明珠灣大橋建設(shè)中的主橋鋼梁架設(shè)施工工藝

董丞上

（中山市交通項(xiàng)目建設(shè)有限公司，廣東中山 528403）

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工技術(shù)理論成熟、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中取得廣泛應(yīng)用。鋼桁梁的自重輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、抗震性能突出，橋梁質(zhì)量得到保障。鋼橋架設(shè)方式多樣化，需從工程現(xiàn)狀出發(fā)，挑選適宜的架設(shè)施工工藝，依據(jù)科學(xué)的方法將架設(shè)工作落實(shí)到位。因此，需要深入分析鋼桁梁架設(shè)施工工藝，理清施工思路，嚴(yán)格把控技術(shù)要點(diǎn)，安全、高效地架設(shè)鋼桁梁。

2 工程概況

廣州明珠灣大橋主橋?yàn)?6 m+164 m+436 m+164 m+96 m+60 m的6跨連續(xù)雙層橋面中承式鋼桁拱橋，鋼梁為3片N形桁式結(jié)構(gòu)，拱肋上弦、下弦均為二次拋物線形。拱肋跨中析高11 m，中間支點(diǎn)高52.52 m。鋼節(jié)間長(zhǎng)度以12 m居多（主墩邊跨側(cè)4個(gè)節(jié)間和中跨側(cè)7個(gè)節(jié)間按14 m控制），共設(shè)81個(gè)節(jié)間。橋梁布置圖如圖1所示。

圖1 明珠灣大橋主橋總體布置圖（單位：m）

3 邊跨鋼梁架設(shè)及合龍施工工藝

3.1 邊跨平弦鋼梁架設(shè)

萬(wàn)頃沙側(cè)邊跨共設(shè)8個(gè)節(jié)間平弦鋼梁（A1~A9），次邊跨有13個(gè)節(jié)間164 m鋼梁（A9~A22），懸臂部分A9~A15與邊跨同步架設(shè)成型，共6個(gè)節(jié)間72 m平弦鋼梁，半伸臂以70 t架梁吊機(jī)和臨時(shí)支墩聯(lián)合作業(yè)的方式安裝到位。邊跨平弦鋼梁的架設(shè)作業(yè)流程如下：

1）于25號(hào)~26號(hào)墩96 m跨間搭設(shè)1~3號(hào)臨時(shí)支墩，起到支撐作用。其中，下弦E2~E4節(jié)點(diǎn)由臨時(shí)支墩1支撐，E5、E6節(jié)點(diǎn)由臨時(shí)支墩2支撐，E7節(jié)點(diǎn)由臨時(shí)支墩3支撐。在妥善布置臨時(shí)支墩后，維持節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性[1]（見圖2）。

圖2 鋼梁架設(shè)布置圖

2）通過(guò)250 t浮吊架設(shè)起始A3~A5節(jié)間鋼梁，抄墊臨時(shí)支墩支點(diǎn)以維持平穩(wěn)性，在已架設(shè)鋼梁上弦將架梁吊機(jī)配置到位，要求吊機(jī)保持穩(wěn)定，運(yùn)行中無(wú)異常晃動(dòng)，利用架梁吊機(jī)架設(shè)至A9節(jié)點(diǎn)處，上26號(hào)墩抄墊至設(shè)計(jì)標(biāo)高。為限制鋼梁的橫向和縱向位移，在26號(hào)墩處設(shè)臨時(shí)錨固裝置。

3）架梁吊機(jī)調(diào)頭反向移至A3節(jié)點(diǎn)，于該處將邊跨剩余的A2鋼梁、A1節(jié)間架設(shè)到位，25號(hào)墩在抄墊后于該處設(shè)臨時(shí)錨固裝置，以防架設(shè)到位的鋼梁發(fā)生橫向移動(dòng)。

4）回正架梁吊機(jī)，移動(dòng)至A9節(jié)點(diǎn)并完成剩余次邊跨鋼梁懸臂的架設(shè)作業(yè)。

5）鋼梁起頂，拆除E2~E7節(jié)點(diǎn)的臨時(shí)支墩，微調(diào)鋼絞線，檢查25號(hào)、26號(hào)墩鋼梁支撐的位置，確保無(wú)誤。按照與前述類似的思路，完成南沙側(cè)邊跨平弦鋼梁架設(shè)作業(yè)。

