閩侯二橋主橋組合梁安裝施工關鍵技術分析

■陳 暉

（福州市首邑交通建設投資有限責任公司，福州 350100）

組合梁斜拉橋是由鋼梁及砼橋面板形成主梁組合斷面的斜拉橋結構，這種主梁形式充分發揮了鋼梁受拉和混凝土受壓強度優勢，在國內外斜拉橋中得到了廣泛的應用。 如我國自主設計的首座斜拉橋南浦大橋就采用了組合梁結構。 組合梁斜拉橋的跨越能力結合混凝土梁斜拉橋和鋼箱梁斜拉橋優勢，兼有混凝土梁剛度大的特點，同時具有自重小，便于安裝的優勢，近年新建的濟齊黃河大橋、湖北赤壁長江大橋均采用此類主梁形式[1-3]。

組合梁斜拉橋根據鋼梁形式的不同， 分為PK箱型組合梁、鋼板組合梁、小鋼箱組合梁和整體箱型組合梁幾種斷面形式。 其中PK 箱型組合梁和整體箱型組合梁一般采用將鋼梁和混凝土橋面板組合成整段面，后整體吊裝的方式進行安裝，如望東長江大橋、廣西相思洲大橋等[4-6]。 鋼板組合梁和小鋼箱組合梁多采用鋼梁與橋面板分離吊裝，后澆筑濕接縫形成組合斷面的方式進行施工。 其中鋼板組合梁主梁有鋼梁的施工一般采用整體或散拼法進行安裝，通常在一個節段吊裝安裝橋面板后完成澆筑濕接縫與拉索張拉施工。 如何通過同時澆筑多個節段的濕接縫以減少濕接縫的等強時間是提高此類橋梁施工的關鍵，但相關研究較少[7]。 為了研究鋼板組合梁斜拉橋主梁的合理施工方法，以在滿足施工過程受力的同時，降低主梁安裝的施工周期，本文以閩侯二橋主橋組合梁斜拉橋結構工程為依托，對組合主梁的合理施工方法進行了研究。

1 工程概況

閩侯二橋工程位于福建省福州市閩侯縣境內，距離上游閩侯大橋4.4 km、下游福州繞城高速公路閩江橋460 m，是跨越閩江、連接閩江兩岸的過江通道。 項目南起316 國道，自南向北，依次與竹岐大道平交，主線南岸上跨南濱江路，跨越閩江，北岸上跨北濱江路，終點止于濱城大道，工程全長為3.535 km。跨江主橋為雙塔雙索面組合梁斜拉橋，結構體系為半漂浮支撐體系，跨徑布置為40+100+280+100+40=560 m（圖1）。 在兩側邊跨各設置1 個輔助墩，提高橋梁總體剛度。 下部結構均采用群樁基礎，主塔承臺采用啞鈴型承臺，其余墩柱為矩形承臺。

圖1 主橋總體布置圖

索塔在橫橋向采用水滴造型，塔高自承臺頂以上120.4 m，橋面以上為95.685 m。在下塔柱和上塔柱折點處設置一道中橫梁，梁高4.5 m，塔柱為四邊形空心箱式截面，四角設置圓弧倒角，橫向外側設置大圓弧倒角，形成優美的弧線外形。

主橋主梁采用雙邊工字梁形式的鋼板組合梁（圖2），主梁橋面標準寬38.5 m，主塔處主梁寬36.0 m，邊跨變寬段處最大跨度46.5 m；主梁結構中心梁高2.55 m，工字梁高2.23 m，兩道主梁中心距34.8 m。在兩道工字型鋼縱梁之間設置工字型鋼橫梁，橫梁間距為3 m，在鋼梁橫梁與鋼縱梁頂面安裝混凝土橋面板形成疊合斷面，混凝土橋面厚度為25～50 cm，其中非變寬邊跨采用50 cm，兼顧壓重作用。大橋拉索采用豎琴型布置，梁上拉索間距為10.5m，塔上拉索間距為5.0 m，拉索傾角為34°。全橋共設置48 對拉索，斜拉索采用平行鋼絲成品拉索，塔上采用鋼錨梁式錨固，梁端采用錨拉板式錨固。

