桂溪大橋連續鋼箱梁懸臂施工技術研究

摘要 桂溪大橋是一座（50+110+50）m變截面曲線連續鋼箱梁橋，受到橋位兩岸地形地質及河道環境限制，采用纜索吊裝法安裝鋼箱梁。文章較為詳細地介紹了纜索系統和地錨設計，鋼箱梁吊裝方法及線形調控措施。針對曲線鋼箱梁線形測量，給出了曲線梁幾何坐標和鋼箱梁懸臂拼裝線形計算方法，基于Excel的ActiveX控件編制了程序。工程實踐表明，采用纜索吊裝法架設變截面曲線鋼箱梁是一種合理可行的施工方案，可為其他鋼箱梁施工提供參考。

關鍵詞 橋梁工程；鋼箱梁；懸臂拼裝；纜索吊裝系統；線形控制

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0087-04

0 引言

連續鋼箱梁橋具有跨越能力大、自重輕、可靠性高、耐久性及抗震性能好等諸多優點，在100～300 m跨徑的公路橋梁中具有競爭力。1850年，英國建成了世界上首座箱形梁橋。隨著鋼材品質、設計理論和分析方法的提高，國外建造了數量眾多的鋼箱梁橋，如德國的杜塞爾多夫－諾伊斯橋，主跨206 m（1951年）、巴西主跨300 m的里約－尼特羅伊橋（1974年）。我國于2013年建成的崇啟大橋，為（102+4×185+102）m六跨變截面連續鋼箱梁橋，采用大節段整體浮吊施工方法[1]。除此之外，履帶吊機法[2-3]、頂推法[4]、龍門吊法[5-6]、架梁吊機法[7]、轉體法[8]等等。圍繞鋼箱梁制造[1，9]、分段吊裝中的變形監測[10]，開展了相關研究，指導了鋼箱梁橋的施工。桂溪大橋是一座主跨110 m的曲線鋼箱梁橋，受到橋位河道內不能設立臨時墩的限制，通過對多方案的比選，采用纜索吊裝法作為鋼箱梁安裝方法。文中較為詳細地介紹了索吊裝系統設計和鋼箱梁懸臂施工線形控制方法。

1 桂溪大橋概況

桂溪大橋位于四川省北川縣桂溪鎮，是九寨溝至綿陽高速公路跨越平通河的一座變截面鋼－混凝土組合連續梁橋，主橋跨徑布置為（50+110+50）m，左右幅橋平曲線半徑分別為1 008.60 m和906.83 m，下部結構采用鋼筋混凝土空心墩，群樁基礎。

鋼箱梁采用變截面形式，箱梁高度由中支墩0號塊處的6 m按三次拋物線變化至中跨跨中的3 m，箱梁頂板寬16.6 m，底板寬度為3.6 m，橫截面由2個邊箱梁和中間開口的2片工字梁組成，橫斷面如圖1所示。邊跨端頭橫聯采用3 m寬鋼箱橫聯，內灌鐵砂混凝土以平衡邊中跨梁段。鋼箱梁主梁頂板采用12 mm和22 mm兩種厚度的鋼板，在順橋向在主梁腹板線處以及橫橋向橫聯斷面處板厚22 mm，其余位置厚12 mm，并且通過PBL剪力鍵與18 cm厚的現澆鋼纖維混凝土形成鋼－混凝土組合橋面板，橫坡為3%。

鋼箱梁采取廠內制作，運輸至現場后用短線法拼裝成安裝節段。單幅橋梁除主墩0#塊外，邊跨分為11節段、中跨23節段。單幅鋼箱梁總重約2 750 t，最大節段重為60 t。

2 纜索吊裝系統設計

2.1 安裝方案選擇

目前鋼箱梁安裝方法主要有浮吊法、履帶吊法、頂推法和纜索吊裝法。浮吊法適用于跨越大江大河以及水位較深地帶的橋梁，如江蘇崇啟大橋[2]。履帶吊法需要在河道內設置施工平臺，但桂溪大橋跨越的平通河中有受國家保護的裂鰒魚，河道內嚴禁設置臨時墩，該方案不成立。頂推法適用于等截面的箱梁，桂溪大橋為變截面鋼箱梁，采用頂推法施工，不僅要在鋼箱梁底緣設臨時調平支架，而且也需在河道內設臨時支墩。由于前述三種施工方法都不能滿足桂溪大橋鋼箱梁安裝，因此只能選擇纜索吊裝法。

