山區(qū)大跨懸索橋鋼箱梁安裝技術探析

劉 志 （中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司，遼寧 大連 116033）

0 前言

跨江河大跨橋梁多采用跨越能力強、結構重量輕、抗風穩(wěn)定性高的鋼箱梁。施工現(xiàn)場多采用浮吊、龍門吊、纜索吊等吊裝設備；多采用分段吊裝、整體吊裝、整體提升等吊裝方法[1]；吊裝后多采用頂推法、懸臂拼裝法、平臺滑移法等安裝方法[2]?，F(xiàn)場施工時應綜合考慮場地條件、工藝水平，以及工期、成本等因素，確定最合適的施工方法。

在鋼箱梁吊裝施工時，對于環(huán)境復雜、無法一次性完成吊裝的情況，需要因地制宜，采用不同的施工方法，并采取相應措施確保施工安全。許交武[3]在三汊磯湘江大橋采用頂推方法，驗證了豎圓曲線一端頂推鋼箱梁安裝方法的可行性。牛亞洲等[4]總結了當前國內大型橋梁常用的鋼箱梁安裝方法，提出蕩移法及支架法的重難點。徐志強[5]對鋼箱梁段吊裝過程及支架卸載過程進行有限元分析，并進行實時監(jiān)測，保證施工方法可靠。油溪長江大橋主墩位于岸邊，一側地勢陡峭，一側地勢平緩，依據(jù)現(xiàn)場條件對鋼箱梁安裝技術進行研究。

1 工程概況

油溪長江大橋全長1178m，全橋共4 聯(lián)(2×40+760+4×40+4×40)，主跨為760m懸索橋，主纜矢跨比為1:9.5，根據(jù)地勢，龍華南岸采用重力式錨，油溪北岸采用隧道錨，兩岸錨碇點間距為1180m，立面布置如圖1所示。

圖1 油溪長江大橋立面布置圖

鋼梁全長757.2m，主跨鋼箱梁共劃分為51個吊裝段，分為標準段和端梁段，最大梁段重量達210t。

2 鋼箱梁安裝技術

主橋鋼箱加勁梁使用駁船通過長江主航道進行運輸，到達橋位后借助全站儀及船載GPS進行精確定位，然后由纜載吊機垂直吊裝就位。鋼箱梁的吊裝按照設計文件要求，并根據(jù)水位情況予以調整，首先完成中間部分梁段的吊裝，其次接著兩側先存梁，最后再從順接向兩端逐步進行對稱吊裝直至合龍，合龍段在距主塔側第3片梁段。

選用纜載吊機+滑移平臺存梁定點吊裝方式進行上部鋼箱梁的吊裝施工，南北岸邊跨由于處于岸邊淺灘，分別設置滑移存梁平臺及臨時存梁平臺，鋼箱梁由纜載吊機提升并蕩移至平臺，鋼箱梁經(jīng)平臺滑移就位后再由纜載吊機進行定點吊裝至設計位置，中跨鋼箱梁由運輸船直接航道范圍定位纜載吊機垂直起吊安裝。

2.1 纜載吊機荷載試驗

在鋼箱梁安裝前，對纜載吊機進行荷載試驗。試驗前根據(jù)施工工況對纜載吊機吊架結構進行承載能力驗算。現(xiàn)場對纜載吊機、吊架進行檢測，確保結構安全，工作正常。根據(jù)結構計算校核結果，選擇結構受力最不利位置布置應變計及變形測點，荷載試驗時觀測結構應力及變形狀態(tài)，對吊機及吊架工作性能進行驗證及評價。

①重物選擇。油溪長江大橋鋼箱梁節(jié)段最大吊裝重量為210t，吊裝安全系數(shù)取1.2，252t全部選用鋼筋作為荷載。鋼筋從南岸鋼筋加工廠用9.6m板車倒運至主墩下方，然后采用25t汽車吊配合將鋼筋放進試吊鋼架里。每捆鋼筋重量約為3t，大致為84捆鋼筋，每次倒運鋼筋必須過磅確認重量后加載。

②試吊鋼架設計。纜載吊機分為2個扁擔，處于上游主纜和下游主纜，鋼架長度6m，寬度3.2m，長度方向順橋向放置。鋼絲繩選擇8根9m長應力標準值1870MPa鋼芯，承載力954kN，3倍安全系數(shù)。

③結構驗算。鋼架采用Midas civil建立有限元分析模型，鋼架荷載試驗經(jīng)過計算，最大應力為173MPa，小于設計值215MPa，結構安全。有限元計算結果如圖2所示。

圖2 吊機鋼架應力計算結果

④具體試驗過程。吊機安裝完畢后，將倒運下來的鋼筋裝進鋼架，然后將鋼絲繩掛在吊具上垂直起吊。分為3級加載，分別為70%，100%，120%。加到70%后起吊，檢測吊機桿件的應力和變形，放下后繼續(xù)加載至100%，重復以上流程，最終加載至120%。

纜載吊機吊具預壓和試吊與纜載吊機試驗試吊同時一起完成，吊具采用加載20%（48t）的力進行預壓，預壓完成后再進行纜載吊機的3級加載，分別為70%，100%，120%。纜載吊機完成試吊的同時吊具也完成試吊，試驗結果滿足規(guī)范要求。

2.2 鋼箱梁支架預壓試驗

鋼箱梁支架采用端梁進行預壓，端梁節(jié)段有約190t和211t兩種，標準節(jié)段重209.6t。端梁在支架上蕩移和滑移過程中，對支架沉降量、變形量進行監(jiān)測，并在后續(xù)每片梁的蕩移和滑移過程中定時對支架的沉降量、變形量進行監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)異常提前進行檢查和暫停鋼箱梁蕩移滑移施工，檢查無誤后再進行施工。

