山區(qū)大跨懸索橋鋼箱梁安裝技術(shù)探析

劉 志 （中鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧 大連 116033）

0 前言

跨江河大跨橋梁多采用跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)重量輕、抗風(fēng)穩(wěn)定性高的鋼箱梁。施工現(xiàn)場(chǎng)多采用浮吊、龍門吊、纜索吊等吊裝設(shè)備；多采用分段吊裝、整體吊裝、整體提升等吊裝方法[1]；吊裝后多采用頂推法、懸臂拼裝法、平臺(tái)滑移法等安裝方法[2]?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)綜合考慮場(chǎng)地條件、工藝水平，以及工期、成本等因素，確定最合適的施工方法。

在鋼箱梁吊裝施工時(shí)，對(duì)于環(huán)境復(fù)雜、無(wú)法一次性完成吊裝的情況，需要因地制宜，采用不同的施工方法，并采取相應(yīng)措施確保施工安全。許交武[3]在三汊磯湘江大橋采用頂推方法，驗(yàn)證了豎圓曲線一端頂推鋼箱梁安裝方法的可行性。牛亞洲等[4]總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型橋梁常用的鋼箱梁安裝方法，提出蕩移法及支架法的重難點(diǎn)。徐志強(qiáng)[5]對(duì)鋼箱梁段吊裝過(guò)程及支架卸載過(guò)程進(jìn)行有限元分析，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證施工方法可靠。油溪長(zhǎng)江大橋主墩位于岸邊，一側(cè)地勢(shì)陡峭，一側(cè)地勢(shì)平緩，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)鋼箱梁安裝技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

油溪長(zhǎng)江大橋全長(zhǎng)1178m，全橋共4 聯(lián)(2×40+760+4×40+4×40)，主跨為760m懸索橋，主纜矢跨比為1:9.5，根據(jù)地勢(shì)，龍華南岸采用重力式錨，油溪北岸采用隧道錨，兩岸錨碇點(diǎn)間距為1180m，立面布置如圖1所示。

圖1 油溪長(zhǎng)江大橋立面布置圖

鋼梁全長(zhǎng)757.2m，主跨鋼箱梁共劃分為51個(gè)吊裝段，分為標(biāo)準(zhǔn)段和端梁段，最大梁段重量達(dá)210t。

2 鋼箱梁安裝技術(shù)

主橋鋼箱加勁梁使用駁船通過(guò)長(zhǎng)江主航道進(jìn)行運(yùn)輸，到達(dá)橋位后借助全站儀及船載GPS進(jìn)行精確定位，然后由纜載吊機(jī)垂直吊裝就位。鋼箱梁的吊裝按照設(shè)計(jì)文件要求，并根據(jù)水位情況予以調(diào)整，首先完成中間部分梁段的吊裝，其次接著兩側(cè)先存梁，最后再?gòu)捻樈酉騼啥酥鸩竭M(jìn)行對(duì)稱吊裝直至合龍，合龍段在距主塔側(cè)第3片梁段。

選用纜載吊機(jī)+滑移平臺(tái)存梁定點(diǎn)吊裝方式進(jìn)行上部鋼箱梁的吊裝施工，南北岸邊跨由于處于岸邊淺灘，分別設(shè)置滑移存梁平臺(tái)及臨時(shí)存梁平臺(tái)，鋼箱梁由纜載吊機(jī)提升并蕩移至平臺(tái)，鋼箱梁經(jīng)平臺(tái)滑移就位后再由纜載吊機(jī)進(jìn)行定點(diǎn)吊裝至設(shè)計(jì)位置，中跨鋼箱梁由運(yùn)輸船直接航道范圍定位纜載吊機(jī)垂直起吊安裝。

2.1 纜載吊機(jī)荷載試驗(yàn)

在鋼箱梁安裝前，對(duì)纜載吊機(jī)進(jìn)行荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)前根據(jù)施工工況對(duì)纜載吊機(jī)吊架結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力驗(yàn)算。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)纜載吊機(jī)、吊架進(jìn)行檢測(cè)，確保結(jié)構(gòu)安全，工作正常。根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算校核結(jié)果，選擇結(jié)構(gòu)受力最不利位置布置應(yīng)變計(jì)及變形測(cè)點(diǎn)，荷載試驗(yàn)時(shí)觀測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形狀態(tài)，對(duì)吊機(jī)及吊架工作性能進(jìn)行驗(yàn)證及評(píng)價(jià)。

①重物選擇。油溪長(zhǎng)江大橋鋼箱梁節(jié)段最大吊裝重量為210t，吊裝安全系數(shù)取1.2，252t全部選用鋼筋作為荷載。鋼筋從南岸鋼筋加工廠用9.6m板車倒運(yùn)至主墩下方，然后采用25t汽車吊配合將鋼筋放進(jìn)試吊鋼架里。每捆鋼筋重量約為3t，大致為84捆鋼筋，每次倒運(yùn)鋼筋必須過(guò)磅確認(rèn)重量后加載。

