新鵝公巖長江大橋主跨鋼箱梁合龍施工技術(shù)

陳寧賢 張海順

摘要 通過研究合龍段吊裝方式及其對鋼箱梁線形的影響，確定兩橋塔主跨鋼箱梁架設(shè)的控制線形;利用橋塔處的主動調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整合龍口長度，實現(xiàn)合龍段吊裝及合龍;分析合龍口懸臂端高程、豎向轉(zhuǎn)角、水平扭轉(zhuǎn)、軸線偏位等參數(shù)相對于調(diào)整措施的規(guī)律和敏感性，提出合龍口兩端空間姿態(tài)的調(diào)整措施。

關(guān)鍵詞 過渡斜拉橋;鋼箱梁;合龍;施工;控制線形;措施

中圖分類號 U448.25;U445.462 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0142-04

0 引言

新鵝公巖長江大橋為主跨600 m自錨式懸索橋，采用“先斜拉，后懸索”總體施工方案，先利用錨固鋼塔和臨時斜拉索輔助安裝加勁鋼箱梁形成過渡斜拉橋，再進行斜拉橋向懸索橋的體系轉(zhuǎn)換。斜拉橋主跨鋼箱梁采用幾何合龍法，無應(yīng)力狀態(tài)合龍。

1 工程概況

新鵝公巖長江大橋是重慶軌道環(huán)線跨越長江的控制性工程，其主橋為跨徑600 m自錨式懸索橋，主橋跨徑布置為（50+210+600+210+50）=1 120 m，橋式布置如圖1所示。主橋加勁梁為鋼﹣混混合梁，兩端錨跨及主纜錨固段為預應(yīng)力混凝土變截面箱梁，中間為鋼箱加勁梁，混凝土箱梁與鋼箱梁之間設(shè)鋼混結(jié)合段。鋼箱梁高4.5 m，寬22.0 m（含風嘴），全橋共分65個節(jié)段，其中合龍段長7.6 m，重190 t。

2 加勁梁總體施工方案

主橋上部結(jié)構(gòu)采用“先斜拉，后懸索”總體施工方案：錨跨和主纜錨固段采用支架原位現(xiàn)澆施工，邊跨鋼箱梁采用多點同步頂推施工;中跨鋼箱梁利用鋼塔和斜拉索輔助安裝，“斜拉扣掛法”單懸臂式架設(shè)，張拉第7對斜拉索后，合龍邊跨，并繼續(xù)單懸臂架設(shè)主跨鋼箱梁直至跨中合龍;加勁梁施工完成后，安裝主纜吊桿，進行斜拉橋——懸索橋體系轉(zhuǎn)換，形成懸索橋。加勁梁施工總布置見圖1。

3 主跨合龍施工技術(shù)

斜拉橋主跨鋼箱梁合龍，常見的方法有配切法和幾何合龍法[1-2]，兩者的區(qū)別在于處理合龍口寬度的方法不同。配切合龍是指合龍溫度與設(shè)計溫度不一致時，根據(jù)合龍口寬度配切合龍段，以合龍段長度去適應(yīng)合龍口寬度的變化[3-4];幾何合龍是按照設(shè)計長度制造合龍段，通過調(diào)整合龍口寬度來適應(yīng)合龍段長度的要求。配切合龍法，結(jié)構(gòu)中附加有一定的溫度應(yīng)力和變形，與設(shè)計狀態(tài)有一定出入;幾何合龍法，主梁的應(yīng)力狀態(tài)、線形與設(shè)計狀態(tài)一致[5]。新鵝公巖長江大橋主跨跨徑600 m，斜拉橋是自錨式懸索橋成橋過程的中間結(jié)構(gòu)，配切合龍對懸索橋成橋的內(nèi)力和線形影響較大，主跨鋼箱梁采用幾何合龍法。

3.1 合龍段吊裝

根據(jù)架梁吊機的結(jié)構(gòu)尺寸、性能以及合龍段附近鋼箱梁的分段情況，經(jīng)分析研究，合龍段吊裝不能采用兩臺架梁吊機抬吊的方式，只能單臺架梁吊機起吊。擬定由西岸架梁吊機吊裝合龍段鋼箱梁：第16對斜拉索張拉后，東岸架梁吊機后退5 m，西岸架梁吊機前行5 m，吊裝合龍段。合龍段吊裝布置圖見圖2。

