黃岡公鐵兩用長江大橋主墩鋼梁架設技術(shù)研究

羅曉甜 代 皓

（中鐵大橋局股份有限公司設計分公司 武漢 430050）

1 工程概況

黃岡長江大橋是新建武漢至黃岡城際鐵路及黃岡至鄂州高速公路的關(guān)鍵性控制工程，大橋位于長江黃州河段上端三江口附近、唐家渡綜合碼頭游約240m位置。主橋采用81m＋243m＋567m＋243m＋81m鋼桁斜拉橋方案，長1 215 m，公鐵合建。主梁采用N形桁架，倒梯形橫截面。主桁桁高為15.5m，上弦主桁系統(tǒng)線間距27.5m，下弦主桁系統(tǒng)線間距16.0m，腹桿傾斜設置。上、下弦桿采用焊接整體節(jié)點結(jié)構(gòu)形式，為寬翼緣的平行四邊形箱形截面；豎桿和斜桿有箱形和工字形2種，與弦桿之間采用節(jié)點外拼接；公路、鐵路橋面均采用正交異性鋼板橋面，其中公路橋面板每節(jié)間沿橋縱向分為2塊，單塊尺寸為13.5m×12m×2m；鐵路橋面板每節(jié)間1塊，單塊尺寸為13.5m×12.8m×1.8m［1］。大橋主橋結(jié)構(gòu)及鋼梁斷面見圖1，圖2。

圖1 黃岡公鐵兩用長江大橋主橋結(jié)構(gòu)布置圖（尺寸單位：m）

圖2 鋼梁斷面圖（單位：cm）

2 墩頂區(qū)鋼梁架設施工方案

黃岡長江大橋墩頂4節(jié)間鋼梁中心長度為54m，高15.5m，節(jié)點編號依次為 A22～A26（E22～E26）。上下弦桿分別由5根桿件組成，鋼梁在E24節(jié)點處與主塔連接。上下弦桿重量在52～65t之間，斜桿及豎桿最大重量為12t，鐵路橋面板最大重量為70t，公路橋面板最大重量為54t。墩頂4節(jié)間鋼梁立面布置見圖3。

國內(nèi)外墩頂節(jié)間鋼梁架設的傳統(tǒng)方案是利用大型起吊設備或設置提升站將鋼梁由水面提升至墩旁托架上，由于浮吊和提升站吊幅的影響，鋼梁需在固定的位置拼裝，然后在墩旁托架上設置滑道梁，利用縱移千斤頂將鋼梁縱移至設計位置［2］。由于墩頂處鋼梁重量較大，其縱移墊塊傳遞較大的豎向力，因此滑道梁結(jié)構(gòu)往往十分龐大，鋼材用量大，同時為保證鋼梁滑道的連續(xù)性，鋼梁支座需在墩頂鋼梁架設完成后才能安裝，施工麻煩。傳統(tǒng)施工方法中大型設備的使用時間較長，設備租賃費用高且架設過程受到河流水位的影響、占用航道。

圖3 墩頂4節(jié)間鋼梁立面布置圖（單位：cm）

本橋受長江水位和浮吊資源的限制，采取了利用浮吊在高水位安裝架梁吊機占位支架和架梁吊機，然后利用拼裝好的架梁吊機進行墩頂區(qū)鋼梁架設的方法［3］。墩頂區(qū)鋼梁的主要施工步驟如下。

（1）在岸上將架梁吊機占位支架拼裝成整體，利用駁船運輸至墩位處，然后利用160t浮吊在汛期高水位時將支架整體提升至墩旁托架上完成安裝。

（2）繼續(xù)利用浮吊完成架梁吊機的拼裝，待架梁吊機完成驗收、試吊及取證工作后浮吊退出工作。

（3）架梁吊機從主跨側(cè)取梁，旋轉(zhuǎn)180°后拼裝主跨側(cè)A25～A26節(jié)間鋼梁，該節(jié)間鋼梁拼裝完成后架梁吊機沿走道梁走行至鋼梁上。

