新白沙沱長江特大橋主橋鋼梁中跨合龍施工技術探討

王志勇

摘要： 新白沙沱長江特大橋為雙塔雙排雙索面、雙層鐵路鋼桁斜拉橋，主跨432m。為盡量減少桿件內力的產生，本橋中跨合龍采用“適配法”的方式進行合龍。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，嚴密分析，制定了相關合龍措施，嚴格按照合龍步驟操作，實現(xiàn)了利用合龍桿件的無應力合龍，為以后類似橋梁的合龍?zhí)峁┝私梃b經驗。

Abstract： New Baishatuo Yangtze River Bridge is a twin-tower double-row double cable plane， double railway steel girder cable-stayed bridge with main span of 432m. In order to reduce member internal force， the midspan closure adopts "adaptation method". Based on monitoring data and analysis， the closure measures are formulated. The closure steps are strictly followed. Stress free closure with closure bar is realized， which provides reference for similar project in the future.

關鍵詞： 雙塔雙排雙索面；雙層鐵路；斜拉橋；無應力合龍

Key words： twin-tower double row double crane plane；double railway；cable-stayed bridge；stress free final closure

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0106-03

0 引言

鑒于目前大多數(shù)鋼桁梁斜拉橋中跨合龍是通過合龍點的弦桿豎版及內外拼接板上設“長圓孔+圓孔”，用絞軸鏈接實現(xiàn)，這種方案以強迫合龍為主，對于大跨度鋼桁梁斜拉橋中跨合龍施工中，容易導致鋼桁梁桿件內力較大，合龍時間較長。本文以新白沙沱長江特大橋為依托，對大跨度鋼桁梁斜拉橋中跨合龍采用“適配法”的方式進行合龍，實現(xiàn)了利用合龍桿件的無應力合龍，解決了鋼梁的剛度大、合龍桿件多、溫度影響大、合龍精度要求高等一系列難題。

1 工程概況

新白沙沱長江特大橋主橋布置為（81+162+432+162+81）m鋼桁梁斜拉橋，全長920.4m，上層為四線客車線，標準段線間距為4.4m；下層為雙線貨車線，標準段線間距為4.0m。2# 、3#墩為主塔墩，主塔為H型橋塔，雙塔雙排雙索面、半漂浮體系，塔墩固結，塔梁分離。鋼梁為N型桁架、兩主桁、直桁結構、桁寬24.5m，桁高15.2m，節(jié)間長度13.5m，共計68個節(jié)間，鋼梁每延米重約45t。（如圖1所示）

主橋施工采用塔梁同步施工，合龍段設置在跨中靠近2#塔側的A33-A34節(jié)間，重慶側（2#塔）鋼梁采用邊跨部分頂推+散拼，主跨側懸臂架設的施工方案；貴陽側（3#塔）鋼梁采用架梁吊機雙懸臂架設的施工方案。待中跨鋼梁合龍后，再架設3#塔邊跨側剩余2個節(jié)間的鋼梁，最后完成全橋鋼梁架設。

2 合龍段的特點

2.1 鋼桁梁剛度大 新白沙沱長江特大橋鋼梁主桁弦桿和部分豎桿、斜桿采用箱型截面，斷面尺寸大；上下雙層，上層橋面正交異性板與鋼梁主桁焊接共同受力，使得在同樣外力作用下鋼梁產生的變形很小。

2.2 合龍對位困難 主跨合龍采用雙懸臂，全橋僅在跨中設置一個合龍段（A33-A34節(jié)間），懸臂跨度長，合龍段撓度、轉角大，合龍對位困難。

2.3 合龍點多 鋼梁合龍點有6處，上下弦桿4處，斜桿2處。要求6點均能準確對位，空間形態(tài)無誤，施工控制難度大。

2.4 合龍點空間坐標的變化因素多 合龍前2#塔主跨側已懸臂拼裝了15個節(jié)間鋼梁，3#塔主跨側已經懸臂拼裝了16個節(jié)間的鋼梁。順橋向鋼梁長度偏差，受溫度、鋼梁制造誤差與安裝偏差及索力影響；垂直方向的偏差，受安裝荷載、日照及索力偏差的影響；鋼梁橫橋向的偏差，受日照、索力及鋼梁安裝順序、起吊荷載的影響，調整時順橋向、垂直高差方向相互制約，合龍點的位置較難控制。

