獨塔斜拉橋鋼梁架設施工技術(shù)分析

何佳明 （中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市道路建設也逐漸完善。為了緩解交通壓力，大量城市道路進行改擴建。城市道路跨越河流、公路等通常采用橋梁結(jié)構(gòu)，而鋼箱梁橋具有抗拉強度高、結(jié)構(gòu)自重小、跨越能力強、結(jié)構(gòu)美觀等特點，成為了首選橋型。鋼箱梁橋常用的架設方法有：支架法、頂推法、滑移法、懸拼法、浮運法等，懸拼法作為鋼箱梁橋建造的主要方法之一，不受橋址水文條件、通航、墩高等限制，特別適合于跨越大江大河的鋼箱梁橋架設施工。我國已建成的鋼箱梁橋，如濟南齊河公路大橋、寧波北環(huán)甬江特大橋、武漢青山長江大橋等均采用了懸拼法施工。獨塔非對稱斜拉橋由于地理條件、工期要求等，鋼箱梁架設可能會綜合兩種或多種架設方法，例如邊跨支架法+中跨懸臂拼裝法、邊跨支架法+中跨頂推滑移法等。本文針對獨塔非對稱斜拉橋（半漂浮體系）施工特點，結(jié)合工程所在的內(nèi)河施工環(huán)境因素，介紹鋼箱梁架設采用支架法+懸拼法的綜合施工工藝以及內(nèi)河鋼箱梁浮運的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

阜裕大橋拆除新建工程位于阜陽市城區(qū)東南部，靠近潁河和泉河交匯的三角洲公園和阜陽船閘。工程北起阜口路，跨越和諧路、規(guī)劃穎濱路、北岸大堤、潁河、南岸大堤、河濱路至蓮花路北側(cè)，與河濱路形成全互通立交，道路呈南北走向，建設長度1.735km，其中橋梁長度1.127km?？缭綕}河為阜裕大橋，也叫渦陽路潁河大橋，為城市主干路，主線車道設置雙向6車道，輔道設置為雙向4車道，橋面寬度為60m，主橋采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，總重約10000t。阜裕大橋橋跨布置為（35＋90＋166）m三跨獨塔斜拉橋，全長291m，半漂浮體系。主跨166m跨越主河道（III級航道）；橋塔采用水滴型索塔，總高度95.6m，上塔柱斜拉索錨固區(qū)采用鋼混凝土結(jié)合的錨箱結(jié)構(gòu)，中下塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；斜拉索采用高強度平行鋼絲拉索，在梁端進行張拉；下部采用承臺及群樁基礎(chǔ)。阜裕大橋主橋平面起點至WSK1+349.385位于0.5%的直線段上，其余均位于緩和曲線上。橋面橫坡為雙向2.0%，縱斷面位于R=4100m的豎曲線上。主橋梁體采用半封閉超寬雙邊鋼箱截面，中心線處高度3.5m（標準節(jié)段頂?shù)装逋饩夐g高度）。標準斷面寬度60m。邊箱寬度12.65m；懸臂長度 8.95m；兩箱室間凈距16.6m。輔助墩設置混凝土壓重，總重約4160t。鋼箱梁縱向按照設計圖紙共分為32節(jié)段；塔區(qū)梁段編號為T0，索塔以北梁段編號為N1～N11，索塔以南梁段編號分別為S1～S20。

圖1 斜拉橋總體布置（單位：m）

2 總體施工方案

本工程鋼橋梁橋位安裝采用“支架法”+“懸臂拼裝法”組合施工。鋼梁在制造廠分段分塊加工制作，通過汽車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，邊跨S3～N11梁段采用260t履帶吊，利用支架法進行安裝；主跨S4～S19梁段在現(xiàn)場拼裝碼頭拼裝成整節(jié)段吊裝單元，通過組合式浮箱浮運至鋼箱梁起吊位置，采用2臺160t架梁吊機整體懸臂拼裝并進行斜拉索張拉施工。S20節(jié)段鋼梁采用200t汽車吊站位于南岸混凝土梁面進行吊裝，完成主橋全部鋼梁架設。

圖2 鋼梁架設施工總體布置

3 鋼梁架設施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 邊跨支架法架設施工技術(shù)

①鋼箱梁邊跨承重支架設計

9#、12#支架采用φ630×12mm鋼管樁基礎(chǔ)，剩余支架采用混凝土獨立基礎(chǔ)或預埋于橋墩承臺中，獨立基礎(chǔ)下方換填水泥土，深度為1.4m，承載力不小于 160kPa。1#～8#支架采用 φ1000×20mm或 φ1000×30mm鋼管立柱，10#、11#支架采用φ426×10mm鋼管立柱，9#、12#支架采用φ630×12mm鋼管為立柱，縱橫向連接系均采用φ219×6mm鋼管。鋼梁與立柱之間布置抄墊塊，用以調(diào)整鋼梁標高。

