橋梁工程中的懸索橋鋼桁架加勁梁施工技術(shù)探討

摘要：懸索橋是山區(qū)跨越峽谷一種常用的橋梁類型，具有造型美觀、跨越能力大等優(yōu)點(diǎn)。在懸索橋鋼桁架施工中，加勁梁是一個(gè)非常重要的組成部分，對(duì)橋梁工程質(zhì)量有比較大的影響。文章以澧水特大橋?yàn)槔?，制定了懸索橋鋼桁架加勁梁施工方案，然后?duì)纜索吊機(jī)進(jìn)行了合理的布置，最后對(duì)鋼桁加勁梁安裝施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：懸索橋加勁梁；鋼桁架；纜索吊機(jī)；橋梁工程；工程質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U448 文章編號(hào)：1009-2374（2017）04-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.052

當(dāng)前懸索橋加勁梁主要采用鋼箱梁截面和鋼桁架梁截面兩種形式，這兩種加勁梁各有自己的優(yōu)、缺點(diǎn)。例如：鋼箱梁在單層橋面應(yīng)用可以直接在頂板上完成橋面鋪裝施工，過(guò)程中不需要設(shè)置縱橫梁，鋼材用量少，箱梁風(fēng)阻力系數(shù)小。而鋼桁架梁適用于雙層橋施工，具有良好的透風(fēng)性和抗扭性，但鋼桁加勁梁山區(qū)施工運(yùn)輸條件和現(xiàn)場(chǎng)拼裝難度大。為了保證施工質(zhì)量，山區(qū)懸索橋多使用鋼桁加勁梁進(jìn)行。本文重點(diǎn)對(duì)懸索橋鋼桁架加勁梁施工技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況

澧水特大橋主橋采用單跨簡(jiǎn)支鋼桁架懸索橋，主纜跨徑布置為200+856+190m。主纜橫向間距為28m，花垣岸為滿足路線需要，主纜自塔頂至錨碇處間距由28m漸變?yōu)?8m，在平面上呈八字形。全橋采用69對(duì)鋼絲繩吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距為12.0m，端吊索至索塔的距離為20m。鋼桁梁全長(zhǎng)為854m，桁高6.5m，桁寬28.0m，節(jié)間長(zhǎng)度6.0m，在橋塔下橫梁處設(shè)豎向支座及橫向抗風(fēng)支座，跨中設(shè)柔性中央扣。索塔采用門式框架結(jié)構(gòu)（兩塔高度分別為137.488m、123.192m），兩岸錨碇均采用重力式錨碇，兩岸引橋均為30mT梁。澧水特大橋總橋型布置為9×30mT梁+856m單跨鋼桁架懸索橋+2×30mT梁，橋梁全長(zhǎng)1194.20m。太平村橋上部結(jié)構(gòu)為5×30mT梁。主橋鋼桁加勁梁跨徑為856m，橋面系寬24.5m，鋼桁加勁梁全寬28m。主索中心距為28m，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距為12m。鋼桁加勁梁索塔處設(shè)豎向支座、橫向抗風(fēng)支座。鋼桁加勁梁包括鋼桁架和橋面系。鋼桁架由主桁架、主橫桁架、上下平聯(lián)及抗風(fēng)穩(wěn)定板組成；主桁為帶豎腹桿的華倫式結(jié)構(gòu)，由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成。桁高6.5m，桁寬28m，節(jié)間長(zhǎng)度6m，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度12m由2個(gè)節(jié)間組成，在每個(gè)節(jié)間處設(shè)置一道主橫桁架。

2 施工場(chǎng)地特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工條件

本區(qū)以侵蝕型構(gòu)造地貌為主，主要表現(xiàn)為丘陵、低山形態(tài)，路線走廊帶受巖性、構(gòu)造控制顯著，地形起伏較大?？扇苄詭r石地區(qū)地表多具喀斯特地貌特征，分布有大型巖溶漏斗、落水洞、大型溶洞等巖溶形態(tài)。山間及山前臺(tái)地、谷地等低洼處地面高程一般為160～300m，丘陵、低山等山體地面高程為300～800m，地面橫坡一般為5°～50°，局部地段坡體近直立分布。勘探設(shè)計(jì)文件顯示，張家界岸邊坡穩(wěn)定性良好，花垣岸邊坡穩(wěn)定性較好；張家界岸主塔位巖溶輕微發(fā)育，兩岸錨錠及塔位僅發(fā)現(xiàn)小的豎直溶蝕裂縫及小溶洞，未見(jiàn)大的溶蝕空洞及巖溶通道發(fā)育；基坑開(kāi)挖后，可視其巖溶發(fā)育的具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸烫幚恚艥仓?、灌漿等）；本橋位區(qū)地處河流峽谷臺(tái)地，地下水埋深大，對(duì)本橋影響小，但雨季基礎(chǔ)施工巖溶地下水滲流至基礎(chǔ)有一定的不利影響，基礎(chǔ)施工盡量避開(kāi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖情況，張家界岸巖溶裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，錨碇、索塔處均存在溶洞，在開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)和監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位溝通，進(jìn)行了必要的補(bǔ)充勘探，確定不良地質(zhì)的處理方案。