2.5 各方位偏差相互制約 主梁由于受斜拉索的作用，縱向移動時垂直方向也跟著變化，橫向移動時索力制約很大，垂直頂落均會影響索力，調整難度大。

3 合龍方案

為盡量減少桿件內力的產生，借鑒其他鋼桁梁斜拉橋合龍的成功經驗，本橋中跨合龍采用“適配法”的方式進行合龍。適配法就是合龍口處主桁桿件的拼接板一端孔眼在工廠按設計要求鉆孔，另一端孔眼則根據(jù)現(xiàn)場實測尺寸在工地現(xiàn)場鉆孔。用于現(xiàn)場配鉆的拼接板均在設計長度基礎上增加5cm，用于調整拼裝偏差，配鉆孔設置在非合龍桿件上。合龍順序為：合龍2根下弦桿和2根上弦桿，然后合龍2根斜桿。主桁合龍之后依次架設下層平聯(lián)、縱梁、上層正交異性橋面板等。

4 合龍方案的實施

4.1 鋼桁梁架設過程中的控制 在鋼桁梁架設過程中，主塔兩側要求對稱懸臂架設，兩側不平衡荷載不大于150t，索力誤差控制在規(guī)定的范圍內（5%），尤其要嚴格控制鋼桁梁的軸線偏差及上下游高差。

鋼桁梁架設完每個節(jié)間后進行工況測量，出具索力張拉控制值，通過監(jiān)控量測來指導下一節(jié)段鋼桁梁架設，及時采取糾偏措施，使軸線偏差和高程偏差得到有效控制，為中跨合龍的順利進行創(chuàng)作了良好的條件。

根據(jù)前期每個節(jié)間的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示2#塔軸線偏差偏上游、3#塔軸線偏差偏下游，為了保證合龍時線形平順，在合龍前5個節(jié)間開始聯(lián)測，逐步調整后續(xù)節(jié)間鋼桁梁的軸線偏差數(shù)據(jù)，使2、3#塔的偏差數(shù)據(jù)趨于一致。在主桁桿件安裝的過程中及時跟蹤測量，同時采取2臺10t倒鏈對拉調整桿件的軸偏。

4.2 合龍前工況 2#塔完成重慶側33個節(jié)間鋼梁架設，完成塔兩側1#-12#斜拉索的張拉工作；3#塔完成貴陽側除邊跨2個節(jié)間外剩余的32個節(jié)間鋼梁架設，完成塔兩側1#-13#斜拉索的張拉工作（如圖2所示）。

鋼梁達到合龍前工況，進行敏感性分析，確定調整措施，解除鋼梁縱向約束，讓鋼梁縱向自由移動達到平衡，然后將鋼梁縱向位置調整到合龍狀態(tài)。對鋼梁做一個全面監(jiān)控測量，由此擬定合龍口鋼梁調整方案，并將鋼梁調整到預設狀態(tài)，然后進行合龍口24小時監(jiān)測。精確測量合龍口兩端主桁桿件的孔群間距，根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析確定并實配主桁桿件拼接板。微調鋼梁縱、橫、豎向位移將6個主桁合龍接口合龍，實現(xiàn)鋼梁主桁桿件精確合龍后，施擰高栓，對稱焊接橋面板。