3.2 主墩鋼梁雙懸臂架設(shè)

根據(jù)待安裝的構(gòu)件配置作業(yè)設(shè)備，順利將構(gòu)件安裝到位，例如，用70 t爬坡架梁吊機(jī)架設(shè)主墩中跨側(cè)鋼梁，用250 t大型浮吊和墩旁托架完成邊跨側(cè)的架設(shè)作業(yè)。中跨側(cè)拱肋架設(shè)56 m，至S26節(jié)點(diǎn)停止；邊跨側(cè)鋼梁架設(shè)80 m，至A16節(jié)點(diǎn)停止；主桁架設(shè)70 m，至A27節(jié)點(diǎn)停止。具體作業(yè)流程如下：

1）于主墩27號(hào)、28號(hào)墩旁搭設(shè)墩旁托架，配置正式支座，由托架和支座支承鋼梁，開始架設(shè)墩頂節(jié)間鋼梁主桁A21~A23和拱肋S21~S23，架設(shè)期間加強(qiáng)對(duì)鋼梁線形的檢測(cè)與調(diào)整，做到準(zhǔn)確到位。

2）27號(hào)墩邊跨側(cè)托架的臨時(shí)支點(diǎn)頂梁21 mm，中跨側(cè)臨時(shí)支點(diǎn)落梁21 mm，鋼梁預(yù)頂落結(jié)束后若確認(rèn)位置無(wú)誤則隨即采取鎖定措施，維持鋼梁的穩(wěn)定性，以防鋼梁發(fā)生橫、縱、豎向的移動(dòng)。

3）于鋼梁拱肋上弦S22~S23處布設(shè)70 t爬坡架梁吊機(jī)，中跨側(cè)向中跨方向架設(shè)4個(gè)節(jié)間主桁鋼梁A23~A27和拱肋鋼梁S23~S26；邊跨側(cè)架設(shè)的是主桁A21~A16和拱肋S21～S16，架設(shè)設(shè)備采用250 t大型浮吊。主跨雙懸臂拼裝時(shí)，由專員在現(xiàn)場(chǎng)指揮，協(xié)同控制兩懸臂端的重量，維持平穩(wěn)狀態(tài)[2]。

3.3 合龍口位移狀態(tài)的調(diào)整

首段鋼梁拼裝成型后，將主墩鋼梁頂落，轉(zhuǎn)至指定位置并鎖定；邊跨側(cè)鋼梁在合龍前頂落并縱移到位。按照如下方法精細(xì)作業(yè)，調(diào)整邊跨合龍口的姿態(tài)：

1）頂落量的控制。27號(hào)主墩鋼梁邊跨側(cè)起頂量和中跨側(cè)下落量均為21 mm；28號(hào)主墩鋼梁邊跨側(cè)按照46 mm的要求完成起頂和下落作業(yè)。經(jīng)過(guò)起頂和下落后，檢測(cè)鋼梁的姿態(tài)，若無(wú)誤則隨即鎖定，保證鋼梁的穩(wěn)定性，避免后續(xù)出現(xiàn)移動(dòng)。

2）豎向高差及端面轉(zhuǎn)角的調(diào)整。鋼梁合龍口的豎向高差須在10 mm以內(nèi)，調(diào)整作業(yè)聯(lián)合采用邊墩、輔助墩頂、落梁的方式進(jìn)行；隨后微調(diào)25號(hào)、31號(hào)墩落梁300 mm，26號(hào)、29號(hào)墩分別起頂153 mm、421 mm。

3）軸線偏差的調(diào)整。分粗調(diào)、微調(diào)兩個(gè)階段進(jìn)行調(diào)整，直至軸線偏差得到有效控制，具體而言，橫移粗調(diào)用橫向千斤頂完成，再用橫向頂拉裝置微調(diào)。

4）縱向間隙的調(diào)整。水平縱移利用水平千斤頂完成，25號(hào)、26號(hào)墩縱移78 mm，29~31號(hào)墩縱移135 mm，隨后利用縱向頂拉裝置精細(xì)化調(diào)整，直至誤差在許可范圍內(nèi)為止。