圖2 主橋主梁斷面布置圖

2 總體施工方法設計

根據設計的總體要求， 結合現場實際施工環境，本橋主梁采用邊跨支架安裝，中跨懸臂拼裝的施工方法。 為了縮短主梁安裝施工周期，采用邊跨先于中跨2 個節段的工序進行控制。 即中跨安裝n 號節段時，邊跨完成n+2 號節段的安裝，并在中跨n 號節段安裝時同步對稱完成n 號拉索安裝與張拉。 其中在塔梁結合段位置的塔區搭設墩旁托架，通過浮吊安裝支座將鋼梁構件吊裝至墩旁支架上進行拼裝，在0 號梁段鋼梁安裝完成后，施工塔梁臨時錨固連接，并安裝橋面板，形成0 號節段組合梁。 邊跨側搭設鋼管支架，在支架上進行鋼梁拼裝，邊跨鋼梁及橋面板利用施工棧橋運輸至橋面吊機位置，通過橋面吊機直接起吊。 兩側邊跨施工各配備1 臺75 t 旋轉式橋面吊機，通過吊機將鋼縱梁和鋼橫梁由其已經拼裝完成的橋面板上吊裝至支架上進行精確調整定位與焊接，后安裝混凝土橋面板澆筑濕接縫，主梁施工工藝如圖3 所示，現場施工如圖4 所示。

圖3 主梁施工工藝示意圖

圖4 主梁安裝施工現場

3 主跨懸臂施工方法

中跨采用懸臂拼裝進行施工，懸臂拼裝的鋼梁采用尾部喂梁。 鋼梁構件及橋面板等由平板車運至邊跨橋面吊機側方棧橋區域，通過邊跨橋面吊機吊裝至橋面，再通過運梁小車由橋面轉運至中跨橋面吊機尾部，由中跨橋面吊機進行安裝。 中跨配備一臺與邊跨相同的旋轉式橋面吊機完成鋼縱梁、橫梁及橋面板的起吊安裝。 為了提高本橋的施工效率，經過優化研究，在滿足施工期受力要求的前提下采用兩道濕接縫一次性澆筑的滯后連接施工方法。 具體按照“兩個節段一循環”的方式，重復下述步驟（1）～（3），完成中跨鋼梁節段的拼裝，施工工藝如下：（1）橋面吊機行走至n 號節段上，起吊安裝n+1 號鋼梁，對稱安裝邊、中跨n+1 號拉索并進行第一次張拉，而后安裝n+1 號節段對應橋面板，第二次張拉n+1 號拉索；（2）起吊安裝n+2 號鋼梁，對稱安裝邊、中跨n+2 號拉索并進行第一次張拉；而后安裝n+2 號節段對應的橋面板；（3）澆筑濕接縫（圖5），濕接縫達到強度后，依次張拉n+1 號拉索和n+2 號拉索，同時架橋機前移至n+2 號節段位置。

圖5 橋面板濕接縫澆筑養生

中跨鋼梁節段安裝采用散拼安裝工藝施工，利用橋面吊機先起吊安裝上游側鋼縱梁，后安裝下游側鋼縱梁，再安裝鋼橫梁，最后安裝小縱梁。鋼梁構件之間除了鋼縱梁的上翼緣采用焊接連接外，其余部件均采用高強螺栓連接。對比本橋組合梁優化工序和傳統工序的工效可知，通過優化工序可以縮短一道濕接縫的等強時間，懸臂施工的效率可以提高約20%（表1）。

表1 主跨施工工效對比（單位：d）

4 中跨合龍的監測與控制

4.1 中跨合龍施工方法

閩侯二橋跨中合龍段的標準長度為6 m，采用旋轉式桅桿吊機單邊起吊，配合溫度合龍法進行合龍。 在節段加工時預留20 cm 的切配長度，在合龍前根據合龍口長度觀測情況進行切配，確保合龍段長度與合龍口的長度相適配。 中跨合龍流程如圖6所示。 合龍段切配端的腹板、底板螺栓孔采用現場配孔方式進行加工。 合龍點切配后先吊裝兩側鋼縱梁，并將縱梁與大里程一側鋼梁進行連接，另一側端部與懸臂端在間隙滿足要求后進行連接，完成鋼主梁的合龍。 而后完成合龍段鋼橫梁小縱梁的安裝，最后再吊裝橋面板，完成組合梁安裝。

圖6 中跨合龍流程圖

4.2 結構理想合龍狀態確定

對于橋面吊機單邊起吊合龍，關鍵問題是要確定結構的理想合龍狀態，保證合龍段起吊后，合龍口懸臂端兩側處于齊平，并使合龍口處于“八字形”狀態。 根據圖6 的合龍施工流程，合龍段起吊后的目標高程如圖7 所示。

