徽水河大橋主梁安裝施工關鍵技術研究

趙偉

摘 要：徽水河大橋是S11蕪黃高速公路的重要工程，該橋采用了低塔組合梁斜拉橋結構，為了研究組合梁斜拉橋采用塔吊進行不對稱吊裝施工的可行性，以徽水河大橋為依托開展了主梁基于塔吊施工關鍵技術的研究。研究表明在塔梁固結條件下，低高度組合梁斜拉橋結構的鋼主梁重量較小，利用塔吊采用先中跨后邊跨的方式進行不對稱拼裝合理可行，吊裝時故根據(jù)塔吊的吊裝能力和作業(yè)半徑合理選取吊裝重量，對于額定吊裝重量過大區(qū)域可采用散件拼裝的方式采用先主梁后橫梁的方式進行安裝。

關鍵詞：組合梁;斜拉橋;塔吊安裝;不對稱懸臂施工

0 引言

斜拉橋是一種常見的橋梁結構形式，具有良好的跨越性能和承載能力，被廣泛地應用在跨江、河及峽谷中。鋼板組合梁斜拉橋是在中小跨徑斜拉橋中較常見的主梁形式，但低高度組合梁和低橋塔形式形結合的低塔組合梁斜拉橋的應用較少[1-2]。

斜拉橋橋塔較低時一般為部分斜拉橋結構體系，拉索和主塔只承擔橋梁結構的一小部分重量，其他荷載均由主梁自身承擔，因此主梁的剛度一般較大。對于主梁剛度較小的低塔斜拉橋工程的研究和工程實踐均較少[3-4]。

對于中小跨徑斜拉橋的施工方法一般包括懸臂施工法、轉(zhuǎn)體施工法和支架施工方法。對稱懸臂施工法是最常見的施工方法，利用懸臂掛籃或懸臂吊機進行主梁的澆筑或安裝，可適應于跨河、跨谷施工，適應性相對較好。轉(zhuǎn)體施工主要適應于跨線橋梁施工，先平行被跨越路線施工后旋轉(zhuǎn)至設計位置。支架法施工采用支架完成主梁施工后進行拉索安裝，這種方法適合于采用支架搭設較為便利的地形地貌[5]。

傳統(tǒng)的對稱懸臂法、轉(zhuǎn)體法和支架法施工，主梁在施工過程中一般塔梁兩側的重量拉索主梁上的重量基本平衡。采用不對稱懸臂拼裝施工方法的相關研究和應用均較少。為了研究低塔組合梁斜拉橋采用不對稱懸臂拼裝法進行施工的可行性，本文以S11蕪黃高速徽水河大橋為依托對組合梁的不對稱懸臂施工法進行研究。

1 依托工程概況

1.1 項目總體概況

S11蕪湖至黃山高速公路路基工程施工WHLJ-9標起訖樁號為K81+225～K92+190，線路全長10.965 km，其中ZK85+557、YK85+563徽水河大橋左幅全長175 m，右幅全長205 m（引橋30 m）。徽水河大橋為左右幅分離式布置，兩幅路基凈距約為20 m，單幅橋面寬度為12.25 m，見圖1。左、右幅大橋采用相同的結構形式，主橋跨徑布置為（48+80+40）m，采用塔梁固結體系。主梁采用鋼板組合梁形式，索體采用鋼絞線拉索，拉索為空間扇形索面布置，小樁號側橋塔設置5對拉索，大樁號側橋塔設置4對拉索。拉索在塔上通過鞍座連續(xù)跨越錨固，梁端采用鋼錨箱錨固。

1.2 橋梁結構特點

主梁采用鋼板組合梁結構，鋼主梁為兩根“工”字型鋼縱梁和“工”字型鋼橫梁組成，鋼梁主梁橫向間距為11.75 m。

鋼縱梁梁高為1.5 m，標準橫梁梁高為1 m，鋼橫梁間距為3.6 m，鋼縱梁和鋼桁梁之間均采用焊接形式進行連接。

主橋橋面板全寬12.25 m，板厚25 cm，支撐在由鋼主梁及橫梁組成的梁格體系上?；炷翗蛎姘迮c鋼主梁通過布置于鋼主梁及橫梁頂面的φ22圓柱頭剪力釘結合后共同受力。橋面橫坡由支撐預制板的鋼主梁間的高差形成。橋面板分為預制和現(xiàn)澆兩部分，現(xiàn)澆部分為預制板間現(xiàn)澆縫、鋼主梁頂現(xiàn)澆帶。預制板與鋼梁接觸部分在鋼梁邊緣粘貼寬7.5 cm，厚1 cm的丙烯三元橡膠條進行調(diào)平和止?jié){。

主橋拉索采用環(huán)氧涂層鋼絞線拉索，拉索在梁段采用鋼錨箱進行錨固，錨箱外掛在鋼主梁外側。拉索在塔上采用夾持型鞍座進行錨固，拉索穿過鞍座錨固在橋塔兩側，用鞍座的夾持力提供抗滑錨固效果。

2 主梁不對稱懸臂拼裝施工方法

徽水河大橋地處皖南山區(qū)，大橋跨越徽水河及G205國道，兩側均為陡峭的峽谷，施工建設條件復雜，傳統(tǒng)的支架法施工和利用橋面板吊機進行懸拼對稱安裝工藝均較難適應本項目的建設。考慮到本項目主梁采用鋼板組合梁結構，鋼主梁自重較小，且橋梁的跨徑不大，在項目建設時橋塔施工的塔吊選型綜合考慮主梁吊裝的需求，選用塔吊型號為川建M1000塔吊，最大起吊能力50噸。

