新白沙沱長(zhǎng)江特大橋主橋鋼梁中跨合龍施工技術(shù)探討

王志勇

摘要： 新白沙沱長(zhǎng)江特大橋?yàn)殡p塔雙排雙索面、雙層鐵路鋼桁斜拉橋，主跨432m。為盡量減少桿件內(nèi)力的產(chǎn)生，本橋中跨合龍采用“適配法”的方式進(jìn)行合龍。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，嚴(yán)密分析，制定了相關(guān)合龍措施，嚴(yán)格按照合龍步驟操作，實(shí)現(xiàn)了利用合龍桿件的無(wú)應(yīng)力合龍，為以后類(lèi)似橋梁的合龍?zhí)峁┝私梃b經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： New Baishatuo Yangtze River Bridge is a twin-tower double-row double cable plane， double railway steel girder cable-stayed bridge with main span of 432m. In order to reduce member internal force， the midspan closure adopts "adaptation method". Based on monitoring data and analysis， the closure measures are formulated. The closure steps are strictly followed. Stress free closure with closure bar is realized， which provides reference for similar project in the future.

關(guān)鍵詞： 雙塔雙排雙索面；雙層鐵路；斜拉橋；無(wú)應(yīng)力合龍

Key words： twin-tower double row double crane plane；double railway；cable-stayed bridge；stress free final closure

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）09-0106-03

0 引言

鑒于目前大多數(shù)鋼桁梁斜拉橋中跨合龍是通過(guò)合龍點(diǎn)的弦桿豎版及內(nèi)外拼接板上設(shè)“長(zhǎng)圓孔+圓孔”，用絞軸鏈接實(shí)現(xiàn)，這種方案以強(qiáng)迫合龍為主，對(duì)于大跨度鋼桁梁斜拉橋中跨合龍施工中，容易導(dǎo)致鋼桁梁桿件內(nèi)力較大，合龍時(shí)間較長(zhǎng)。本文以新白沙沱長(zhǎng)江特大橋?yàn)橐劳校瑢?duì)大跨度鋼桁梁斜拉橋中跨合龍采用“適配法”的方式進(jìn)行合龍，實(shí)現(xiàn)了利用合龍桿件的無(wú)應(yīng)力合龍，解決了鋼梁的剛度大、合龍桿件多、溫度影響大、合龍精度要求高等一系列難題。

1 工程概況

新白沙沱長(zhǎng)江特大橋主橋布置為（81+162+432+162+81）m鋼桁梁斜拉橋，全長(zhǎng)920.4m，上層為四線客車(chē)線，標(biāo)準(zhǔn)段線間距為4.4m；下層為雙線貨車(chē)線，標(biāo)準(zhǔn)段線間距為4.0m。2# 、3#墩為主塔墩，主塔為H型橋塔，雙塔雙排雙索面、半漂浮體系，塔墩固結(jié)，塔梁分離。鋼梁為N型桁架、兩主桁、直桁結(jié)構(gòu)、桁寬24.5m，桁高15.2m，節(jié)間長(zhǎng)度13.5m，共計(jì)68個(gè)節(jié)間，鋼梁每延米重約45t。（如圖1所示）

主橋施工采用塔梁同步施工，合龍段設(shè)置在跨中靠近2#塔側(cè)的A33-A34節(jié)間，重慶側(cè)（2#塔）鋼梁采用邊跨部分頂推+散拼，主跨側(cè)懸臂架設(shè)的施工方案；貴陽(yáng)側(cè)（3#塔）鋼梁采用架梁吊機(jī)雙懸臂架設(shè)的施工方案。待中跨鋼梁合龍后，再架設(shè)3#塔邊跨側(cè)剩余2個(gè)節(jié)間的鋼梁，最后完成全橋鋼梁架設(shè)。

2 合龍段的特點(diǎn)

2.1 鋼桁梁剛度大 新白沙沱長(zhǎng)江特大橋鋼梁主桁弦桿和部分豎桿、斜桿采用箱型截面，斷面尺寸大；上下雙層，上層橋面正交異性板與鋼梁主桁焊接共同受力，使得在同樣外力作用下鋼梁產(chǎn)生的變形很小。

2.2 合龍對(duì)位困難 主跨合龍采用雙懸臂，全橋僅在跨中設(shè)置一個(gè)合龍段（A33-A34節(jié)間），懸臂跨度長(zhǎng)，合龍段撓度、轉(zhuǎn)角大，合龍對(duì)位困難。

2.3 合龍點(diǎn)多 鋼梁合龍點(diǎn)有6處，上下弦桿4處，斜桿2處。要求6點(diǎn)均能準(zhǔn)確對(duì)位，空間形態(tài)無(wú)誤，施工控制難度大。