3.4 鋼梁合龍的流程及要點(diǎn)

分下弦桿、斜腹桿、上弦桿幾部分考慮，根據(jù)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的要求采取合適的合龍方法，具體做如下分析：

1）下弦桿的合龍。下弦合龍桿件E15~E16與邊跨側(cè)鋼梁E15節(jié)點(diǎn)連接，為維持連接的穩(wěn)定性，打設(shè)50%沖釘和30%高強(qiáng)度螺栓。經(jīng)過(guò)對(duì)鋼梁的調(diào)整后使偏差不超過(guò)10 mm，待溫度穩(wěn)定后做精細(xì)化的調(diào)整，直至偏差在0.5 mm以內(nèi)為止，此時(shí)打入圓孔鋼銷，完成連接處理。

2）斜腹桿的合龍。斜腹桿E15~A16與邊跨側(cè)鋼梁E15節(jié)點(diǎn)連接，依然按照與下弦桿合龍相同的方式打設(shè)沖釘和高強(qiáng)度螺栓，以便固定。上弦合龍桿安裝到位后，調(diào)整位置，確認(rèn)無(wú)誤后采取連接措施。

3）上弦桿的合龍。上弦合龍桿件A15~A16連接至邊跨側(cè)鋼梁A15節(jié)點(diǎn)，為維持穩(wěn)定采取補(bǔ)足50%沖釘和30%高強(qiáng)度螺栓的方法。根據(jù)鋼梁間隙和高差檢測(cè)結(jié)果，用頂拉調(diào)整設(shè)備做細(xì)微的調(diào)整，偏差被控制在0.5 mm以內(nèi)時(shí)，打設(shè)圓孔鋼銷以便固定。

4 中跨合龍技術(shù)

4.1 抗傾覆壓重設(shè)計(jì)

懸臂施工過(guò)程中可能存在較大的傾覆力矩，易影響懸臂的穩(wěn)定性，導(dǎo)致安裝質(zhì)量變差，甚至誘發(fā)安全事故。為此，用鋼筋混凝土塊進(jìn)行壓重，單重有26 kN（2.6 t）、39 kN（3.9 t）兩種規(guī)格供選擇，布設(shè)位置安排在三主桁橋面上方。萬(wàn)頃沙側(cè)25號(hào)墩頂中線沿鋼梁跨中方向布置長(zhǎng)36 m的壓重36 MN（3 600 t），26號(hào)墩以及南沙側(cè)29號(hào)墩分別沿著墩頂中線向兩側(cè)布置長(zhǎng)12 m、18 m的壓重，總壓重分別為22.5 MN（2 250 t）、36 MN（3 600 t），30號(hào)墩頂中線沿邊跨跨中方向布置36 m壓重，總壓重18 MN（1 800 t），按照前述方法完成各部位的壓重布置作業(yè)后，保證吊索塔架垂直度偏差≤1/1 000，同時(shí)合龍過(guò)程中最大懸臂階段抗傾覆系數(shù)≥1.5，在此前提下可維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證施工安全[3]。

4.2 微調(diào)裝置的設(shè)計(jì)

在拱肋與主梁合龍口設(shè)置微調(diào)裝置，用于調(diào)整鋼梁合龍口的間距，具體如圖2所示。微調(diào)裝置的組成包含千斤頂、鋼絞線、牛腿及錨固裝置，調(diào)整幅度為15 mm，通過(guò)對(duì)微調(diào)裝置的合理應(yīng)用后，能夠促進(jìn)箱梁的主動(dòng)合龍，避免長(zhǎng)時(shí)間等待溫度變化的情況。微調(diào)裝置的材質(zhì)采用Q345C鋼，用全熔透焊接工藝連接至箱梁腹板頂板，維持裝置的穩(wěn)定性。拱肋與主梁合龍口施工過(guò)程中，將微調(diào)裝置布設(shè)在每根弦桿上、下翼緣板處，每套微調(diào)裝置適配的是1臺(tái)250 t千斤頂。拱肋與主梁合龍口所需的微調(diào)裝置總量為12套，由專員精細(xì)化操作，達(dá)到多點(diǎn)同步合龍微調(diào)的效果。