4.3 敏感性分析 合龍前敏感性分析計算表如表1所示。

通過表1得出以下結論：縱向（x向）調整采用頂推方式比較敏感，豎向（z向）調整采用壓重方式最敏感，調索方式次之；橫向（y向）采用偏載壓重方式較敏感，但同時對豎向（z向）影響也較大；溫度變化對豎向（z向）的影響敏感，但同時也對縱向（x向）影響也較大。

4.4 合龍口數(shù)據(jù)測量 3#塔側13#斜拉索張拉完成后，對合龍口兩側鋼梁連續(xù)監(jiān)測24h，每間隔2小時觀測并記錄合龍口的長度及桿件的溫度（如表2）。

表2中偏差值為：實測合龍口數(shù)據(jù)-理論合龍口數(shù)據(jù)，負值表示實測合龍數(shù)據(jù)小于理論數(shù)據(jù)，溫度為安裝在鋼梁上的測溫元件采集的數(shù)據(jù)。

4.5 合龍口數(shù)據(jù)分析 根據(jù)實測的數(shù)據(jù)，選取夜間20：00-凌晨4：00鋼梁溫度變化不大的五組數(shù)據(jù)作為基礎進行分析，最終得出四根弦桿的拼接板板縫的數(shù)據(jù)（如表3）。

為保證板縫在20-60mm之間，需要調整板縫寬度，同時考慮合龍桿件加載后跨距變化，上弦減小2mm，下弦增加1mm。

4.6 合龍口數(shù)據(jù)確定 根據(jù)分析結果，將拼接板的拼縫寬度報設計單位進行審核，確定合龍口偏差數(shù)據(jù)后，現(xiàn)場配鉆合龍口拼接板。

5 主要調整措施

5.1 縱向調整措施的安裝 鋼梁縱向調整以主墩處縱向調整為主，合龍口局部對拉為輔。①主墩處縱向調整措施的安裝。主墩處縱向調整設備，通過主塔墩支座處縱向臨時鎖定進行設置。分別拆除中跨側和邊跨側臨時連接桿并置換成400t千斤頂，4臺千斤頂全部安裝完成后，同步操作4臺千斤頂，將鋼梁調整到初始位置后鎖定，然后張拉13#斜拉索。②合龍口縱向輔助調整設施的安裝。合龍口縱向調整設施在下弦桿頂板上設置頂拉板及支撐座，頂拉板、支撐座與鋼梁頂面之間通過高強螺栓連接。頂拉千斤頂采用250t穿心式千斤頂，千斤頂在使用時，適當在千斤頂口用厚鋼板做抄墊處理。

5.2 橫向調整措施的安裝 鋼梁合龍主要通過設置2臺10t倒鏈對拉調整橫向相對位置的偏差。反拉點利用桿件起吊吊耳設置。

5.3 豎向調整措施 通過在合龍口鋼桁梁懸臂端壓重、調整架梁吊機位置以及斜拉索索力調整等措施。

5.4 合龍偏差調整順序 根據(jù)設計圖紙的相關要求，結合“適配法”的合龍方案，確定合龍偏差的調整順序：首先調整Y方向（橫向）偏差，使合龍口兩側桁中線在10mm范圍內；再調整Z方向（豎向）高差，使合龍口Z方向的相對偏差值減小至5mm以內；然后再利用溫度變化和合龍口處的頂拉設備來調整X方向（縱向）距離，使沖釘順利打入。

6 合龍口實施情況

6.1 合龍桿件的安裝 ①安裝兩根下弦桿。將設計理論拼接板安裝到下弦桿桿件E33節(jié)點端，現(xiàn)場適配的拼接板安裝到下弦桿桿件E34節(jié)點端，利用架梁吊機先安裝合龍口兩個下弦桿。下弦桿件E33節(jié)點端安拼接板按要求插打50%的沖釘和固定螺栓，確保桿件固定牢固。②安裝兩根斜桿。先安裝上口拼接板，插打沖釘?shù)轿?，下口拼接板暫不安裝，等四根弦桿合龍后在合龍斜桿。為防止斜桿下口前端因自重下?lián)辖o鋼梁弦桿合龍帶來不便，在E34節(jié)點豎桿上利用鋼絲繩形成一個反力點，然后通過卡環(huán)、倒鏈、鋼絲繩和反力座與斜桿下口連接。在需要時收緊倒鏈，拉起斜桿下口，避免斜桿與E34大節(jié)點相撞。③安裝兩根上弦桿。安裝方法同下弦桿，主桁桿件均安裝完成后，準備合龍主桁桿件。