（4）架梁吊機將占位支架拆除，利用主跨側(cè)牽引裝置將A25～A26節(jié)間鋼梁和架梁吊機整體縱移20.5m后鎖定。

（5）安裝橋塔墩頂鋼梁支座，架梁吊機繼續(xù)從主跨側(cè)取梁，旋轉(zhuǎn)180°后拼裝主跨側(cè)A24～A25和A23～A24節(jié)間鋼梁。

（6）架梁吊機走行至A23～A24節(jié)間鋼梁頂面，從邊跨側(cè)取梁架設A22～A23節(jié)間鋼梁。

（7）利用該架梁吊機完成主跨側(cè)架梁吊機的安裝，調(diào)整墩頂四節(jié)間鋼梁的縱橫向平面位置及高程調(diào)整，完成墩頂四節(jié)間鋼梁的架設。

3 主要大型臨時結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)上述施工方案，需要兩項大型臨時結(jié)構(gòu)（墩旁托架和架梁吊機站位支架）進行輔助。墩旁托架是墩頂區(qū)鋼梁架設的重要輔助結(jié)構(gòu)，其主要功能是：滿足斜拉索掛設前鋼梁結(jié)構(gòu)拼裝和鋼梁縱移的要求，該結(jié)構(gòu)除承受墩頂節(jié)間鋼梁的重量外，還需承擔架梁吊機和1～2個節(jié)間懸臂鋼梁的重量［4］。架梁吊機站位支架是鋼梁節(jié)段拼裝以前架梁吊機的臨時站位支架，其主要功能是：既要滿足前期架梁吊機在支架上能夠完成相鄰鋼梁節(jié)段架設的要求，又能滿足后期架梁吊機從支架上能夠直接走行至已架鋼梁節(jié)段上的要求。該結(jié)構(gòu)主要承擔架梁吊機和鋼梁桿件的重量，同時需考慮吊裝時彎矩的影響。

3.1 墩旁托架設計

（1）墩旁托架縱橋向長度的確定。墩旁托架結(jié)構(gòu)的縱向長度由墩頂無索區(qū)鋼梁長度、鋼梁自身的懸臂能力和滿足架梁吊機懸臂拼裝的需要來綜合考慮。

黃岡公鐵兩用長江大橋墩頂無索區(qū)共4個節(jié)間鋼梁，節(jié)點中心距為4×13.5m，4個節(jié)間鋼梁長度為61.28m。單臺架梁吊機含縱移軌道長27 m，滿足2臺架梁吊機拼裝的最小距離為2×27＝54m。墩頂拼裝4個節(jié)間鋼梁可以滿足架梁吊機安裝的需要，因此墩旁托架縱橋向長度根據(jù)拼裝4節(jié)間鋼梁的需要確定。

（2）墩旁托架結(jié)構(gòu)形式介紹。主墩承臺縱橋向長度為34.2m，小于墩頂4節(jié)間鋼梁的中心長度54m，因此托架鋼管立柱需傾斜布置。斜腿鋼管的設置使得托架在豎向荷載作用會產(chǎn)生較大的水平拉力，為克服該拉力，在鋼樁立柱頂面沿縱橋向設有對拉鋼絞線，通過預應力的張拉在結(jié)構(gòu)內(nèi)部提前施加預壓力，該預壓力需大于水平拉力，使托架的頂層預埋件始終保持受壓狀態(tài)，優(yōu)化了預埋件受力，結(jié)構(gòu)安全性高。斜腿鋼管柱頂既承受豎向荷載又承受水平預壓力，結(jié)構(gòu)受力復雜，為避免設置復雜的鋼結(jié)構(gòu)，采用在鋼管柱頂灌注一部分的混凝土，將柱頭作為實體結(jié)構(gòu)考慮，結(jié)構(gòu)受力可靠?？紤]到墩旁托架結(jié)構(gòu)在下橫梁施工以后拼裝，受下橫梁的影響墩旁托架在縱橋向分為單獨的2組結(jié)構(gòu)，2組結(jié)構(gòu)之間不設置聯(lián)接系。每一側(cè)結(jié)構(gòu)頂面設預埋件與下橫梁連接，下部支撐在承臺預埋件上。

（3）墩旁托架結(jié)構(gòu)的計算工況。

①工況一。主跨側(cè)A25～A26節(jié)間鋼梁縱移過程及縱移到位后架梁吊機架設主跨側(cè)A24～A25節(jié)間鋼梁。該工況用于檢算滑道梁受力、鋼管支架在偏載作用下受力的安全性和鋼梁的抗傾覆性。

