論某桁架系桿拱橋合龍施工控制技術要點

胡小波

摘要 橋梁合龍施工質量對橋梁整體質量及后期運營安全具有重要影響。文章以某鋼系桿拱橋中跨合龍工程為依托，對兩種不同中跨合龍方案進行比選。論述優選方案的總體施工方法，建立橋梁有限元分析模型，探討主拱、剛性系桿合龍條件，對主拱、剛性系桿合龍工況進行敏感性分析，實現主拱、剛性系桿無應力合龍，對同類工程具有借鑒意義。

關鍵詞 桁架系桿;拱橋合龍;施工控制;技術要點

中圖分類號 U441.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0047-03

0 引言

中跨合龍是橋梁工程建設施工階段關鍵工序之一，實現桁架系桿拱橋主拱、系桿無應力工況順利合攏，標志著橋梁建設正式貫通[1]。基于結構受力形式、現場施工環境、已有合攏條件等，選定適宜的合攏方案，是該施工環節的核心技術[3]。文章將研究分析桁架系桿拱橋合龍施工控制技術，具有重要的工程參考價值。

1 工程概況

某橋梁工程，主橋為三跨（190+552+19）m連續中承式鋼系桿拱橋，采用雙層橋面設計，橋面寬36 m，上層橋面中間為雙向6車道，兩側為人行道;下層橋面中間為雙線城軌，兩側為兩個單向車道。

2 中跨合龍方案比選

主橋鋼桁架，由架梁吊機從兩岸向跨中懸臂吊裝，中跨鋼梁合龍有同步合龍、異步合龍兩種方式，布置圖分別見圖1、圖2。

（1）同步合龍：將中跨桁拱、鋼系桿同步懸臂安裝至中跨合龍，跨中懸臂端自重、全橋壓重較大，懸臂吊裝期間，最大傾覆力達570 000 t/（m·桁），懸臂抗風性能、穩定性較差，施工風險較高;主桁扣索索力不易控制，施工難度大，且施工控制桿件數量多，鋼材用量大。

（2）異步合龍：先將桁拱懸臂安裝至跨中合龍，根據中跨實際條件，合理設計臨時系桿拱，再進行鋼系桿合龍;中跨懸臂端自重、全橋壓重較小，懸臂安裝期間，懸臂受自重影響位移較小，最大傾覆力僅為418 000 t/（m·桁），遠小于同步合龍方案，懸臂抗風性能、穩定性較高，施工風險較低;主桁扣索僅需兩對，索力控制相對簡單，施工難度適中。

（3）綜上分析，異步合龍方案，可顯著提高懸臂抗風性、穩定性，降低施工風險;主桁扣索、控制桿件更少，控制難度較小，施工難度較低，經濟性較高，故該工程選擇異步合龍方案。

（單位：mm）

3 總體施工方法

（1）主橋鋼桁梁采用“先邊跨，后中跨”的架設施工方案;邊跨桁梁架設施工期間，設置3個臨時墩;1、2號桁梁采用吊裝安裝，架設設備采用1 000 t·m塔吊;剩余桁梁架采用懸臂吊裝安裝，設備采用2 100 t·m爬行架梁吊機。

（2）主桁鋼梁架設施工過程中，根據鋼梁架設產生的傾覆力矩大小，合理配置邊支點附近壓重，確保鋼梁受力平衡;邊跨鋼梁架設施工完畢后，將3個施工期間設置的臨時輔助墩依次脫空。

（3）中跨架設施工，采用“先拱后梁”方案，施工設備為大型斜拉扣掛系統。

4 計算模型概況

以施工圖紙標定的構件尺寸、材料為依據，利用有限元模型中梁、桿、索單元，建立橋梁主橋數值模型。

通過數值模型，對合龍口工況進行敏感性分析，設計合龍施工技術方案;根據實測值與理論值偏差，調整、優化合龍方案施工參數，確保主拱、剛性系桿實現無應力合龍。

5 主拱合龍控制技術

5.1 合龍分析

（1）施工過程中，采用改變邊支點、中支點相對高差的方式，調整跨中鋼梁彎矩、剪力、相對轉角，使主拱跨中達到無應力合龍條件[3-4]，原理圖見圖3。

（2）合龍順序：下弦桁拱→上弦桁拱→斜桿→平聯。

5.2 合龍條件分析

（1）大橋的邊界條件：1）該橋梁僅北中支點一個支點點位采用固定球形鉸支座，且支座平面位置、高程已按設計參數設定;2）南邊、中支點及北邊支點處，均采用縱向活動球形鉸支座設計，南中支座高程已按設計參數設定，支點縱向可調，邊支點三向可調[5]。

（2）鋼梁架設初始位置：1）通過將邊支點預降2.3 m的方式，使合龍口呈倒八字狀，先合龍下弦桁拱，再進行上弦桁拱合龍，使桿件在合龍施工期間，處于受拉狀態;2）根據合龍口偏差監控分析，將南岸鋼梁向跨中預偏65 cm。

（3）通過合理設定橋梁邊界條件、鋼梁架設初始位置，為桁拱跨中無應力合龍提供了有利條件。

5.3 合龍口誤差敏感性分析

（1）主拱合龍口誤差糾偏措施：1）通過抬升或降低邊支點高程的方式，調整合龍過程中產生的高程、轉角誤差;2）通過縱向頂推E15節點的方式，調整合龍過程中產生的縱向誤差;3）根據合龍口誤差大小、成因等，合理利用溫差、臨時設備調整誤差[6]。