3.2 主跨鋼箱梁安裝線形控制

利用有限元軟件建立斜拉橋成橋過程計算模型，橋塔、主梁和鋼塔采用空間梁單元模擬，斜拉索采用只受拉不受壓的桿單元模擬，斜拉索張拉利用溫度桿降溫來實現(xiàn)。主纜錨固段現(xiàn)澆支架采用只受壓不受拉的單向桿約束，橋塔下端固結(jié)，鋼塔底與橋塔頂固結(jié)，各個橋墩及頂推支墩對主梁有豎向支撐、釋放順橋向約束[6-7]。

利用計算模型對合龍段安裝工況進行分析，東岸架梁吊機后退5 m，合龍口東端上抬20 mm;西岸架梁吊機前行5 m、吊裝合龍段，合龍口西端下?lián)?38 mm;合龍口兩端產(chǎn)生458 mm豎向變形差。為使主跨鋼箱梁順利合龍，避免在合龍時大幅度調(diào)整主梁線形，對于荷載不對稱引起的合龍口兩端豎向變形差，需通過迭代計算進行修正。即，根據(jù)斜拉橋成橋控制線形，通過倒拆和正裝迭代計算，調(diào)整主跨鋼箱梁各節(jié)段的安裝高程和斜拉索索力，使得M20梁段吊裝完成、16#斜拉索張拉后，合龍口兩端高程與修正前相比，東端低20 mm、西端高438 mm。

3.3 合龍口寬度調(diào)整

3.3.1 合龍口寬度調(diào)整措施

主跨鋼箱梁合龍采用幾何合龍法：邊跨鋼箱梁安裝到位后，在塔梁交匯處設(shè)置臨時鎖定，在主跨鋼箱梁架設(shè)過程中，約束主梁的縱向移動;合龍段吊裝前，解除塔梁臨時鎖定，利用縱向調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)合龍口寬度，以滿足合龍段吊裝及合龍的需要。縱向主動調(diào)節(jié)裝置結(jié)合塔梁臨時鎖定措施進行設(shè)置?？v向調(diào)節(jié)裝置和臨時鎖定裝置的反力，均通過反力座傳遞給鋼箱梁，反力座與鋼箱梁邊腹板之間采用高強度螺栓連接（鋼箱梁邊腹板有設(shè)計預留的高強度螺栓孔）。邊跨鋼箱梁安裝到位后，安裝限位擋塊，約束主梁的縱向位移;主跨鋼箱梁合龍前，拆除限位擋塊，安裝千斤頂，用于調(diào)整鋼梁縱向位置。

幾何合龍法，通常是解除一側(cè)塔梁約束，以調(diào)節(jié)合龍口寬度。該橋方案為：保持西岸塔梁臨時鎖定，解除東岸塔梁約束，設(shè)置縱向調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整東岸鋼梁縱向位置，以調(diào)節(jié)合龍口寬度。

3.3.2 主動調(diào)節(jié)千斤頂

主動調(diào)節(jié)千斤頂需提供的頂推力D=F+H，F(xiàn)是指輔助墩及主纜錨固段支架對主梁的摩阻力，合龍過程中大小基本不變，約為F=470 t;H是指鋼梁向邊跨側(cè)偏移后，中跨和邊跨斜拉索的不平衡水平力，與鋼梁向邊跨側(cè)偏移的量有關(guān)。

新鵝公巖長江大橋采用不對稱縱坡，塔梁臨時鎖定時，東岸鋼箱梁向邊跨方向預偏103 mm，西岸鋼箱梁向邊跨方向預偏89 mm。解除縱向約束前，東塔對鋼梁的約束力123 t（向主跨跨中方向），西塔對鋼梁的約束力87 t（向主跨跨中方向），合龍口寬度7 290 mm，不滿足合龍段吊裝的需要（合龍段長度7 600 mm），需調(diào)整合龍口寬度。

東岸塔梁臨時鎖定解除后，東岸橋塔對鋼梁的約束力消失，東岸鋼梁將向邊跨側(cè)滑移72 mm達到新的平衡（由于輔助墩及支架的摩阻力，鋼梁不會自動向邊跨側(cè)滑移，需要在千斤頂控制下，主動頂推滑移）。此時的合龍口寬度7 362 mm，需將東岸鋼梁繼續(xù)向邊跨側(cè)頂推250～300 mm，以滿足合龍段吊裝的需要。經(jīng)分析計算，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形等滿足規(guī)范要求，縱向主動調(diào)節(jié)裝置需提供的最大頂推力約760 t。因此，鋼梁縱向位置調(diào)節(jié)置選用500 t千斤頂，共布置4臺。