2.4 合龍點(diǎn)空間坐標(biāo)的變化因素多 合龍前2#塔主跨側(cè)已懸臂拼裝了15個(gè)節(jié)間鋼梁，3#塔主跨側(cè)已經(jīng)懸臂拼裝了16個(gè)節(jié)間的鋼梁。順橋向鋼梁長(zhǎng)度偏差，受溫度、鋼梁制造誤差與安裝偏差及索力影響；垂直方向的偏差，受安裝荷載、日照及索力偏差的影響；鋼梁橫橋向的偏差，受日照、索力及鋼梁安裝順序、起吊荷載的影響，調(diào)整時(shí)順橋向、垂直高差方向相互制約，合龍點(diǎn)的位置較難控制。

2.5 各方位偏差相互制約 主梁由于受斜拉索的作用，縱向移動(dòng)時(shí)垂直方向也跟著變化，橫向移動(dòng)時(shí)索力制約很大，垂直頂落均會(huì)影響索力，調(diào)整難度大。

3 合龍方案

為盡量減少桿件內(nèi)力的產(chǎn)生，借鑒其他鋼桁梁斜拉橋合龍的成功經(jīng)驗(yàn)，本橋中跨合龍采用“適配法”的方式進(jìn)行合龍。適配法就是合龍口處主桁桿件的拼接板一端孔眼在工廠按設(shè)計(jì)要求鉆孔，另一端孔眼則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)尺寸在工地現(xiàn)場(chǎng)鉆孔。用于現(xiàn)場(chǎng)配鉆的拼接板均在設(shè)計(jì)長(zhǎng)度基礎(chǔ)上增加5cm，用于調(diào)整拼裝偏差，配鉆孔設(shè)置在非合龍桿件上。合龍順序?yàn)椋汉淆?根下弦桿和2根上弦桿，然后合龍2根斜桿。主桁合龍之后依次架設(shè)下層平聯(lián)、縱梁、上層正交異性橋面板等。

4 合龍方案的實(shí)施

4.1 鋼桁梁架設(shè)過(guò)程中的控制 在鋼桁梁架設(shè)過(guò)程中，主塔兩側(cè)要求對(duì)稱(chēng)懸臂架設(shè)，兩側(cè)不平衡荷載不大于150t，索力誤差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)（5%），尤其要嚴(yán)格控制鋼桁梁的軸線偏差及上下游高差。

鋼桁梁架設(shè)完每個(gè)節(jié)間后進(jìn)行工況測(cè)量，出具索力張拉控制值，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)來(lái)指導(dǎo)下一節(jié)段鋼桁梁架設(shè)，及時(shí)采取糾偏措施，使軸線偏差和高程偏差得到有效控制，為中跨合龍的順利進(jìn)行創(chuàng)作了良好的條件。

根據(jù)前期每個(gè)節(jié)間的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示2#塔軸線偏差偏上游、3#塔軸線偏差偏下游，為了保證合龍時(shí)線形平順，在合龍前5個(gè)節(jié)間開(kāi)始聯(lián)測(cè)，逐步調(diào)整后續(xù)節(jié)間鋼桁梁的軸線偏差數(shù)據(jù)，使2、3#塔的偏差數(shù)據(jù)趨于一致。在主桁桿件安裝的過(guò)程中及時(shí)跟蹤測(cè)量，同時(shí)采取2臺(tái)10t倒鏈對(duì)拉調(diào)整桿件的軸偏。

4.2 合龍前工況 2#塔完成重慶側(cè)33個(gè)節(jié)間鋼梁架設(shè)，完成塔兩側(cè)1#-12#斜拉索的張拉工作；3#塔完成貴陽(yáng)側(cè)除邊跨2個(gè)節(jié)間外剩余的32個(gè)節(jié)間鋼梁架設(shè)，完成塔兩側(cè)1#-13#斜拉索的張拉工作（如圖2所示）。

鋼梁達(dá)到合龍前工況，進(jìn)行敏感性分析，確定調(diào)整措施，解除鋼梁縱向約束，讓鋼梁縱向自由移動(dòng)達(dá)到平衡，然后將鋼梁縱向位置調(diào)整到合龍狀態(tài)。對(duì)鋼梁做一個(gè)全面監(jiān)控測(cè)量，由此擬定合龍口鋼梁調(diào)整方案，并將鋼梁調(diào)整到預(yù)設(shè)狀態(tài)，然后進(jìn)行合龍口24小時(shí)監(jiān)測(cè)。精確測(cè)量合龍口兩端主桁桿件的孔群間距，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析確定并實(shí)配主桁桿件拼接板。微調(diào)鋼梁縱、橫、豎向位移將6個(gè)主桁合龍接口合龍，實(shí)現(xiàn)鋼梁主桁桿件精確合龍后，施擰高栓，對(duì)稱(chēng)焊接橋面板。