圖7 合龍段起吊后合龍口狀態

合龍段吊裝為合龍過程中較不利的受力狀態，圖8 為合龍段起吊時結構的主梁和索塔的應力狀態，其中主縱梁上緣最大應力為－91.6 MPa、下緣最大應力為－96.0 MPa；索塔混凝土最大壓應力約9.89 MPa，最大拉應力為0.46 MPa，均滿足規范對結構應力狀態的要求。

圖8 合龍時結構應力

本橋合龍處于冬季，氣溫相對較為平穩，合龍口的變化較小。 在合龍前于1 月20—21 日對合龍口長度尺寸進行了連續觀測，合龍口長度隨時間變化的規律如圖9 所示。 在經歷1 個晝夜變化周期，合龍口的長度變化不超過5 mm，尺寸變化較小，因此將上午8∶00 對應的長度作為合龍段切配尺寸控制依據。

圖9 合龍口長度現場觀測數據

4.3 合龍姿態調整的參數敏感性分析

4.3.1 合龍高程調整分析

合龍段高程調整是確保合龍口線性平順的關鍵，為了更好地指導合龍口的高程調整，對合龍口的高程變化與拉索索力變化之間進行了敏感性參數分析。 合龍口的高程變化與前端12# 拉索及11#拉索索力的變化關系如圖10 所示。 根據計算可知，12#索每增加100 kN，高程抬起11 mm，11# 索每增加100 kN，高程抬起6 mm，合龍索力調整30 t 可調整高程變形達到3.3 cm 和1.8 cm 的變化量，變形量調整較為明顯。 懸臂端配重是另一種常見的龍口高程調整方式，對于大橋懸臂端設置配重后的豎向變形的關系如圖11 所示。12#節段主縱梁位置每配重100 kN，豎向變形為1.7 cm。

圖10 索力與豎向變形關系

圖11 懸臂端配重與豎向變形關系

4.3.2 合龍軸線調整分析

合龍口鋼梁軸線偏位調整，通過在合龍口兩側鋼梁主梁對角線方向上設置對拉設施（由鋼絲繩及多臺20 t 手拉葫蘆組成）。 調整時4 個葫蘆斜向對拉，將兩側鋼梁軸線調整至同一軸線上。 合龍口形狀的精確調整在溫度恒定的時間進行。 調整完畢后，進行橫向臨時鎖定。 經理論計算，每施加5 t 對拉力，合龍口軸線相對位移量為4 mm。

4.3.3 懸臂端轉角對合龍口寬度影響

合龍段單邊吊裝時，由于節段的前、后端豎向位移不一致， 使得一側合龍口端面產生轉角變化，繼而影響懸臂前端鋼箱梁底緣的縱橋向位置。 本橋采用散拼工藝，上下游側主縱梁分別吊裝，由于合龍段縱梁重量較輕，因此，合龍段吊裝時，懸臂端豎向位移較小，前端和后端均下撓3 mm，懸臂端無轉角，即對合龍口寬度變化無影響。

4.3.4 合龍溫度影響

本橋的設計基準溫度為20℃， 當溫度變化時，合龍口寬度會發生相應改變。根據計算，升溫5℃合龍口縱向寬度累計縮短18 mm；降溫5℃合龍口縱向寬度累計拉長18 mm。 合龍口間隙與溫度升降變化關系如圖12 所示。

圖12 合龍口寬度隨溫度變化關系

根據計算可知，在當前氣象條件下，合龍期間溫差10℃，龍口的寬度間隙變化范圍為36 mm，龍口間隙滿足合龍段入口合龍的條件。

5 結語

以閩侯二橋為背景，對大跨徑組合梁斜拉橋的施工技術進行了研究與分析，探討了采用橋面旋轉吊機的單邊懸臂拼裝施工工藝，通過研究可以得出以下結論：（1）通過邊跨支架拼裝，中跨懸臂拼裝相配合的方式，可以解決邊跨吊裝受限環境下組合梁的施工；利用邊跨吊機起吊配合梁上運梁，實現中跨拼裝的尾部喂梁；（2）在采用合理拉索張拉方案的前提下，可以實現“兩個節段一循環”的懸臂拼裝施工方法，兩道濕接縫同時澆筑的方法可以提高疊合安裝功效約20%，此施工工藝是縮短主梁安裝施工周期較可行的一種施工方案；（3）閩侯二橋通過對合龍后隨溫度變化的監測，確定了合理長度，利用預留切配的方式，確保了合龍段長度與合龍口相匹配，實現了跨中合龍段的順利施工。 本文對閩侯二橋組合梁斜拉橋主梁安裝施工的關鍵技術進行了系統總結，可為此類橋梁的施工提供參考。