圖3 邊跨承重支架順橋向布置圖（單位：mm）

②鋼箱梁吊裝

根據(jù)工程的總體進度要求，邊跨鋼箱梁安裝時設置邊跨合龍段，合龍段編號為N2梁段。鋼箱梁吊裝采用1臺260t履帶吊站位于鋼箱梁中間橫梁區(qū)域，采用退步法依次安裝N11-N1梁段后，再依次進行主塔區(qū)域的T0→S1→S2→S3→N1梁段的安裝，最終在N2梁段進行邊跨合龍。鋼箱梁橫向?qū)挾葹?0m，采用履帶吊吊裝作業(yè)時，先進行兩側(cè)的邊鋼箱梁施工，再進行中間的正交異性橋面板安裝，最終進行兩側(cè)的懸挑單元安裝。

3.2 鋼箱梁組拼滑移浮運施工技術(shù)

①鋼箱梁組拼滑移支架

組拼滑移支架上設置拼裝區(qū)、存梁區(qū)及待浮運區(qū)，可實現(xiàn)分段分塊鋼箱梁在支架上采用“1+1”循環(huán)組拼模式進行梁段總拼、試拼一體化施工。平臺采用φ630×12mm鋼管樁基礎(chǔ)，滑道梁下方鋼管樁入土深度23m，鋼梁組拼區(qū)下方入土深度為18m。樁頂設雙拼HW600×300型鋼做分配梁，分配梁頂部安裝四拼HN700×300型鋼滑道梁，單側(cè)滑道梁長度為36m，分擔梁與立柱、滑道均采用焊接連接；鋼管樁之間的縱橫向連接系桿件采用φ273×6mm鋼管。

②鋼箱梁浮運

將 10只長17.5m，寬3m，高1.8m的浮箱組拼成整體，組合后浮箱尺寸為35×15×1.8m，組合浮箱有效承運載能力500t。在浮箱上布置加強型貝雷梁并布置抄墊措施，梁段浮運時共有8處可調(diào)節(jié)高度的抄墊支點。為加強組合浮箱整體性，沿浮箱長度方向設置4排2HN700×300型鋼與浮箱焊接固定。

主跨S4～S19節(jié)段鋼箱梁采用懸臂拼裝法。采用1臺150t履帶吊在鋼梁組拼滑移平臺上采用“1+1”匹配模式將鋼箱梁分塊單元組拼成整節(jié)段，將整節(jié)段鋼箱梁滑移。S4～S19節(jié)段滑移至平臺最前端待浮運位置，通過浮箱浮托起頂鋼箱梁、運輸至待架梁段正下方，通過鋼絞線錨固，調(diào)整浮運梁段的位置。橋面吊機下放吊具，連接吊具與鋼箱梁的吊耳，起吊鋼箱梁整體就位。

3.3 鋼箱梁整節(jié)段懸臂拼裝工藝

根據(jù)施工部署，本工程主跨S4～S19共有16個節(jié)段需整節(jié)段懸臂拼裝，S20無索段作為最終的合龍段，采用一臺汽車吊站位于已施工完成的邊跨現(xiàn)澆梁上吊裝散拼。施工機械主要為2臺160t架梁吊機和200t汽車吊。2臺160t架梁吊機的前支點、后錨點均位于已安裝梁段的縱腹板與橫隔板交叉點正上方，其站位如圖4所示。

圖4 邊跨承重支架橫橋向布置圖（單位：mm）

運梁浮箱初步定位后，將橋面架梁吊機吊具落至待吊鋼箱梁的正上方，距鋼箱梁頂50cm左右，在浮箱上收放錨纜進行二次精確定位，對正后，將吊機吊具與梁段吊耳銷接，啟動吊機使吊具受力。檢查鋼絲繩是否垂直，若不垂直，則應再行調(diào)整浮箱位置，直到吊裝鋼絲繩垂直為止，另外還應檢測兩側(cè)對稱吊裝梁段是否連接好，確認無問題后方可起鉤。