（2）合龍施工前，依次架設每個節段，并在每個節段架設完畢后，測定主桁懸臂端節點坐標，根據觀測數據對合龍口誤差進行敏感性分析，為合龍方案選定、調整優化提供支撐。

（3）降低南岸邊支點10 cm工況下，合龍口豎向誤差較大，表明合龍口豎向誤差對邊支點升降較為敏感，故可采用升降南岸邊支點的方式，對合龍口豎向誤差進行調整糾偏，見表1。

（4）通過對E15節點（南中支點）施加2 000 kN水平頂推力，E15節點位移10.0 cm，合龍誤差9.8 cm，表明合龍口縱向誤差對E15節點位移敏感，故可通過水平頂推E15節點的方式，調整合龍口縱向誤差，見表2。

（5）結合實際工況，通過水平頂推南中支點的方式，雖然可以較好地調整合龍口縱向誤差，但由于合龍施工時，南岸豎向反力較大，且主桁拱尚未成型，水平頂推南中支點，易對主桁拱結構穩定性造成影響，施工安全性難以保證，故應優先使用其他微調措施，采用其他微調措施，無法達到合成口縱向誤差調整目的時，再采用頂推南中支點調節。

（6）采用升降南岸邊支點的方式，不會對主桁拱結構穩定性造成影響，且在調整豎向誤差時，有利于調整合龍口轉角，故可采用該措施調整合龍口豎向誤差。

5.4 主桁合龍時結構物理參量情況

（1）合龍時主桁控制桿件應力見表3：A10-A11桿件南、北兩岸理論應力、實測應力，E3-E4桿件南、北兩岸理論應力均小于施工容許值，但E3-E4桿件南岸實測應力略大于施工容許應力值;經調整南岸邊跨配重，E3-E4桿件應力得到改善。

（2）合龍時索力情況見表4。1號邊跨、中跨，2號邊跨、中跨上下游索力理論值與實際值偏差、桁偏差均在5%以內。

（3）上下游索力偏差、桁偏差均在控制范圍以內，合龍口無強迫位移，表明主拱實現了無應力合龍。

6 剛性系桿合龍控制技術

6.1 剛性系桿合龍條件

（1）在桁拱合龍后，中跨剛性系桿安裝施工前，通過安裝臨時系桿，并對其進行張拉施工，使中跨桁拱形成系桿拱結構。

（2）剛性系桿合同施工過程中，對合龍口產生的縱向位移，可通過調整臨時系桿索力的方式，或通過水平頂推南中支點的方式，對產生的誤差進行糾偏調整。

（3）合龍順序：上剛性系桿→下剛性系桿→輕軌平聯→輕軌縱聯。

6.2 剛性系桿合龍口誤差敏感性分析

（1）合龍口誤差糾偏措施：1）通過調整邊支點高程的方式，調整合龍口豎向誤差;2）通過調整臨時系桿索力、頂推E15節點的方式，調整縱向誤差;3）根據合龍口誤差大小、成因等，合理利用溫差、臨時設備調整誤差[7]。

（2）每完成兩節系桿安裝，進行一次誤差檢測，通過對比實測值與理論值偏差，分析誤差敏感性，結合具體工況，采取合理糾偏措施。

6.3 實際合龍情況

（1）合龍實測誤差情況見表5。

（2）糾偏措施：1）縱向誤差，通過水平頂推E15節點糾偏，合龍口縮小約6.8 cm;2）豎向誤差，通過調整吊桿及抬升南邊支點糾偏，將南邊支點抬高11 cm;3）橫向誤差，通過擺動橋面吊機力臂糾偏。

7 安全控制措施

（1）成立安全管控小組。在項目內成立專職安全管理工作的小組，各管理部門、各管理人員肩負管理范圍內的安全管理“一崗雙責”，構建“大安全”工作格局。同時，全面提升項目管理人員安全意識，多措并舉提升其安全管理水平，實現齊抓共管安全的工作局面。

（2）做好三級安全教育。目前一些項目三級安全教育流于形式，針對性不強，應根據各工序、各工種的不同，差異化開展安全教育，提升安全教育的實效性，凸顯安全教育效果;加強安全培訓。目前項目一些管理人員專業受限，安全知識不足，受限于工作經歷，對項目安全風險源辨識不足，風險源動態管理不佳。后續工作中，應強化項目管理人員的安全理念，動態管理風險源[8]。

（3）強化制度執行。根據項目施工特點，制定并持續完善安全生產管理制度，強化制度執行力，提升制度執行的剛性，將安全生產管理制度落實落地，彰顯制度權威，提升制度思維，確保生產施工中按章操作，有效規避各項風險。

8 結論

該文依托具體工程，研究了桁架系桿拱橋合龍施工控制技術，結論如下：

（1）主拱合龍口縱向誤差可采取水平頂推南岸中支點的糾偏措施;豎向誤差可采取升降南岸邊支點的糾偏措施。

（2）剛性系桿合龍口縱向誤差可通過水平頂推南岸中支點調整糾偏;豎向誤差可通過抬升南邊支點、調整吊桿糾偏;橫向誤差可通過擺動橋面吊機力臂糾偏。

（3）工程建設施工階段，應根據合龍口誤差敏感性分析情況、實際偏差情況等，結合合龍工況，在保證結構穩定性、施工安全的前提下，合理選擇誤差糾偏措施，為無應力合龍創造良好條件。

參考文獻

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[5]顧曉毅， 袁建兵. 大跨度鋼桁架拱橋拱梁結合關鍵節點設計[J]. 城市道橋與防洪， 2021（5）： 93-95+15.

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