圖3 合龍口微調(diào)裝置

4.3 拱肋合龍

上、下拱肋合龍桿件安裝到位后，利用26號(hào)、29號(hào)墩頂?shù)捻?、落梁裝置對(duì)合龍口高差與軸線加以調(diào)整，根據(jù)“杠桿原理”調(diào)整拱肋合龍口的高差，其中將27號(hào)、28號(hào)墩作為支點(diǎn)。在26號(hào)、29號(hào)墩分別落梁0.05 m、0.07 m，消除原本南沙側(cè)拱肋與萬(wàn)頃沙側(cè)的0.02 m高差。在確認(rèn)拱肋的高差得到有效的控制后，于27號(hào)墩三桁結(jié)構(gòu)底部設(shè)縱向頂推裝置，施加16 380 kN的頂升力，完成上、下拱肋多點(diǎn)同步對(duì)位操作，與此同時(shí)，將拱肋合龍口的間距減小至0.02 m。經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)整后，將各處偏差控制在工程許可的范圍內(nèi)，達(dá)到合龍鎖定的基本條件。

4.4 主梁合龍

拱肋合龍后，進(jìn)入主梁合龍環(huán)節(jié)，用27號(hào)墩頂支座的頂推裝置施加頂升力，在力的推動(dòng)作用下頂推位移0.05 m，頂推后檢查合龍口里程差，若實(shí)測(cè)結(jié)果顯示里程偏差減小至0.015 m時(shí)，進(jìn)一步檢測(cè)合龍口轉(zhuǎn)角、高差及里程差，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果做細(xì)微的調(diào)整，保證各部分偏差均被控制在許可范圍內(nèi)。對(duì)于合龍口桿件的豎向高差、轉(zhuǎn)角與里程差，采取釋放吊桿索力和微調(diào)裝置組合的方法做細(xì)致的調(diào)節(jié)，以便達(dá)到合龍鎖定的條件。

4.5 合龍口鎖定

鋼梁中跨的合龍過(guò)程中，為提升可控性，在腹板拼接板、合龍口桿件腹板處分別布設(shè)φ80 mm、φ30 mm的圓孔，構(gòu)成合龍鉸。施工人員按照計(jì)劃將合龍桿件吊裝到位，吊裝過(guò)程中操作人員嚴(yán)格聽從指揮，控制吊裝姿態(tài)與吊裝幅度，保證吊裝精準(zhǔn)到位。連接邊跨側(cè)接頭，暫時(shí)對(duì)腹板拼接板做臨時(shí)固定處理，使其初步保持穩(wěn)定，隨后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境采取精細(xì)化調(diào)整措施，例如，夜間22:00時(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)合龍的影響較小，借助此時(shí)機(jī)用微調(diào)裝置對(duì)拱肋合龍口的間距進(jìn)行調(diào)整，使該間距穩(wěn)定在合理的范圍內(nèi)。合龍口腹板拼接板向邊跨側(cè)移動(dòng)，借助此調(diào)整措施消除鋼桁梁桿件栓孔的位置誤差，經(jīng)過(guò)調(diào)整后使臨時(shí)銷孔保持重合，此時(shí)開始對(duì)合龍口進(jìn)行鎖定，即聯(lián)合采用“打入銷釘、安裝50%沖釘、30%高強(qiáng)度螺栓”的方法，通過(guò)多類設(shè)施的應(yīng)用，保證鎖定后的結(jié)構(gòu)有足夠的穩(wěn)定性。合龍口桿件鎖定到位后，將27號(hào)墩縱向限位解除，賦予墩結(jié)構(gòu)適量的靈活性，以便使結(jié)構(gòu)適應(yīng)溫度變化，減小溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不良影響。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)以其受力好、質(zhì)量輕、滿足較高強(qiáng)度和剛度要求等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于橋梁工程中。本文以具體工程為實(shí)例，詳細(xì)探討了大橋建設(shè)中的主橋鋼梁架設(shè)施工工藝要點(diǎn)，以提升橋梁工程鋼梁施工的質(zhì)量，保障橋梁運(yùn)營(yíng)的安全性，創(chuàng)造更多的施工效益。