②工況二：墩頂區(qū)4節(jié)間鋼梁全部架設完成。該工況用于檢算鋼管支架和鋼絞線受力的安全性。

③工況三：鋼梁架設完8個節(jié)間后才掛設第一根斜拉索，該工況用于檢算鋼管支架和鋼絞線在極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)受力的安全性。

墩旁托架結(jié)構(gòu)計算模型見圖4。

圖4 墩旁托架結(jié)構(gòu)計算模型圖

（4）計算結(jié)果。通過計算結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性［5］均滿足鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范要求，其中工況一控制滑道梁、鋼管支架內(nèi)側(cè)鋼管立柱及部分連接系設計；工況二為中間階段工況，不控制結(jié)構(gòu)設計；工況三控制托架結(jié)構(gòu)外側(cè)鋼管立柱和部分連接系設計。

3.2 架梁吊機占位支架設計

（1）架梁吊機占位支架結(jié)構(gòu)形式。支架縱橋向長度由架梁吊機的支點距離控制為13.5m，橫向?qū)挾扔啥张酝屑艿臋M向?qū)挾瓤刂茷?6.0m。同時為滿足架梁吊機后期走行的要求，其頂面標高與鋼梁標高一致。

架梁吊機占位支架由鋼管立柱、型鋼連接系和頂部分配梁組成，其底部錨固與墩旁托架的節(jié)點上，頂部橫向分配梁與架梁吊機支點間為拉壓連接。

（2）架梁吊機占位支架的計算工況。

①工況一。架梁吊機正面起吊鋼梁桿件，此時正面前支點受壓，后支點受拉，并考慮吊機回轉(zhuǎn)過程中在各柱頂產(chǎn)生的水平力。

②工況二。架梁吊機側(cè)面起吊鋼梁桿件，此時側(cè)面前支點受壓，后支點受拉，同樣考慮水平力作用。

③工況三。架梁吊機完成首節(jié)間鋼梁的架設，準備走行，此時前后支點均受壓，反力作用在走道梁上。

架梁吊機占位支架計算模型見圖5。

圖5 架梁吊機占位支架計算模型圖

（3）計算結(jié)果。工況一和工況二均用于檢算支架結(jié)構(gòu)在吊裝狀態(tài)下受力的安全性，工況三由于力的作用點離立柱柱頭較遠，用于檢算支架頂部分配梁受力的安全性。通過計算，結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性均滿足鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的要求。

4 結(jié)語

黃岡公鐵兩用長江大橋墩頂區(qū)鋼梁采用架梁吊機進行架設的方法，減少了浮吊的使用時間和對浮吊吊高的要求，降低了鋼梁吊裝時大型起吊設備的使用時間，節(jié)約了工程成本，且鋼梁架設不受水位變化的影響。同時該方法不需要對墩頂鋼梁進行縱移，減少了墩頂鋼梁施工工序，能有效縮短施工周期。此外，本文對施工中所用到的墩旁托架和架梁吊機占位支架的設計原理及方法進行的介紹和分析，為今后同類型橋梁的施工及設計提供了借鑒經(jīng)驗。目前黃岡公鐵兩用長江大橋已完成所有墩頂區(qū)鋼梁的架設。

［1］中鐵大橋勘測設計院有限公司.黃岡公鐵兩用長江大橋主橋鋼桁梁施工圖［Z］.武漢：中鐵大橋勘測設計院有限公司，2010.

［2］張紅心.武漢天興洲公鐵兩用長江大橋3號主塔墩墩頂4節(jié)間鋼桁梁拖拉架設施工［J］.橋梁建設，2008（3）：5－7.

［3］鄧永峰.黃岡公鐵兩用長江大橋橋塔墩頂4個節(jié)間鋼梁架設方案［J］.橋梁建設，2012（2）：7－12.

［4］黃龍華，段志勇.南京大勝關(guān)長江大橋鋼桁拱架設墩旁托架結(jié)構(gòu)設計與施工［J］.世界橋梁，2009（1）：19－22.

［5］GB50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.