山區(qū)特大跨徑鋼桁梁斜拉橋主梁施工架設(shè)技術(shù)

吳建民

（廣西河荔高速公路有限公司，廣西 河池 550005）

1 工程概況

720 m 鋼桁架梁斜拉橋是北盤(pán)江特大橋的主要形式，主橋橋跨長(zhǎng)度設(shè)置為1 232 m，使用過(guò)渡墩和胡寨大橋連接的方式來(lái)處理貴州側(cè)主橋，使用3×34 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁作為云南岸引橋的主要類型，橋梁長(zhǎng)度設(shè)置為1 340 m。H 形索塔是主塔的主要形式，貴州岸索塔的高度設(shè)置為270 m，云南岸索塔的高度設(shè)置為247 m，使用群樁基礎(chǔ)，同時(shí)使用過(guò)渡墩和輔助墩作為群樁基礎(chǔ)和空心薄壁墩。輕型橋臺(tái)是云南岸橋臺(tái)的主要形式，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的方式來(lái)處理貴州岸過(guò)渡墩。

2 山區(qū)特大跨徑鋼桁梁斜拉橋主梁施工架設(shè)方案

北盤(pán)江特大橋從北盤(pán)江大峽谷跨過(guò)，節(jié)段構(gòu)造設(shè)計(jì)、鋼桁梁拼裝精度、起重吊裝能力、施工場(chǎng)地和運(yùn)輸條件的要求比較高。該特大橋邊跨設(shè)計(jì)高程與地面的間距保持在約90 m，主跨跨中橋面與谷底的間距大約達(dá)到了600 m，這就給整個(gè)工程的施工造成了嚴(yán)重的困擾。

在全面分析北盤(pán)江大橋吊裝能力、施工起重、橋下無(wú)構(gòu)件運(yùn)輸條件、兩岸邊跨施工技術(shù)和施工場(chǎng)地等信息后，最終確定的施工方案為中跨橋面吊機(jī)懸臂架設(shè)、邊跨頂推施工的施工策略，同時(shí)完成總體構(gòu)造設(shè)計(jì)工作。

3 方案選擇

3.1 雙懸臂拼裝

雙懸臂拼裝施工時(shí)，鋼桁架架設(shè)施工從主塔開(kāi)始，使用附著式起重機(jī)和塔式起重機(jī)將0 號(hào)塊支架搭設(shè)好，3 個(gè)節(jié)段鋼桁梁和橋面板在支架上完成拼裝施工，從而形成初始工作平臺(tái)，橋面起重機(jī)拼裝施工要在初始工作平臺(tái)上完成施工。拼裝好橋面起重機(jī)以后，使用平板車運(yùn)送構(gòu)件到達(dá)塔下指定位置，接著使用塔式起重機(jī)和附壁起重機(jī)把構(gòu)件運(yùn)送到橋面位置處。在鋼桁梁桿件拼裝成桁片單元時(shí)，需在工作平臺(tái)上完成拼裝施工。

3.2 單懸臂拼裝

3.2.1 臨時(shí)墩方案

單懸臂拼裝使用臨時(shí)墩方案后，舍棄以往使用的對(duì)稱懸臂拼裝方法，使用臨時(shí)墩與支架相結(jié)合的方法，從邊跨開(kāi)始拼裝施工。從該橋梁工程的實(shí)際情況出發(fā)，使用門(mén)式起重機(jī)在支架上完成前三節(jié)段鋼桁梁的散拼施工，在鋪設(shè)橋面和拼裝后續(xù)節(jié)段鋼桁梁時(shí)，使用的主要設(shè)備為70 t 全回轉(zhuǎn)起重機(jī)，施工順序?yàn)閺膬蓚?cè)過(guò)渡墩向鋼桁梁合攏。在使用該方案時(shí)，需設(shè)置臨時(shí)支墩3 個(gè)、拼裝支架1 個(gè)，使用有限元計(jì)算分析以后，獲得懸臂拼裝最大跨度為36 m。