在主梁安裝時利用塔吊對主梁進行吊裝，根據(jù)塔吊的起吊能力和起吊半徑的能力，靠近塔根部分節(jié)段利用塔吊整體安裝，遠離橋塔位置的節(jié)段利用塔吊進行散件安裝。采用塔吊施工時，每個橋墩兩側的主梁無法實現(xiàn)同步對稱安裝，需要采用非對稱安裝的方法進行施工。

基于塔吊施工的特點，本橋的安裝施工工藝如下：

（1）每個鋼梁節(jié)段的縱向長度為7.8 m，橫梁間距為3.6 m，對應橋面板分為2塊3.6 m。單個梁段的基本施工流程為n號塊鋼梁起吊安裝完成，n號拉索安裝并進行一張，n號塊橋面板安裝并澆筑濕接縫，濕接縫達到設計強度后進行n號拉索二張。依次完成1號塔對應的1～5#梁段安裝和2號塔對應的1～4#梁段安裝。

（2）基于塔吊安裝特點，各梁段的安裝順序采用先中跨側主梁安裝后邊跨側主梁吊裝。以2號梁段為例，先利用塔吊整體起吊安裝中跨側2號主梁，并定位于1號主梁焊連;后利用塔吊起吊邊跨側2號鋼梁并進行定位安裝。

（3）由于塔吊安裝于橋塔根部靠近中跨側，故中跨側所有鋼梁均具備塔吊整體起吊安裝的條件。邊跨側4號、5號鋼主梁需要采用散件拼裝進行吊裝。散拼吊裝按照先內(nèi)側、后外側，先向塔側、后背塔側的順序，依次吊裝主縱梁和橫梁。

3 不對稱懸臂拼裝過程受力分析

3.1 主塔抗裂性能分析

由于采用不對稱懸臂施工的方式，施工過程橋塔兩側梁段重量不平衡，橋塔可能會出現(xiàn)較大順橋向彎矩，從而產(chǎn)生較大拉應力，造成橋塔混凝土開裂問題，有必要通過數(shù)值模擬對橋塔彎矩分布及其抗裂性能開展分析。

有限元計算結果表明，不對稱吊裝過程中，1#橋塔散拼安裝完成邊跨5#鋼梁、但中跨5#鋼梁節(jié)段尚未安裝時，橋塔縱橋向彎矩最大，見圖2-a），最大彎矩為3 610 kN·m，從塔頂?shù)綐蛩蠙M梁（塔梁固結處）縱橋向彎矩逐漸增大，從橋塔上橫梁到塔底縱橋向彎矩水平基本不變。由于此時邊跨側重量較大，因此橋塔中跨側受拉。相應階段的橋塔中跨側應力情況見圖2-b），可見，在不對稱吊裝荷載的作用下，橋塔最大拉應力約為2.4 MPa，拉應力數(shù)值較小，從名義應力水平判斷，其抗裂性可滿足要求。

3.2 主梁受力特點分析

由于采用塔梁固結體系，因此鋼主梁受力特點表現(xiàn)為塔梁固結處應力略高于其他區(qū)段。不對稱吊裝過程中，鋼主梁應力基本均在100 MPa以下。施工過程中，1#橋塔和2#橋塔最后一對斜拉索張拉階段鋼主梁應力最大，最大應力約為109 MPa，見圖3，發(fā)生在塔梁結合處下緣。

4 結論

結合徽水河大橋的建設條件和結構特點，對低塔組合梁斜拉橋采用塔吊進行主梁安裝施工的關鍵技術進行研究，研究得到以下主要結論：

（1）徽水河大橋建設條件復雜，組合梁的鋼梁部分重量較小，可采用塔吊進行鋼梁的安裝。鋼梁采用塔吊安裝時可根據(jù)塔吊的吊裝能力和工作半徑選擇采用整體安裝或散件拼裝。

（2）有限元計算結果表明，本橋采用不對稱懸臂拼裝施工過程中主塔受力狀態(tài)較好，在不對稱荷載作用下橋塔滿足抗裂性要求，施工過程安全可靠。

（3）研究形成的徽水河大橋主梁的安裝施工方法很好地利用塔吊實現(xiàn)了主梁的便捷施工，適應了建設條件的研究，并降低了主梁的安裝成本，可為類似結構的施工提供借鑒。

參考文獻：

[1]戴穎.組合梁斜拉橋主梁懸臂施工過程的體系轉(zhuǎn)換分析[J].廣東土木與建筑，2020，27（11）：41-44.

[2]劉耕，邢丙東，趙慶偉，等.鋼-混組合梁斜拉橋施工過程靜力特性研究[J].公路與汽運，2020（2）：122-126.

[3]方龍，邢鍵.鋼-混組合梁斜拉橋懸臂散拼施工關鍵技術[J].價值工程，2019，38（4）：102-105.

[4]石強，蔚永旺.組合梁斜拉橋橋面板滯后施工可行性研究[J].施工技術，2019，48（13）：120-124.

[5]林致勝，劉兵，張楠，等.組合梁斜拉橋施工仿真分析[J].科學技術與工程，2009，9（21）：6585-6588.