系。采用鋼絞線體系利用等值張拉法可使索力張拉均勻性更能得到保證。

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Construction technology of long-span steel truss arch bridge constructed by cantilever assembly method with cable inclined pulling and buckling system

TIAN Wei1，2，3,YOU Rui-kai1,ZHOU Ren-zhong1，2，3
（1.CCCC Second Harbor Engineering Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430040,China; 2.National Engineering Research Center of Highway Bridges,Beijing 100088,China; 3.Key Lab of Large-span Bridge Construction Technology,Ministry of Transport,Wuhan,Hubei 430040,China）

Cantilever assembly method with cable inclined pulling and buckling system is usually used for long-span truss arch bridge construction.The complex structural mechanical behaviors and construction technology bring difficulties to the bridge construction.The construction technologies which are applied on several domestic long-span steel truss arch bridges are summarized,compared and analyzed,such as general construction scheme,system transformation processes,geometry control methods,unstressed closure of arch and rigid tie bar,cable inclined pulling and buckling system erection,etc.We obtained construction technology and methods for different situations.

long-span steel truss arch bridge;cantilever assembly method;cable inclined pulling and buckling system; geometry control;closure method

U445

B

2095-7874（2016）08-0062-07

10.7640/zggwjs201608015

2016-01-05

2016-02-29

田唯（1980— ），男，湖北武漢市人，碩士，高級(jí)工程師，從事橋梁工程建設(shè)及施工管理方面的研究。E-mail：70208513@qq.com