為了使鋼箱梁段能精確安裝到設計位置，橋面吊機起勾應平穩(wěn)，分級穩(wěn)步加載使梁段均衡，起吊至接近橋面時，應緩慢減速直至起吊箱梁比橋面略低，微調(diào)橋面吊機，使箱梁邊、縱對齊。梁段的安裝定位應在環(huán)境溫度變化較小的時候進行，根據(jù)監(jiān)控單位發(fā)出的指令值，測定并控制鋼箱梁的安裝高程。使鋼箱梁節(jié)段端部與已架鋼箱梁節(jié)點前端準確對位。對位完成后，進行鋼箱梁匹配連接，在鋼箱梁節(jié)段吊裝就位并臨時連接后，檢測橋梁線形、橋梁中心線、長度及接口匹配情況。

在橋面架梁吊機、鋼梁自重、拉索作用下，已安裝懸臂梁段與起吊梁段產(chǎn)生相反方向的變形，其變形情況如圖4所示。鋼箱梁起吊到位后，先將鋼梁邊箱腹板位置對齊，并安裝腹板臨時連接件，然后從腹板位置向箱梁中心位置利用焊接碼板及安裝嵌補段使吊裝梁段部分重量傳遞給已安裝梁段，使吊鉤荷載降低，橋面吊機前支點反力隨著減小，已安裝梁段與待安裝梁段高差隨之減小，隨后重復進行焊接碼板與嵌補段安裝、吊鉤卸載過程，使梁段變形減小至合理范圍，開始進行全截面焊接。調(diào)整之后變形情況如圖5所示。

圖5 組拼滑移支架立面圖（單位：mm）

完成鋼箱梁環(huán)形對接口焊接及U肋、板肋嵌補段焊接并檢測合格后，進行斜拉索的第一次張拉，完成張拉后架橋機松鉤、卸除后端錨固進行架橋機移位、錨固，根據(jù)監(jiān)控指令繼續(xù)吊裝下一梁段，直至全橋懸臂拼裝施工完成。

3.4 鋼梁合龍施工技術(shù)

①合龍工況

首先利用1臺260t履帶吊站位于地面采用支架法由北向南依次N11～N3節(jié)段鋼梁，再利用1臺260t履帶吊站位于地面采用支架法由南向北依次S3～N1節(jié)段鋼梁，然后進入邊跨合龍工況，N2節(jié)段作為合龍段，利用260t履帶吊采用支架法進行架設，合龍工況如圖6所示。

圖6 組拼滑移支架浮運區(qū)橫立面圖（單位：mm）

圖7 鋼梁浮運示意圖（單位：mm）

圖8 鋼梁懸拼法架設示意圖（單位：mm）

圖9 調(diào)整后梁段變形

圖10 邊跨合龍工況圖

本橋合龍應選在氣溫變化較穩(wěn)定的陰天。并考慮近期氣象條件情況，合龍口鎖定后，盡快采用匹配件及碼板進行定位固定，待合龍段鋼箱梁對接箱口焊接完成并檢驗合格后立即解除邊跨主墩的支座約束，固定端位于主塔處，完成體系轉(zhuǎn)換。

②偏差控制

豎向偏差：在承重支架柱頂設置豎向千斤頂，根據(jù)實測合龍口豎向偏差值，利用柱頂千斤頂對已安裝梁段高程進行調(diào)整來消除合龍口豎向偏差。

軸線偏差：在合龍口兩側(cè)的已安裝梁段頂面設置交叉對拉葫蘆，利用對拉葫蘆將軸線偏差消除。

縱向偏差：合龍段S20在廠內(nèi)加工時，將小里程側(cè)（向塔側(cè)）長度增加20mm，合龍時根據(jù)實測數(shù)據(jù)對S20梁段配切并在溫度穩(wěn)定期間安裝以調(diào)整縱向偏差。

4 結(jié)語

通過對阜裕大橋結(jié)構(gòu)形式、地理氣候條件、現(xiàn)場條件的綜合分析，提出獨塔斜拉橋采用鋼梁浮運法+整節(jié)段懸臂拼裝施工方案。該橋于2020年9月3日開始鋼桁梁架設，計劃2021年11月15日實現(xiàn)全橋合龍。施工中從大型臨時支架布置、鋼梁拼裝浮運、大節(jié)段懸拼限位、跨中合龍等方面出發(fā)，充分考慮獨塔斜拉橋的施工特點，理論分析結(jié)合施工監(jiān)測，解決了超寬幅鋼箱梁斜拉橋單向懸拼架設施工難題。鋼梁浮運法+整節(jié)段懸臂拼裝綜合施工技術(shù)在獨塔斜拉橋的成功應用，減少了大量高空作業(yè)時間，降低了安全風險，有效節(jié)約了施工工期，達到了為項目創(chuàng)效增益的效果，對類似橋梁工程有重要的參考價值。