6.2 主桁桿件的合龍 現(xiàn)場具備合龍條件后，選擇氣溫變化較小的夜間開始進行合龍段合龍工作，首先根據(jù)下弦桿件的合龍口數(shù)據(jù)，需要利用支座處的頂推措施將3#塔鋼梁向中跨縱移10mm使得下弦合龍口處的沖釘打入。待下弦桿件合龍口沖釘打入50%后，解除支座處約束，使鋼梁處于自由體系狀態(tài)。再進行上弦桿件合龍工作，實測上弦桿件合龍口的數(shù)據(jù)，結合敏感性分析采取同時增加2個塔的中跨側最外層斜拉索索力、分級加載100t/根，張拉完成后觀測合龍口數(shù)據(jù)，雖不能打入沖釘，但偏差值明顯減小。然后利用上弦上、下游桿件上的輔助縱向調整裝置對桿件分級施加到100t頂托力，將上弦合龍口處的沖釘打入，完成四根弦桿的合龍工作。

6.3 斜桿的合龍 主桁桿件合龍后根據(jù)實測斜桿合龍口處拼縫間距，記錄當時的氣溫和實測數(shù)據(jù)，拼接板的拼縫寬度經設計單位確認后現(xiàn)場適配拼接板的鉆孔數(shù)據(jù)，完成斜桿的合龍工作。

6.4 合龍桿件高強螺栓施擰及剩余的合龍段桿件拼裝

合龍桿件完成合龍工作后，上足30%的高強螺栓并對這部分螺栓進行初擰，分兩次退出已打入的沖釘，沖釘每次退出后及時補上高強螺栓，待沖釘全部退出后，對高強螺栓進行初擰和終擰工作。

合龍桿件合龍之后實測下層縱梁和上層橋面板間距，得出縱梁和橋面板的拼接板鉆孔數(shù)據(jù)，拼接板現(xiàn)場鉆孔，依次架設下層平聯(lián)、縱梁、上層正交異性橋面板等。完成剩余的合龍段桿件拼裝，施擰高強螺栓，對稱焊接橋面板。

6.5 合龍后的線形監(jiān)測

鋼梁合龍后，合龍?zhí)幘€形圓順，無明顯折角。上弦上游側合龍點軸線相對于理論軸線最大偏差為-10mm，偏向下游。以上控制參數(shù)均小于規(guī)范規(guī)定控制指標。

待下層道砟槽板安裝和上層橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝完成之后，對斜拉索索力進行二次張拉，以全面調整主橋鋼梁內力及線形。

7 結束語

新白沙沱長江特大橋鋼梁具有剛度大、合龍桿件多、安裝精度要求高等特點，在鋼梁懸臂拼裝架設過程中，做了大量的監(jiān)控量測工作，采取了合理的施工控制技術，特別是鋼梁中線偏差的控制，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，將各種偏差控制在允許范圍內，為鋼梁成功實現(xiàn)跨中合龍創(chuàng)造了有利條件。本橋采用“適配法”合龍是在確定塔頂鋼梁位置正確，滿足設計和規(guī)范要求的前提下，縮短了合龍口桿件合龍的具體實施時間近50%，實現(xiàn)了利用合龍桿件的無應力合龍，解決了鋼梁的剛度大、合龍桿件多、溫度影響大、合龍精度要求高等一系列難題。

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