4.3 敏感性分析 合龍前敏感性分析計(jì)算表如表1所示。

通過(guò)表1得出以下結(jié)論：縱向（x向）調(diào)整采用頂推方式比較敏感，豎向（z向）調(diào)整采用壓重方式最敏感，調(diào)索方式次之；橫向（y向）采用偏載壓重方式較敏感，但同時(shí)對(duì)豎向（z向）影響也較大；溫度變化對(duì)豎向（z向）的影響敏感，但同時(shí)也對(duì)縱向（x向）影響也較大。

4.4 合龍口數(shù)據(jù)測(cè)量 3#塔側(cè)13#斜拉索張拉完成后，對(duì)合龍口兩側(cè)鋼梁連續(xù)監(jiān)測(cè)24h，每間隔2小時(shí)觀測(cè)并記錄合龍口的長(zhǎng)度及桿件的溫度（如表2）。

表2中偏差值為：實(shí)測(cè)合龍口數(shù)據(jù)-理論合龍口數(shù)據(jù)，負(fù)值表示實(shí)測(cè)合龍數(shù)據(jù)小于理論數(shù)據(jù)，溫度為安裝在鋼梁上的測(cè)溫元件采集的數(shù)據(jù)。

4.5 合龍口數(shù)據(jù)分析 根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，選取夜間20：00-凌晨4：00鋼梁溫度變化不大的五組數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，最終得出四根弦桿的拼接板板縫的數(shù)據(jù)（如表3）。

為保證板縫在20-60mm之間，需要調(diào)整板縫寬度，同時(shí)考慮合龍桿件加載后跨距變化，上弦減小2mm，下弦增加1mm。

4.6 合龍口數(shù)據(jù)確定 根據(jù)分析結(jié)果，將拼接板的拼縫寬度報(bào)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行審核，確定合龍口偏差數(shù)據(jù)后，現(xiàn)場(chǎng)配鉆合龍口拼接板。

5 主要調(diào)整措施

5.1 縱向調(diào)整措施的安裝 鋼梁縱向調(diào)整以主墩處縱向調(diào)整為主，合龍口局部對(duì)拉為輔。①主墩處縱向調(diào)整措施的安裝。主墩處縱向調(diào)整設(shè)備，通過(guò)主塔墩支座處縱向臨時(shí)鎖定進(jìn)行設(shè)置。分別拆除中跨側(cè)和邊跨側(cè)臨時(shí)連接桿并置換成400t千斤頂，4臺(tái)千斤頂全部安裝完成后，同步操作4臺(tái)千斤頂，將鋼梁調(diào)整到初始位置后鎖定，然后張拉13#斜拉索。②合龍口縱向輔助調(diào)整設(shè)施的安裝。合龍口縱向調(diào)整設(shè)施在下弦桿頂板上設(shè)置頂拉板及支撐座，頂拉板、支撐座與鋼梁頂面之間通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接。頂拉千斤頂采用250t穿心式千斤頂，千斤頂在使用時(shí)，適當(dāng)在千斤頂口用厚鋼板做抄墊處理。

5.2 橫向調(diào)整措施的安裝 鋼梁合龍主要通過(guò)設(shè)置2臺(tái)10t倒鏈對(duì)拉調(diào)整橫向相對(duì)位置的偏差。反拉點(diǎn)利用桿件起吊吊耳設(shè)置。

5.3 豎向調(diào)整措施 通過(guò)在合龍口鋼桁梁懸臂端壓重、調(diào)整架梁吊機(jī)位置以及斜拉索索力調(diào)整等措施。

5.4 合龍偏差調(diào)整順序 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)要求，結(jié)合“適配法”的合龍方案，確定合龍偏差的調(diào)整順序：首先調(diào)整Y方向（橫向）偏差，使合龍口兩側(cè)桁中線在10mm范圍內(nèi)；再調(diào)整Z方向（豎向）高差，使合龍口Z方向的相對(duì)偏差值減小至5mm以?xún)?nèi)；然后再利用溫度變化和合龍口處的頂拉設(shè)備來(lái)調(diào)整X方向（縱向）距離，使沖釘順利打入。