2.2 桂溪大橋纜索系統設計

桂溪大橋綿陽岸連接隧道，進/出口側地形陡峭，地勢高、地質條件差，難以布設索塔，結合地質鉆探資料和計算分析結果，決定采用獨塔兩跨式纜索布置方案。九寨溝岸受地形和既有公路的影響，左、右幅橋的纜索吊裝系統采用不同的跨徑布置：左幅為（82.39+250）m，右幅為（140+280）m。右幅橋纜索吊裝系統布置如圖2所示。

目前國內不少大跨度橋梁節段吊裝多采取主索橫移法，以節省主纜用量，降低工程造價。由于桂溪大橋鋼箱梁處在平曲線上，綿陽岸又采用洞錨構造，不具備橫移條件，因此設計了兩組纜索吊裝系統。主索平面布置如圖3所示，以右幅橋跨中鋼箱梁外弧線1/6箱體分割線為布置基準，并兼顧已經架設的引橋，將兩組主索中心距確定為24 m。

綿陽岸主纜錨碇采用洞錨結構，九寨溝岸設塔架，主索錨固在鋼管混凝土轉換梁上，轉換梁通過預應力錨索錨固，如圖4所示。考慮到在吊裝和非吊裝階段主索對轉換梁產生的張拉與松弛，采用了專門的防退錨裝置。

塔架由貝雷梁組拼組成，為增強貝雷梁之間的連接，專門加工了連接盒，如圖5所示。

鋼箱梁采用由萬能桿件構成的扁擔梁抬吊，如圖6所示。針對平曲線上不同安裝鋼箱梁段，需事先測量好該節段就位時在扁擔梁上所處位置。

3 鋼箱梁懸臂施工線形控制方法

3.1 鋼箱梁懸拼施工方案

首先安裝墩頂處的0#段鋼箱梁，待安裝就位后，與預埋在橋墩中的精軋螺紋鋼臨時固結，然后依次對稱安裝橋墩兩側的鋼箱梁段，圖7所示為1#鋼箱梁的安裝。由于纜索吊裝一次只能吊裝一個節段，勢必存在不平衡狀態，因此安裝時不平衡梁段控制在1個之內，不平衡重量不大于80 t。待安裝兩側10個節段后，先安裝邊跨合龍段，并澆筑鐵砂配重混凝土，達到設計強度后解除主墩上的臨時固結，安裝跨中梁段，直至中跨合龍。

鋼箱梁安裝時，先用沖釘將底板連接板和腹板連接板初步固定，安裝部分高強螺栓，按照監控指令進行高程和橫坡調整，調整到位后，安裝剩余高強螺栓并初擰，頂板用碼板固定，在終擰的同時完成頂板焊縫的焊接。桂溪大橋鋼箱梁設計橫坡均為3%，橫坡控制時先用纜索吊左、右側吊鉤進行初調，再用5 t手拉葫蘆進行精調。

3.2 曲梁線幾何線形計算

桂溪大橋左右幅主橋均處在平曲線上，為了能夠在鋼箱梁安裝階段快速得到任意測點的幾何線形，采用極坐標法計算主梁幾何線形，將緩和曲線、圓曲線組合而成的曲線統一到導線測量坐標系統中。如圖8所示，以ZH為坐標原點建立曲線支距坐標系，A0為ZH～JD的方位角，α為JD的轉角。