2.3 端梁段鋼箱梁安裝

端梁段沒有吊索，在鋼箱梁標準節(jié)段吊裝期間，依據(jù)岸邊地勢建立兩級吊裝轉運平臺，于南北岸塔柱及上橫梁上設置臨時支撐系統(tǒng)，端梁段吊裝時起吊蕩移后將其轉移至中橫梁及端梁段臨時支撐系統(tǒng)，最后吊裝合龍梁段完成全部鋼箱梁吊裝。

2.3.1 端梁段鋼箱梁安裝計算

主塔施工期間，在兩岸主塔中橫梁的臨江面預埋端梁段臨時錨固系統(tǒng)的預埋件，中橫梁澆筑拆模后借助橫梁上預留的施工操作平臺及時施作端梁段臨時存梁托架。橋塔存梁支架主要采用HW400×400型鋼焊接結構，其上弦處采用15.2mm預應力鋼絞線錨固于主橫梁上，并在下橫梁頂部設計預埋件豎向約束存梁支架。存梁托架用于存放端部加勁梁（長11.1m，自重175.775t），并完成與相鄰加勁梁拼接。

端梁段重175.775t，實際中四個支點受力，每個支點力大小為：175.775/4=44t，考慮加勁梁在存梁時，沖擊系數(shù)（1.2）及四點不均勻系數(shù)（1.2），即每個支點實際最大可能受力F1為44×1.2×1.2=64t。按照最大纜載吊機吊物極限傾斜度18°，及最重梁段 210t計算，F(xiàn)1×cos18°=210t，F(xiàn)1×sin18°=F2,則 F2=210t/cos18°×sin18°=68.32t，即水平牽引拉力為68.32t。鋼箱梁滑移采用四氟滑板滑塊結構，四氟滑板摩擦系數(shù)0.15，滑動時拉力為0.15×210t=31.5t。故水平牽引系統(tǒng)選用兩臺10t卷揚機，兩套4倍動滑輪組進行牽引，選用抗拉強度為1850MPa，直徑為28mm的鋼絲繩（6倍安全系數(shù)）。

2.3.2 端梁段鋼箱梁安裝過程

①北岸端部鋼箱梁梁段由纜載吊機提升，纜載吊機行走至主纜低位平臺邊緣梁段位置，垂直起吊端梁段至低位支架頂面標高50cm以上，通過低位兩臺10t卷揚機水平牽引至低位支架滑塊上。

②將鋼箱梁滑移至低位支架靠岸側位置，纜載吊機同步走行至主纜高位平臺邊緣梁段位置，繼續(xù)起吊端梁段至高位支架頂面標高50cm，通過塔頂門架兩臺10t卷揚機經(jīng)高位支架靠岸側轉向輪后水平將鋼箱梁牽引至高位支架滑塊上。

③將鋼箱梁滑移至高位支架靠岸側位置，纜載吊機同步走行至主纜高位平臺靠岸側邊緣梁段位置，繼續(xù)起吊端梁段至存梁支架頂面標高50cm，通過塔頂門架兩臺10t卷揚機經(jīng)引橋側轉向輪后水平將鋼箱梁牽引至存梁支架上，安裝端梁段。

3 鋼箱梁安裝施工監(jiān)測

在鋼箱梁正式吊裝前，利用大橋高程控制網(wǎng)，測量出兩岸主塔塔頂高程、主塔向跨中方向的傾斜度以及主纜跨中高程或垂度。并在鋼箱梁吊裝期間主塔進行相關的變形監(jiān)控監(jiān)測，以確保工程安全及鋼箱梁安裝精度[6]。

3.1 基礎沉降觀測

主塔基礎沉降變形監(jiān)測延續(xù)主塔施工期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進入上部結構施工后，在每節(jié)鋼箱梁節(jié)段吊裝前后均進行一次數(shù)據(jù)測量，根據(jù)沉降觀測點不同位置沉降變化，繪制沉降曲線，以反映吊裝對基礎沉降影響。

3.2 塔身擺動觀測

主塔在日照、溫度和風力等外界條件變化的影響下，會發(fā)生扭擺，在上部結構施工過程中應通過塔身及塔頂上的觀測點相對于工作基點在不同時刻點位的水平位移進行擺動觀測，得到主塔隨著上部結構施工梁段拼裝數(shù)量以及溫度、日照、風力等因素變化的擺動特征。并據(jù)此判斷鋼箱梁吊裝過程對主纜受力分布影響及主塔偏位影響，確保主塔垂直度[7]。

3.3 主纜吊裝線形及鋼箱梁吊裝線形監(jiān)測

鋼箱梁吊裝過程中，每段鋼箱梁吊裝前后由測量人員利用全站儀以及GPS測量主纜線形以及鋼箱梁吊裝后的橋面高層，并與監(jiān)控量測單位提供的計算及現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)進行復核，當數(shù)據(jù)符合測量控制誤差以后方可進行下一梁段的吊裝施工，否則應立即停止后續(xù)梁段的吊裝作業(yè)，待查明原因并予以調整恢復正常后再進行后續(xù)梁段吊裝施工。

4 結論

對油溪長江大橋兩岸地勢不同條件進行鋼箱梁安裝技術研究，得到結論如下：

①鋼箱梁通過蕩移法對地勢陡峭一側采用兩級滑移存梁平臺安裝，地勢平緩一側采用臨時存梁平臺安裝，因地制宜，節(jié)約工期和成本；

②通過有限元數(shù)值分析得到吊架最大應力為173MPa，小于設計值215MPa，對纜載吊機及吊架進行荷載試驗，確保施工安全可控；

③對蕩移角、蕩移力及蕩移牽引力進行計算，并對施工過程進行監(jiān)測，為同類施工提供依據(jù)。