南寧大橋曲線鋼箱梁吊裝關鍵施工技術

歐 靜

(中鐵二局第五工程有限公司，四川成都 610091)

0 引言

南寧大橋位于南寧市東南，毗鄰青秀山風景區，由跨越邕江的主橋、南北兩岸引橋、引道及附屬工程組成，橋梁總長734.502 m，其中主橋為大跨徑曲線梁非對稱外傾拱橋，單孔跨度300 m，橋面寬度35 m，由兩條傾斜的鋼箱肋拱、曲線鋼箱梁、傾斜的吊桿及橋面系桿組成，按雙向六車道設置(見圖1)。

圖1 南寧大橋主橋結構效果圖

南寧大橋鋼箱梁架設采用“纜索吊機吊裝，拱肋支承”方案。由于永久系桿設置在鋼箱梁內，主梁未合龍前，永久系桿無法安裝張拉，鋼箱梁吊裝期間拱肋推力由設置在東西拱腳位置的臨時系桿索平衡。由于東西拱肋外傾、不對稱且鋼箱梁位于半徑1 500 m曲線上，如何平衡因箱梁兩側的吊桿呈非對稱形式布置對箱梁節段產生的橫向水平力，以及曲線節段鋼箱梁吊裝過程中的空間線形控制，是該橋施工需解決的關鍵技術。

1 曲線鋼箱梁吊裝總體方案

南寧大橋主橋受下游“西津船閘”最大通航寬度15.0 m限制，全橋鋼箱梁劃分為30個吊裝節段，標準梁段長9.0 m，重136.6 t。通過對鋼箱梁結構和節段吊裝過程主體結構和塔架結構受力分析研究，鋼箱梁吊裝方案采用“9 m節段制造運輸，9 m節段吊裝”方案。節段工廠制造時進行了“10+1”匹配預拼裝，鋼箱梁豎曲線由18 m節段頂、底板不等長的方式形成梯形，以折代曲。

由于9 m節段吊裝后單節段上只有1組永久吊桿和臨時吊桿，無法維持節段空中穩定。鋼箱梁節段空中穩定和線形調整是利用兩個相鄰9 m節段上的2組永久吊桿和臨時吊桿來維持。采用9 m節段“空中二拼一”方案，兩個9 m節段吊裝就位后進行“空中二拼一”焊接，這樣全部梁節段吊裝合龍后，主梁為15個18 m梁節段。9 m鋼箱梁節段吊裝順序為由中間向兩邊連續吊裝(見圖2)。

2 曲線鋼箱梁吊裝關鍵施工技術

2.1 節段空中精確對位技術

鋼箱梁位于R=1 500 m平曲線和R=9 000 m豎曲線上，每個9 m節段空間位置都不一樣。鋼箱梁節段采用2組索道4吊點抬吊，運用PLC電氣集中控制技術，既保證節段4吊點同步吊裝，又方便節段對位前單吊點微調。節段吊裝前，橫移索鞍至每個9 m吊裝節段所對應的位置，以確保節段橫橋向位置準確。

圖2 鋼箱梁合龍段施工

當被吊鋼箱梁頂面高于前一鋼箱梁段頂面約30 cm高時，暫停吊運進入調梁階段。安裝鋼箱梁上的永久吊桿和“×”形臨時吊索，通過緩慢運行牽引索來控制前后走行小車、收放前后起重索來調整鋼箱梁縱橋向的位置、傾斜角度(見圖3)。

圖3 鋼箱梁吊裝施工

如果箱梁平面位置有小量偏差可用鏈條葫蘆將梁端緩慢收攏，使兩相鄰梁段上、下接口對正(縫隙誤差5 mm以內)，相鄰鋼箱梁節段就位后，通過在鋼箱梁頂、底面安裝臨時匹配件，進行節段連接。

鋼箱梁匹配連接后，張拉永久吊桿和臨時吊桿，同步緩慢松開吊鉤。測量鋼箱梁空間線形，調整吊桿索力直至節段線形符合設計要求。

2.2 節段空中穩定技術

鋼箱梁節段在連接成整體形成穩定結構前，要經歷9 m節段連接成18 m節段、18 m節段自身空中懸浮等不穩定結構狀態。在鋼箱梁吊裝過程節段穩定空中通過外側永久吊桿、“×”字形臨時吊桿及箱梁節段間的臨時匹配件來實現(見圖4)，具體實施方案如下:

鋼箱梁吊裝順序為先吊裝跨中15號梁段，由于15號節段只在梁段中間設有一組永久吊桿及臨時吊桿，松吊后，僅靠一組永久吊桿及臨時吊桿無法維持空中穩定。因此在15號梁段上增設一組臨時吊桿。15′號吊裝就位與15號節段匹配連接后，形成18 m梁段。張拉調整18 m節段上的2組外側永久吊桿和“×”形臨時吊索，同步拆除15號節段上的臨時鋼絞線拉索。

圖4 施工階段鋼箱梁受力關系圖

吊裝14號、14′號節段的空中穩定則是通過分別與15號、15′號節段匹配連接成整體，然后張拉14號、14′號節段上的一組外側永久吊桿和“×”臨時吊索來實現節段的臨時穩定。13號、13′號節段吊裝分別與14號、14′號節段匹配連接形成18 m梁段后，解除14號與15號、14′號與15′號之間的臨時匹配件，形成獨立的18 m梁段，通過2組外側永久吊桿和“×”臨時吊索維持節段空間平衡。

2.3 空間線形控制與調整技術

2.3.1 線形控制與調整難題

曲線鋼箱梁吊裝過程采用外側永久吊桿和“×”字形臨時吊索維持節段空間穩定和線形調整。線形控制與調整存在以下難題:

1)節段空間定位無法采用吊桿定長法施工。每個18 m節段通過8根吊索進行調整，每調整一根吊索，其他吊索索力均會發生變化。

2)18 m梁段合龍后全橋104根吊桿為多次超靜定結構，索力調整尤為復雜。

3)鋼箱梁合龍前，受體系溫差的影響，鋼拱肋線形不斷變化且跨中與邊跨呈非線性變化，鋼箱梁節段定位空間坐標難以確定。

2.3.2 安裝過程線形控制目標

主梁合龍線形達到設計理論線形;體系轉換完成，成橋狀態下拱肋線形和主梁線形與設計理論線形一致或誤差很小;吊桿、系桿索力與設計索力整體偏差控制在5%以內，單根吊桿索力與設計索力最大偏差在10%以內。單束系桿索與設計索力最大偏差在10%以內。

2.3.3 過程控制與調整

為保證主梁安裝線形達到控制目標，分以下幾個過程進行控制調整。

1)9 m形成18 m節段線形調整。

通過施工仿真分析，計算出每個18 m鋼箱梁吊裝定位空間坐標及永久吊桿和臨時吊索索力，用于指導鋼箱梁安裝施工。18 m節段吊裝就位后依靠外側永久吊桿、臨時吊索來控制三維坐標。主梁合龍后還須完成二期恒載，結構體系轉換后實現成橋狀態。因此，在主梁吊裝就位、節段連接之前需要設置預拱度來保證最終的成橋線形。同時主梁吊裝節段標高還需考慮體系溫差和拱肋受力不斷增加，主拱肋下撓的影響。

理論上分析，采用永久吊桿和臨時吊索定長法進行主梁節段空間坐標控制最為方便、準確。但由于現場無法準確測量出吊桿張拉端坐標，且每根吊桿索長存在制造誤差。因此18 m節段空間線形調整采用以下方法:

9 m節段匹配時先張拉外側永久吊桿至設計索力，張拉部分臨時吊索索力。18 m節段形成后，測量18 m節段空間線形，根據空間三維坐標實測結果反復調整臨時吊桿索索力和永久吊桿索索力直至達到設計狀態。18 m節段線形調整必須解除與其他節段之間的臨時連接。

2)主梁合龍前18 m節段線形調整。

為方便節段線形的調整，合龍前如果18 m節段全部臨時連接，全橋共需52根永久吊桿和52根臨時吊索，為一龐大的超靜定體系，每根吊桿的調整都會造成其他吊桿索索力和梁節段線形的變化，難以實現主梁線形調整效果。因此合龍前18 m節段線形調整必須解除與其他節段之間的臨時連接。

此時除拱腳處合龍段主梁未吊裝外，全部主梁自重荷載已經施加在拱肋上，拱肋空間線形只受體系溫差的影響。主梁設計合龍溫度18℃ ～20℃，因此合龍前主梁18 m節段線形調整均安排在夜間或無日照時間段進行。

3)內側永久吊桿安裝及二期恒載后主梁線形控制。

主梁合龍后，拆除臨時橫向聯結系和側向纜風索，安裝張拉永久系桿索，同步拆除臨時系桿索;安裝張拉內側永久吊桿，拆除“×”臨時吊桿索，同步調整外側永久吊桿索索力。

此時鋼箱梁受力體系發生了大的改變，由永久吊桿和彎曲系桿維持結構的空間幾何位置和受力平衡。但此時在結構體系未轉換前的吊桿索力作用下，主梁空間線形可能會產生變化，因此有必要在這個階段根據實測拱、梁線形和吊桿、系桿索力值進行修正，以保證主梁線形達到設計狀態。

此時吊桿和系桿索力可以用千斤頂和“頻率法”進行精確量測，吊桿索力的調整可采用“拔出量”法進行，以避免多次超靜定結構調索造成的困難。“拔出量”法的具體操作如下:根據實測的吊桿、系桿索力，拱、梁實測線形進行修正模型計算，計算出滿足成橋目標狀態下的吊桿、系桿索力值。

計算出吊桿索力實測與修正值差值，反算出吊桿張拉端錨杯拔出量。考慮到張拉拔出量較小，采用將長度轉換到錨杯螺母的轉動角度，此法可保證拔出量精度控制在1 mm之內。

從跨中向兩邊依次用“拔出量”法對需要調整的吊桿索索力進行調整(見圖5)。

圖5 “拔出量”法調整索力

3 結語

南寧大橋曲線鋼箱梁合龍后橫向和豎向線形誤差都在允許范圍內，梁線形誤差均為0.029/300=L/10 345;吊桿索力均勻且達到設計索力，平均誤差2.3%，系桿索力平均誤差4.6%，滿足設計要求，成橋狀態良好。鋼箱梁采用“9 m節段加工運輸，9 m節段吊裝，空中匹配成18 m梁段”的吊裝方案。吊裝過程中，獨具匠心地設計了“×”形臨時吊桿，利用外側永久吊桿和“×”形臨時吊桿實現了節段空間平衡和線形調整。該技術成功攻克了大跨徑曲線節段鋼箱梁吊裝及線形控制難題，為類似工程施工提供了有益的借鑒。

［1］ 張數仁.鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁結構設計原理［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］ 孫曉紅.鋼管混凝土拱橋施工監控與拱肋吊裝控制［D］.福州:福州大學碩士論文，2004.

［3］ 唐君宏.匝道高架橋連續箱梁切割拆除吊架法施工技術［J］.山西建筑，2013，39(10):183－185.

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