6 合龍口實(shí)施情況

6.1 合龍桿件的安裝 ①安裝兩根下弦桿。將設(shè)計(jì)理論拼接板安裝到下弦桿桿件E33節(jié)點(diǎn)端，現(xiàn)場(chǎng)適配的拼接板安裝到下弦桿桿件E34節(jié)點(diǎn)端，利用架梁吊機(jī)先安裝合龍口兩個(gè)下弦桿。下弦桿件E33節(jié)點(diǎn)端安拼接板按要求插打50%的沖釘和固定螺栓，確保桿件固定牢固。②安裝兩根斜桿。先安裝上口拼接板，插打沖釘?shù)轿唬驴谄唇影鍟翰话惭b，等四根弦桿合龍后在合龍斜桿。為防止斜桿下口前端因自重下?lián)辖o鋼梁弦桿合龍帶來(lái)不便，在E34節(jié)點(diǎn)豎桿上利用鋼絲繩形成一個(gè)反力點(diǎn)，然后通過(guò)卡環(huán)、倒鏈、鋼絲繩和反力座與斜桿下口連接。在需要時(shí)收緊倒鏈，拉起斜桿下口，避免斜桿與E34大節(jié)點(diǎn)相撞。③安裝兩根上弦桿。安裝方法同下弦桿，主桁桿件均安裝完成后，準(zhǔn)備合龍主桁桿件。

6.2 主桁桿件的合龍 現(xiàn)場(chǎng)具備合龍條件后，選擇氣溫變化較小的夜間開(kāi)始進(jìn)行合龍段合龍工作，首先根據(jù)下弦桿件的合龍口數(shù)據(jù)，需要利用支座處的頂推措施將3#塔鋼梁向中跨縱移10mm使得下弦合龍口處的沖釘打入。待下弦桿件合龍口沖釘打入50%后，解除支座處約束，使鋼梁處于自由體系狀態(tài)。再進(jìn)行上弦桿件合龍工作，實(shí)測(cè)上弦桿件合龍口的數(shù)據(jù)，結(jié)合敏感性分析采取同時(shí)增加2個(gè)塔的中跨側(cè)最外層斜拉索索力、分級(jí)加載100t/根，張拉完成后觀測(cè)合龍口數(shù)據(jù)，雖不能打入沖釘，但偏差值明顯減小。然后利用上弦上、下游桿件上的輔助縱向調(diào)整裝置對(duì)桿件分級(jí)施加到100t頂托力，將上弦合龍口處的沖釘打入，完成四根弦桿的合龍工作。

6.3 斜桿的合龍 主桁桿件合龍后根據(jù)實(shí)測(cè)斜桿合龍口處拼縫間距，記錄當(dāng)時(shí)的氣溫和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，拼接板的拼縫寬度經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后現(xiàn)場(chǎng)適配拼接板的鉆孔數(shù)據(jù)，完成斜桿的合龍工作。

6.4 合龍桿件高強(qiáng)螺栓施擰及剩余的合龍段桿件拼裝

合龍桿件完成合龍工作后，上足30%的高強(qiáng)螺栓并對(duì)這部分螺栓進(jìn)行初擰，分兩次退出已打入的沖釘，沖釘每次退出后及時(shí)補(bǔ)上高強(qiáng)螺栓，待沖釘全部退出后，對(duì)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行初擰和終擰工作。

合龍桿件合龍之后實(shí)測(cè)下層縱梁和上層橋面板間距，得出縱梁和橋面板的拼接板鉆孔數(shù)據(jù)，拼接板現(xiàn)場(chǎng)鉆孔，依次架設(shè)下層平聯(lián)、縱梁、上層正交異性橋面板等。完成剩余的合龍段桿件拼裝，施擰高強(qiáng)螺栓，對(duì)稱(chēng)焊接橋面板。

6.5 合龍后的線形監(jiān)測(cè)

鋼梁合龍后，合龍?zhí)幘€形圓順，無(wú)明顯折角。上弦上游側(cè)合龍點(diǎn)軸線相對(duì)于理論軸線最大偏差為-10mm，偏向下游。以上控制參數(shù)均小于規(guī)范規(guī)定控制指標(biāo)。

待下層道砟槽板安裝和上層橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝完成之后，對(duì)斜拉索索力進(jìn)行二次張拉，以全面調(diào)整主橋鋼梁內(nèi)力及線形。

7 結(jié)束語(yǔ)

新白沙沱長(zhǎng)江特大橋鋼梁具有剛度大、合龍桿件多、安裝精度要求高等特點(diǎn)，在鋼梁懸臂拼裝架設(shè)過(guò)程中，做了大量的監(jiān)控量測(cè)工作，采取了合理的施工控制技術(shù)，特別是鋼梁中線偏差的控制，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，將各種偏差控制在允許范圍內(nèi)，為鋼梁成功實(shí)現(xiàn)跨中合龍創(chuàng)造了有利條件。本橋采用“適配法”合龍是在確定塔頂鋼梁位置正確，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的前提下，縮短了合龍口桿件合龍的具體實(shí)施時(shí)間近50%，實(shí)現(xiàn)了利用合龍桿件的無(wú)應(yīng)力合龍，解決了鋼梁的剛度大、合龍桿件多、溫度影響大、合龍精度要求高等一系列難題。

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