3.2.2 扣索方案

為了控制臨時(shí)支墩的數(shù)量，詳細(xì)分析了整個(gè)工程的施工條件、施工難度系數(shù)等問(wèn)題，最終決定使用扣索的方法完成施工任務(wù)。使用該方案以后，臨時(shí)支墩的數(shù)量得到了減少，每側(cè)各減掉臨時(shí)支撐1 個(gè)，為了最大限度地滿足鋼桁梁的施工受力要求，使用了扣索塔架。在使用有限元計(jì)算分析以后，懸臂跨度的最大值設(shè)置為48 m。

3.3 邊跨頂推中跨懸拼

在邊跨頂推施工的過(guò)程中，需將鋼桁架頂推拼裝平臺(tái)搭設(shè)在輔助墩與過(guò)渡墩之間，并將門(mén)式起重機(jī)軌道平臺(tái)安裝到平臺(tái)兩側(cè)。整體節(jié)段拼裝施工時(shí)，需在施工平臺(tái)上使用門(mén)式起重機(jī)完成拼裝施工，將鋼桁梁向主塔方向拖拉移動(dòng)時(shí)，使用多點(diǎn)拖拉的方式。邊跨頂推施工結(jié)束以后安裝邊跨橋面結(jié)構(gòu)，70 t 橋面起重機(jī)在主塔附近完成拼裝施工，接著架設(shè)好中跨鋼桁梁。

4 方案比較

4.1 施工安全性

使用有限元計(jì)算分析各施工方案，主桁架應(yīng)力極值詳見(jiàn)表1。

表1 各施工方案應(yīng)力極值

經(jīng)詳細(xì)分析表1 后發(fā)現(xiàn)，雙懸臂施工中主桁架應(yīng)力非常小，邊跨頂推方案和扣索單懸臂拼裝方案的主桁架應(yīng)力比較大。

4.2 臨時(shí)結(jié)構(gòu)用量

各方案臨時(shí)結(jié)構(gòu)用量的具體情況詳見(jiàn)表2。

在詳細(xì)分析表2 后發(fā)現(xiàn)，使用雙懸臂施工方案的過(guò)程中，使用到機(jī)械設(shè)備類型很多，臨時(shí)結(jié)構(gòu)用量較少，使用臨時(shí)結(jié)構(gòu)的數(shù)量較多，單懸臂施工方案的設(shè)備數(shù)量較少。在綜合研究各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以后，得出的結(jié)論為雙懸臂施工成本投入最少。

表2 各方案臨時(shí)結(jié)構(gòu)用量

5 鋼桁梁架設(shè)施工技術(shù)

5.1 纜索吊機(jī)

纜索吊機(jī)架設(shè)法主要是使用纜索吊機(jī)將鋼桁梁節(jié)段吊起的施工方法，將鋼桁梁拼裝場(chǎng)地設(shè)置在索塔中跨側(cè)，做好鋼桁梁桿件的拼裝施工，從而使其構(gòu)成鋼桁梁節(jié)段，移動(dòng)拼裝施工完成，鋼桁梁節(jié)段到達(dá)指定位置[1，2]，使用纜繩完成起吊施工，使其與吊桿完成銷接施工，與安裝的桁架完成鉸接施工。

5.2 設(shè)計(jì)與安裝纜索吊機(jī)

纜索吊機(jī)的組成成分包括錨固系統(tǒng)、塔頂支撐索鞍、跑車及吊具、支索器、牽引索、起重索和主索，將起吊系統(tǒng)設(shè)置在纜索吊機(jī)左、右幅各一套，在上橫梁上設(shè)置支撐索鞍，中跨主索的間距設(shè)置為14 m，在兩岸隧道錨的邊坡上錨固主索。在兩岸隧道的平臺(tái)上放置牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)和起重卷?yè)P(yáng)機(jī)，主索工作狀態(tài)的最大垂跨比設(shè)計(jì)為L(zhǎng)/12（L為主纜在主孔內(nèi)的垂度）。