3.2.1 緩和曲線段幾何坐標計算

當測點i位于ZH～HY段內時，i點在ZH點切線坐標系x_ZH_y中的坐標（xi，yi）及i點切線的傾角βi按道路工程有關緩和曲線公式進行計算[11]。

利用坐標旋轉公式，求得i點在測量坐標中的坐標（Xi，Yi）和該點切線方位角Ai的計算公式如下：

（1）

（2）

式中，T——切線長度；Z——曲線單元的左右偏轉，Z=?1為左偏，Z=+1為右偏。

同理可計算i處在YH～HZ段的坐標（xi，yi）、i點切線的傾角βi和坐標（Xi，Yi），但坐標（X0，Y0）需轉換到HZ點，方位角A0和曲線長度li按式計算：

（3）

式中，L——緩和曲線和圓曲線之和；Li——i點到ZH點間的長度。

3.2.2 圓曲線段內幾何坐標計算

i在HY～YH段時，坐標（xi，yi）及i點切線的傾角βi按式計算：

（4）

式中，li=Li?ls，Li——i點到ZH點間的長度。

3.2.3 鋼箱梁橫斷面上任意一點的幾何坐標計算

左、右幅橋鋼箱梁設計坐標按下式計算：

（5）

式中，dj——道路中心線至鋼箱梁橫向測量斷面j的距離，見圖8。

3.3 鋼箱梁懸臂拼裝線形計算

鋼箱梁采用切線拼裝施工，需要考慮前一梁段安裝后產生的變形對后續梁段的線形影響，如圖9所示，設梁段i的長度為Lic，梁段i?1安裝后在i端產生的豎向位移為vi，轉角為θi，則梁段i懸臂拼裝時的控制高程見公式（6）：

（6）

式中，HiT——梁段i在懸臂端的安裝高程；HiD——梁段i在懸臂端的設計高程；δi——梁段i在懸臂端的制造線形；——由梁段i?1在懸臂端產生的虛位移。

3.4 鋼箱梁安裝幾何坐標計算程序

鋼箱梁安裝過程中需要隨時對幾何坐標和高程進行測量，尤其是軸線線形控制。為了能快速計算出任意測點處的幾何坐標和高程，采用Excel的ActiveX控件，編制了鋼箱梁安裝幾何坐標計算程序，事先將主梁交點坐標與設計控制高程、鋼箱梁節段長度、制造線形、橋梁縱坡等輸入到程序中，施工現場只需選擇擬安裝的梁段號，程序自動計算出幾何坐標和高程值。

4 結語

該文針對桂溪大橋大跨徑曲線鋼箱梁施工，提出了用纜索吊裝法架設方法。針對橋位兩岸地形地質及河道環境的限制條件，設計了獨塔2跨式纜索吊裝系統，較好地實現了曲線鋼箱梁的安裝。

參考文獻

[1]黃健， 張鴻， 張喜剛， 等. 大跨變截面連續鋼箱梁橋關鍵技術研究與實踐[M]. 北京：人民交通出版社， 2013.

[2]張天軍. 大跨度雙曲線連續鋼箱梁上跨高速公路的施工技術研究[J]. 建筑施工， 2019（7）： 1345-1347.

[3]李昌榮. 復雜交通狀況下互通匝道鋼箱梁橋施工技術研究[J]. 工程建設與設計， 2019（13）： 256-258.

[4]常健. 跨鐵路懸臂頂推大跨徑鋼箱梁關鍵施工技術[J]. 四川建材， 2020（4）： 156-157.

[5]孫曉邁. 大跨徑寬幅鋼箱梁施工技術難點及關鍵技術[J]. 四川建筑， 2022（1）： 179-182.

[6]龍國輝. 復雜環境條件下大跨度變截面連續鋼箱梁拼裝施工技術[J]. 中國新技術新產品， 2022（1）： 85-89.

[7]廖貴星， 嚴汝輝， 胡輝躍， 等. 武漢青山長江公路大橋中跨鋼箱梁施工控制關鍵技術[J]. 橋梁建設， 2020（S1）： 126-132.

[8]王天榮. 基于某轉體橋特點構建下的鋼箱梁制作施工探索[J]. 工程建設與設計， 2021（17）： 167-169+208.

[9]李偉. 魚腹型變截面連續鋼箱梁“臥裝反造法”3+1模式施工技術[J]. 市政技術， 2021（2）： 40-45.

[10]王中海. 鋼箱梁分段吊裝施工關鍵問題及變形監測[J]. 工程技術研究， 2020（2）： 77-78.

[11]孫家駟. 道路勘測設計（第三版）[M]. 北京：人民交通出版社， 2012.