3 懸索橋鋼桁架加勁梁施工

3.1 鋼桁加勁梁安裝方案的確定

一般懸索橋的鋼梁安裝主要有3種方法，分別為采用纜載吊機(jī)、采用橋面吊機(jī)、纜索吊機(jī)進(jìn)行安裝，這3種安裝方法均有自身的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，現(xiàn)就3種方法在本橋鋼梁安裝的適用性進(jìn)行分析。

3.1.1 采用纜載吊機(jī)安裝鋼桁加勁梁。纜載吊機(jī)具有良好的起重能力，在主纜上行走靠自身完成，整個(gè)過(guò)程操作簡(jiǎn)便，可以有效降低勞動(dòng)人員的工作強(qiáng)度，使用效率高，安裝工期短。但是由于纜載吊機(jī)的重量較大，纜載吊機(jī)必須在塔頂附近裝卸；跨中首段梁安裝必須在纜上行走至跨中，這就要求索夾需完成安裝工作，最重要的是在使用纜載吊機(jī)對(duì)鋼梁節(jié)段整體吊裝時(shí)，本橋施工區(qū)地形陡峭，地勢(shì)落差較大，橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高與谷底地面高差達(dá)300m左右，施工場(chǎng)地?zé)o法滿足鋼梁整體運(yùn)輸及垂直起吊的要求，因而本橋不宜采用纜載吊機(jī)進(jìn)行鋼桁加勁梁安裝。

3.1.2 采用橋面吊機(jī)安裝鋼桁加勁梁。在使用架設(shè)單元桁片法安裝鋼桁架加勁梁時(shí)，要比纜索吊機(jī)整體安裝更加的靈活、快捷，且使用單元桁片架設(shè)法進(jìn)行施工時(shí)對(duì)運(yùn)輸場(chǎng)地要求不高。但是由于橋面吊機(jī)安裝鋼桁片時(shí)，單個(gè)節(jié)段的梁體安裝時(shí)間較長(zhǎng)，花垣岸索塔附近地形無(wú)法滿足橋面吊機(jī)安吊要求；吊機(jī)施工難度較大。由于本橋采用由中跨向兩個(gè)邊跨對(duì)稱吊裝鋼桁架加勁梁，故不宜采用橋面吊機(jī)安裝，因此該方案不能使用。

3.1.3 采用纜索吊機(jī)進(jìn)行鋼桁加勁梁安裝。采用纜索吊機(jī)進(jìn)行鋼桁加勁梁是當(dāng)前山區(qū)一種比較成熟的施工技術(shù)，相較于前兩種施工方案，使用纜索吊機(jī)安裝鋼桁加勁梁時(shí)可以在地面上將鋼桁加勁梁拼裝成整體節(jié)段后進(jìn)行吊裝，可以顯著提高施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，大大降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，鋼桁加勁梁可由纜索吊機(jī)起吊后水平運(yùn)輸安裝，從而避免了橋位施工場(chǎng)地的限制因素。綜合進(jìn)行分析對(duì)比后本工程確定采用纜索吊機(jī)進(jìn)行本橋鋼桁加勁梁安裝。

3.2 纜索吊機(jī)布置

3.2.1 跨徑布置：結(jié)合本橋兩岸地形，考慮貓道影響及塔頂寬度限制，兩岸錨碇處設(shè)置地錨吊帶錨固承重繩。纜索吊機(jī)主跨856m，張家界邊跨233m，花垣岸邊跨226m。

3.2.2 塔架、地錨：在主塔塔頂位置設(shè)置纜索吊機(jī)塔架，塔架采用型鋼拼裝，塔架總高為12m（含索鞍），塔架與塔頂門架連接，以增加塔架整體的穩(wěn)定性；纜索吊錨碇利用兩岸主橋錨塊C30混凝土，設(shè)置地錨吊帶錨固承重繩。

3.2.3 鋼桁梁最大重量：主梁為鋼桁架梁，單片加勁梁最大重為117t。

3.2.4 吊速及吊重。起吊速度：V牽引=8m/min，

V起吊=2m/min；設(shè)計(jì)吊重：160t。

3.2.5 承重索。承重索設(shè)兩組，每組由8Φ56（6×37S+IWR）鋼繩組成，空纜垂度58.6m（未上跑車），重載垂度75m，空索矢跨比1/15，重載矢跨比1/12。主索最低點(diǎn)距跨中梁段頂27m，上、下游兩組天線對(duì)稱于橋軸布置，間距34m，處于貓道外側(cè)。