5.3 安裝鋼桁主梁

使用頂推方案處理北盤(pán)江主橋上構(gòu)鋼桁梁邊跨，使用橋面吊機(jī)拼裝策略處理中跨。輔助頂推使用的鋼導(dǎo)梁長(zhǎng)度設(shè)置為54 m，使用變高桁架結(jié)構(gòu)模式，端部高度設(shè)置為6 m，后端高度設(shè)置為8 m，與主橋鋼桁梁相同，節(jié)間長(zhǎng)度設(shè)置為8 m。閉口箱形斷面是導(dǎo)梁主桁架斜腹桿、下弦桿、上弦桿的主要形式。將兩片主桁架橫向布置好，鋼桁梁與桁間距相同，使用Q345C 鋼材制作鋼導(dǎo)梁。

在6#輔助墩、7#過(guò)渡墩中間位置設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)頂推施工平臺(tái)，使用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)處理平臺(tái)基礎(chǔ)，鋼管樁的橫向、縱向間距分別設(shè)置為3 m 和10 m。使用鋼管斜桿和水平桿連接縱向鋼管，確保鋼管立柱始終保持穩(wěn)定的狀態(tài)。將長(zhǎng)度為4 m的4I63a 工字鋼分配橫梁設(shè)置在主跨側(cè)前3 根鋼管頂部位置處，將長(zhǎng)度為4 m 的3I63a 工字鋼分配橫梁設(shè)置在7#過(guò)渡墩和后2 根鋼管頂部位置處，使縱向鋼滑道梁得以有效支撐。

在引橋三跨箱梁上設(shè)置拼裝場(chǎng)地，在6#輔助墩與7#過(guò)渡墩間設(shè)置拼裝平臺(tái)，將頂推平臺(tái)與主橋7#過(guò)渡墩連接成為一個(gè)整體。使用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)處理平臺(tái)基礎(chǔ)，鋼管樁使用的鋼管類型為φ630 mm，縱橋向間距設(shè)置為10 m，橫向間距設(shè)置為12 m。橫橋的受力主梁由2 根I63a 的型鋼構(gòu)成，與頂推平臺(tái)貫通后形成橫向鋼梁連接體。

三角形型鋼支撐體系是5#和6#輔助墩墩頂部位的主要結(jié)構(gòu)體系，矩形鋼滑道梁的長(zhǎng)度設(shè)置為15 m，梁高設(shè)置為1 m，寬度設(shè)置為0.9 m。矩形鋼結(jié)構(gòu)斜撐高度設(shè)置為0.8 m，寬度設(shè)置為0.9 m，腹板的厚度為4 cm，底板和頂板的厚度設(shè)置為5 cm?；炷炼丈眍A(yù)埋錨板與斜撐焊接在一起，使用型鋼水平桿支撐縱向錨板。輔助墩頂部設(shè)置支座和工字鋼支撐橫梁，將縱向限位擋塊設(shè)置在支座兩側(cè)，使輔助墩墩身能夠承受水平力，將鋼滑道梁底面與擋塊焊接在一起，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量設(shè)為72 t。

雙懸臂式鋼滑道梁結(jié)構(gòu)體系是4#主墩的主要結(jié)構(gòu)類型，矩形鋼滑道梁的長(zhǎng)度設(shè)置為15 m，寬度設(shè)置為0.9 m，梁高設(shè)置為1 m，設(shè)置的腹板數(shù)量為4 道，底板與頂板的厚度相同，為5 cm。將支座和4I63a 工字鋼橫向支撐橫梁設(shè)置在主墩混凝土橫梁頂面位置處，將精軋螺紋粗鋼筋設(shè)置在外側(cè)2 道支撐橫梁位置處，使鋼滑道受滑靴作用產(chǎn)生的抗拔力得到高效的抑制。

使用40 t 的輪胎式運(yùn)梁平車作為中跨運(yùn)梁平車，使用橋面吊機(jī)完成中跨鋼桁梁橋面的吊裝施工，吊機(jī)類型為52 t 吊重的180°旋轉(zhuǎn)吊機(jī)，逐段完成拼裝施工。