3.4 合龍口空間姿態(tài)調(diào)整

3.4.1 敏感性參數(shù)分析

影響斜拉橋主跨鋼箱梁合龍的主要因素有：合龍口兩端豎向高差、豎向轉(zhuǎn)角偏差、水平軸線偏差、水平扭轉(zhuǎn)偏差等，通常采用調(diào)整斜拉索索力、壓重、施加水平力等措施進行調(diào)整。合龍施工前，需要對上述參數(shù)進行敏感性分析，選擇最簡單有效的調(diào)整措施。新鵝公巖長江大橋各參數(shù)敏感性分析見表1。

3.4.2 合龍口空間姿態(tài)調(diào)整

敏感性參數(shù)分析，揭示了合龍口兩端各幾何參數(shù)對于調(diào)整措施的敏感性。合龍段吊裝前，實測合龍口兩端各幾何參數(shù)，結(jié)合敏感性參數(shù)分析表，選擇最有效的措施調(diào)整合龍口空間姿態(tài)，使其滿足合龍要求。根據(jù)合龍方案，M20梁段吊裝完成、16#斜拉索張拉后，東岸架梁吊機后退5 m，西岸架梁吊機前行5 m，準備吊裝合龍段。此時，實測合龍口兩端各幾何參數(shù)：

合龍口兩端高程：東端上游258.994，東端下游258.983;西端上游259.409，西端下游259.417。

合龍口兩端軸線：東岸偏上游12 mm，西岸偏下游7 mm。

合龍口兩端豎向轉(zhuǎn)角：上口寬度﹣下口寬度=17 mm。

（1）合龍口兩端高程、水平扭轉(zhuǎn)、豎向轉(zhuǎn)角調(diào)整。

高程：合龍段吊裝前，合龍口兩端初始高差424 mm（東端低），東岸鋼梁向邊跨側(cè)頂推至合龍位置，合龍口東端將下?lián)?1 mm，合龍段吊裝時合龍口西端將下?lián)?18 mm，合龍口兩端還有47 mm（東端低）高差需采取措施調(diào)整。可采取東岸16#、15#斜拉索力各增加20 t，或西岸懸臂前端軸線上壓重22 t等調(diào)整措施。

水平扭轉(zhuǎn)：東岸上游16#、15#斜拉索力各減小75 t，下游16#、15#斜拉索力各增加75 t;西岸上游16#、15#斜拉索力各增加75 t，下游16#、15#斜拉索力各減小75 t?？墒顾脚まD(zhuǎn)滿足合龍要求。

豎向轉(zhuǎn)角：合龍段吊裝，合龍口豎向轉(zhuǎn)角變化：上口寬度﹣下口寬度=﹣18.7 mm。若西岸懸臂前端壓重22 t調(diào)平合龍口兩端高差，合龍口兩端豎向轉(zhuǎn)角：上口寬度﹣下口寬度=﹣4 mm，不滿足合龍要求;若東岸16#、15#斜拉索力各增加20 t調(diào)平合龍口高差，合龍口兩端豎向轉(zhuǎn)角：上口寬度﹣下口寬度≈1 mm，滿足合龍要求。

綜上所述，合龍口空間姿態(tài)調(diào)整措施：東岸上游16#、15#斜拉索力各減小55 t，下游16#、15#斜拉索力各增加95 t;西岸上游16#、15#斜拉索力各增加75 t，下游16#、15#斜拉索力各減小75 t。

（2）合龍口軸線偏位調(diào)整。在東岸懸臂端上游與西岸懸臂端下游之間設(shè)置10 t導鏈葫蘆對拉，可調(diào)整合龍口兩端軸線，滿足合龍要求，見圖3。

4 結(jié)束語

經(jīng)分析研究，合龍段由西岸架梁吊機起吊安裝，主跨鋼箱梁架設(shè)時，合龍口西岸懸臂端控制高程比東岸高458 mm;利用鋼梁縱向位置調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)合龍口尺寸，實現(xiàn)不受溫度影響的主動合龍;通過懸臂前端索力調(diào)整、壓重等措施，調(diào)整合龍口空間姿態(tài)，滿足合龍要求。新鵝公巖長江大橋主跨鋼箱梁主動合龍施工技術(shù)的成功實施，為類似斜拉橋合龍?zhí)峁┝私梃b，與溫度合龍法相比，主動合龍法不受環(huán)境條件約束，且主梁的線形、應(yīng)力狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)一致。

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