②試吊鋼架設(shè)計(jì)。纜載吊機(jī)分為2個(gè)扁擔(dān)，處于上游主纜和下游主纜，鋼架長(zhǎng)度6m，寬度3.2m，長(zhǎng)度方向順橋向放置。鋼絲繩選擇8根9m長(zhǎng)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值1870MPa鋼芯，承載力954kN，3倍安全系數(shù)。

③結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。鋼架采用Midas civil建立有限元分析模型，鋼架荷載試驗(yàn)經(jīng)過(guò)計(jì)算，最大應(yīng)力為173MPa，小于設(shè)計(jì)值215MPa，結(jié)構(gòu)安全。有限元計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 吊機(jī)鋼架應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

④具體試驗(yàn)過(guò)程。吊機(jī)安裝完畢后，將倒運(yùn)下來(lái)的鋼筋裝進(jìn)鋼架，然后將鋼絲繩掛在吊具上垂直起吊。分為3級(jí)加載，分別為70%，100%，120%。加到70%后起吊，檢測(cè)吊機(jī)桿件的應(yīng)力和變形，放下后繼續(xù)加載至100%，重復(fù)以上流程，最終加載至120%。

纜載吊機(jī)吊具預(yù)壓和試吊與纜載吊機(jī)試驗(yàn)試吊同時(shí)一起完成，吊具采用加載20%（48t）的力進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓完成后再進(jìn)行纜載吊機(jī)的3級(jí)加載，分別為70%，100%，120%。纜載吊機(jī)完成試吊的同時(shí)吊具也完成試吊，試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

2.2 鋼箱梁支架預(yù)壓試驗(yàn)

鋼箱梁支架采用端梁進(jìn)行預(yù)壓，端梁節(jié)段有約190t和211t兩種，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段重209.6t。端梁在支架上蕩移和滑移過(guò)程中，對(duì)支架沉降量、變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在后續(xù)每片梁的蕩移和滑移過(guò)程中定時(shí)對(duì)支架的沉降量、變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)異常提前進(jìn)行檢查和暫停鋼箱梁蕩移滑移施工，檢查無(wú)誤后再進(jìn)行施工。

2.3 端梁段鋼箱梁安裝

端梁段沒(méi)有吊索，在鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段吊裝期間，依據(jù)岸邊地勢(shì)建立兩級(jí)吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，于南北岸塔柱及上橫梁上設(shè)置臨時(shí)支撐系統(tǒng)，端梁段吊裝時(shí)起吊蕩移后將其轉(zhuǎn)移至中橫梁及端梁段臨時(shí)支撐系統(tǒng)，最后吊裝合龍梁段完成全部鋼箱梁吊裝。

2.3.1 端梁段鋼箱梁安裝計(jì)算

主塔施工期間，在兩岸主塔中橫梁的臨江面預(yù)埋端梁段臨時(shí)錨固系統(tǒng)的預(yù)埋件，中橫梁澆筑拆模后借助橫梁上預(yù)留的施工操作平臺(tái)及時(shí)施作端梁段臨時(shí)存梁托架。橋塔存梁支架主要采用HW400×400型鋼焊接結(jié)構(gòu)，其上弦處采用15.2mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固于主橫梁上，并在下橫梁頂部設(shè)計(jì)預(yù)埋件豎向約束存梁支架。存梁托架用于存放端部加勁梁（長(zhǎng)11.1m，自重175.775t），并完成與相鄰加勁梁拼接。

端梁段重175.775t，實(shí)際中四個(gè)支點(diǎn)受力，每個(gè)支點(diǎn)力大小為：175.775/4=44t，考慮加勁梁在存梁時(shí)，沖擊系數(shù)（1.2）及四點(diǎn)不均勻系數(shù)（1.2），即每個(gè)支點(diǎn)實(shí)際最大可能受力F1為44×1.2×1.2=64t。按照最大纜載吊機(jī)吊物極限傾斜度18°，及最重梁段 210t計(jì)算，F(xiàn)1×cos18°=210t，F(xiàn)1×sin18°=F2,則 F2=210t/cos18°×sin18°=68.32t，即水平牽引拉力為68.32t。鋼箱梁滑移采用四氟滑板滑塊結(jié)構(gòu)，四氟滑板摩擦系數(shù)0.15，滑動(dòng)時(shí)拉力為0.15×210t=31.5t。故水平牽引系統(tǒng)選用兩臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)，兩套4倍動(dòng)滑輪組進(jìn)行牽引，選用抗拉強(qiáng)度為1850MPa，直徑為28mm的鋼絲繩（6倍安全系數(shù)）。