5.4 斜拉索掛索

φ15.24 mm 高強(qiáng)低松弛鍍鋅鋼絞線成索是該橋斜拉索的主要類型，OVM250 斜拉索體系是錨具的主要類型。施工流程：施工準(zhǔn)備→檢查、安裝上下錨具→安裝HDPE 圓管→鋼絞線單根掛索→循環(huán)調(diào)索→安裝減震塊、錨頭蓋板→錨具防護(hù)。

斜拉索的數(shù)量比較多，索塔以混凝土結(jié)構(gòu)為主，需要設(shè)計(jì)出整套適合施工現(xiàn)場(chǎng)情況的塔外平臺(tái)，將安全防護(hù)欄安裝在鋼錨箱橫梁上來(lái)充當(dāng)塔內(nèi)平臺(tái)。使用垂直升降懸掛式平臺(tái)作為塔外平臺(tái)，升降施工由3 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)完成，卷?yè)P(yáng)機(jī)被設(shè)置在塔外平臺(tái)一側(cè)，塔外平臺(tái)的定位滑道由索塔固定的鋼絲繩充當(dāng)，平臺(tái)抵達(dá)施工點(diǎn)位置時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)被鎖死，塔外施工人員臨時(shí)固定定位滑道與平臺(tái)，認(rèn)真檢查塔外平臺(tái)的安全問(wèn)題，確保萬(wàn)無(wú)一失再施工。分析施工現(xiàn)場(chǎng)的情況發(fā)現(xiàn)，塔柱不封頂也能進(jìn)行斜拉索施工，采取分節(jié)段的方式升降塔外平臺(tái)，在塔柱封頂以后將塔頂鋼支架制作好，前期可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的吊點(diǎn)。

單根張拉控制的鋼絞線索力具有較強(qiáng)的均勻性，受累計(jì)誤差的影響，整束索力與設(shè)計(jì)值會(huì)有偏差存在，調(diào)整時(shí)借助整體張拉完成調(diào)整施工。在塔內(nèi)張拉端完成整體張拉施工，利用塔吊將連接套、張拉桿、千斤頂和撐腳等設(shè)備吊運(yùn)到塔內(nèi)平臺(tái)上，借助活動(dòng)平臺(tái)將其移動(dòng)到指定的施工位置，在安裝固定張拉螺母、撐腳、千斤頂、張拉桿和連接套時(shí)，適應(yīng)的主要設(shè)備為手拉葫蘆。千斤頂安裝誤差控制在5 mm 以內(nèi)。

5.5 引橋

3×34 m 后張預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)是北盤(pán)江特大橋云南岸引橋上構(gòu)的主要形式，澆筑施工要分2 次完成，底板混凝土和腹板1.45 m 位置要第一次澆筑施工，翼緣板混凝土第二次澆筑施工；將鋼管支撐加設(shè)在支架中間位置，墩柱上預(yù)埋的牛腿完成兩端施工，貝雷梁是縱向主梁的主要類型，方鋼是橫向分配梁的主要類型。

6 結(jié)語(yǔ)

在雙懸臂施工過(guò)程中主桁應(yīng)力非常小，與其他方案比較具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。比較頂推施工技術(shù)、單懸臂施工技術(shù)與雙懸臂施工技術(shù)，雙懸臂施工技術(shù)耗時(shí)較長(zhǎng)，但是其前期工期壓力較小，加之鋼桁架片供應(yīng)不足，使得中跨懸拼施工受到了一定的影響。從施工現(xiàn)場(chǎng)的情況分析，頂推施工和單懸臂拼裝施工要修建施工平臺(tái)和便道，投入成本比較高。所以，在詳細(xì)分析山區(qū)特大鋼桁梁斜拉橋特征和施工現(xiàn)場(chǎng)情況以后，決定使用雙懸臂對(duì)稱施工技術(shù)，最終顯著提升了整個(gè)工程的施工效果。