3.2.6 起吊系統(tǒng)。采用Φ36鋼絲繩在上、下掛架間繞8線后，鋼繩的一端經(jīng)過(guò)花垣岸索塔塔架上索鞍進(jìn)入重力錨后的20t起重卷?yè)P(yáng)機(jī)，另一端固定于張家界岸地錨，共設(shè)獨(dú)立起吊系兩套。

3.2.7 牽引系統(tǒng)。利用主纜架設(shè)時(shí)設(shè)置的主副卷?yè)P(yáng)機(jī)，Φ36牽引繩一端經(jīng)跑馬滑車牽引轉(zhuǎn)向輪導(dǎo)向固定于塔頂，另一端通過(guò)塔頂塔架上轉(zhuǎn)向輪進(jìn)入20t牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)；共設(shè)置四套牽引系。

3.3 鋼桁加勁梁安裝施工流程

3.3.1 在張家界岸設(shè)置鋼梁?jiǎn)卧獥U件存放區(qū)及拼裝場(chǎng)地，利用龍門吊機(jī)結(jié)合汽車吊進(jìn)行鋼梁卸車、試拼裝及轉(zhuǎn)運(yùn)。場(chǎng)地內(nèi)設(shè)2條拼裝線，每條拼裝線布置3個(gè)拼裝臺(tái)座，160t和30t龍門吊各一臺(tái)。考慮到鋼桁架梁在工廠制作時(shí)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)預(yù)拼裝和精度檢驗(yàn)，因此鋼桁梁現(xiàn)場(chǎng)二次拼裝按照“1+1”的方式來(lái)進(jìn)行，并在施工過(guò)程對(duì)拼裝精度進(jìn)行了控制，確保可以恢復(fù)到工廠預(yù)拼裝期間的線性和拼裝精度。

3.3.2 采用纜索吊機(jī)按照從跨中向兩側(cè)的吊裝順序依次對(duì)稱吊裝B3～B70梁段。

3.3.3 采用蕩移法安裝索塔根部B1、B72梁段。

3.3.4 利用纜索吊機(jī)安裝兩岸B2、B71合龍段，全橋合龍。

3.3.5 由于主纜不斷變形，全橋桁梁節(jié)段間采用螺栓臨時(shí)連接。

3.3.6 鋪設(shè)橋面板，首先從兩岸索塔處向跨中鋪設(shè)中間的4排橋面板，形成一條吊車和汽車通道，再利用中間通道鋪設(shè)邊板。

3.3.7 進(jìn)行橋面系恒載等代荷載的壓重施工。

3.3.8 等代荷載壓重施工完畢后，按照從跨中向兩側(cè)順序依次拆除主桁架上弦臨時(shí)鉸，對(duì)高強(qiáng)螺栓摩擦面進(jìn)行重新涂裝，將桁梁?jiǎn)卧M(jìn)行剛接。

3.3.9 待所有接口都剛接完畢后即可撤去等代荷載，施工橋面系及附屬工程。

3.3.10 按照設(shè)計(jì)圖紙要求，在鋼桁架安裝完畢后各拼裝梁段之間采用臨時(shí)連接，然后進(jìn)行橋面系等代恒載的壓重施工，完成拼裝節(jié)段之間的剛接，撤去等代荷載再進(jìn)行橋面系施工。本項(xiàng)目要求工期為30個(gè)月，按照上述工序要求，很難在要求工期內(nèi)完工。此外，在鋪設(shè)橋面板之前在鋼桁架上壓重，壓重工作量大，操作困難，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高，易污染鋼結(jié)構(gòu)表面，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)第二道面漆的粘接力、面漆的耐久性有影響。因此要在完成鋼桁架梁安裝后直接先鋪設(shè)橋面板，然后在橋面板上進(jìn)行剩余恒載（濕接縫、欄桿、橋面鋪裝）的等代荷載壓重，完成鋼梁的剛接，撤去等代荷載，澆筑橋面板濕接縫，進(jìn)行其他橋面系施工，該工序調(diào)整后可以節(jié)約40天工期。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本工程在使用上述方法進(jìn)行加勁梁的架設(shè)施工后取得了良好的施工效果，施工過(guò)程中系統(tǒng)穩(wěn)定、架梁速度快，施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，具有一定的借鑒參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：曾德江（1972-），男，四川瀘縣人，中交路橋華東工程有限公司中級(jí)工程師，研究方向：路橋施工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：王 波）