2.3.2 端梁段鋼箱梁安裝過(guò)程

①北岸端部鋼箱梁梁段由纜載吊機(jī)提升，纜載吊機(jī)行走至主纜低位平臺(tái)邊緣梁段位置，垂直起吊端梁段至低位支架頂面標(biāo)高50cm以上，通過(guò)低位兩臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)水平牽引至低位支架滑塊上。

②將鋼箱梁滑移至低位支架靠岸側(cè)位置，纜載吊機(jī)同步走行至主纜高位平臺(tái)邊緣梁段位置，繼續(xù)起吊端梁段至高位支架頂面標(biāo)高50cm，通過(guò)塔頂門架兩臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)經(jīng)高位支架靠岸側(cè)轉(zhuǎn)向輪后水平將鋼箱梁牽引至高位支架滑塊上。

③將鋼箱梁滑移至高位支架靠岸側(cè)位置，纜載吊機(jī)同步走行至主纜高位平臺(tái)靠岸側(cè)邊緣梁段位置，繼續(xù)起吊端梁段至存梁支架頂面標(biāo)高50cm，通過(guò)塔頂門架兩臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)經(jīng)引橋側(cè)轉(zhuǎn)向輪后水平將鋼箱梁牽引至存梁支架上，安裝端梁段。

3 鋼箱梁安裝施工監(jiān)測(cè)

在鋼箱梁正式吊裝前，利用大橋高程控制網(wǎng)，測(cè)量出兩岸主塔塔頂高程、主塔向跨中方向的傾斜度以及主纜跨中高程或垂度。并在鋼箱梁吊裝期間主塔進(jìn)行相關(guān)的變形監(jiān)控監(jiān)測(cè)，以確保工程安全及鋼箱梁安裝精度[6]。

3.1 基礎(chǔ)沉降觀測(cè)

主塔基礎(chǔ)沉降變形監(jiān)測(cè)延續(xù)主塔施工期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)施工后，在每節(jié)鋼箱梁節(jié)段吊裝前后均進(jìn)行一次數(shù)據(jù)測(cè)量，根據(jù)沉降觀測(cè)點(diǎn)不同位置沉降變化，繪制沉降曲線，以反映吊裝對(duì)基礎(chǔ)沉降影響。

3.2 塔身擺動(dòng)觀測(cè)

主塔在日照、溫度和風(fēng)力等外界條件變化的影響下，會(huì)發(fā)生扭擺，在上部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中應(yīng)通過(guò)塔身及塔頂上的觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于工作基點(diǎn)在不同時(shí)刻點(diǎn)位的水平位移進(jìn)行擺動(dòng)觀測(cè)，得到主塔隨著上部結(jié)構(gòu)施工梁段拼裝數(shù)量以及溫度、日照、風(fēng)力等因素變化的擺動(dòng)特征。并據(jù)此判斷鋼箱梁吊裝過(guò)程對(duì)主纜受力分布影響及主塔偏位影響，確保主塔垂直度[7]。

3.3 主纜吊裝線形及鋼箱梁吊裝線形監(jiān)測(cè)

鋼箱梁吊裝過(guò)程中，每段鋼箱梁吊裝前后由測(cè)量人員利用全站儀以及GPS測(cè)量主纜線形以及鋼箱梁吊裝后的橋面高層，并與監(jiān)控量測(cè)單位提供的計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，當(dāng)數(shù)據(jù)符合測(cè)量控制誤差以后方可進(jìn)行下一梁段的吊裝施工，否則應(yīng)立即停止后續(xù)梁段的吊裝作業(yè)，待查明原因并予以調(diào)整恢復(fù)正常后再進(jìn)行后續(xù)梁段吊裝施工。

4 結(jié)論

對(duì)油溪長(zhǎng)江大橋兩岸地勢(shì)不同條件進(jìn)行鋼箱梁安裝技術(shù)研究，得到結(jié)論如下：

①鋼箱梁通過(guò)蕩移法對(duì)地勢(shì)陡峭一側(cè)采用兩級(jí)滑移存梁平臺(tái)安裝，地勢(shì)平緩一側(cè)采用臨時(shí)存梁平臺(tái)安裝，因地制宜，節(jié)約工期和成本；

②通過(guò)有限元數(shù)值分析得到吊架最大應(yīng)力為173MPa，小于設(shè)計(jì)值215MPa，對(duì)纜載吊機(jī)及吊架進(jìn)行荷載試驗(yàn)，確保施工安全可控；

③對(duì)蕩移角、蕩移力及蕩移牽引力進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為同類施工提供依據(jù)。