大跨鋼桁拱橋施工技術(shù)與創(chuàng)新

劉丹，程多云，王元鑫

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430040）

大跨鋼桁拱橋施工技術(shù)與創(chuàng)新

劉丹，程多云，王元鑫

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430040）

珠海橫琴二橋主橋上部結(jié)構(gòu)為的三跨鋼桁系桿拱橋，主橋桁拱施工采用桿件散拼工藝，南北兩岸對(duì)稱(chēng)拼裝。邊跨除1號(hào)、2號(hào)節(jié)間采用汽車(chē)吊平臺(tái)拼裝外，其余均采用架梁吊機(jī)懸臂吊裝。中跨按照先拱后梁方式，輔助以斜拉扣掛系統(tǒng)采用架梁吊機(jī)懸臂吊裝，待拱圈實(shí)現(xiàn)合龍后，再用橋面吊機(jī)安裝剛性系桿至橋面合龍。為了滿足航道通航標(biāo)準(zhǔn)，提高施工效率，縮短施工工期，剛性系桿合龍施工過(guò)程取消了臨時(shí)系桿，創(chuàng)新性地以臨時(shí)鎖定縱向活動(dòng)支座代替承受施工期間的拱腳水平力，為系桿拱橋施工提供了新思路，也對(duì)施工工藝和臨時(shí)結(jié)構(gòu)的可靠性提出了較高的要求。

橫琴二橋；鋼桁系桿拱橋；懸臂吊裝；斜拉扣掛系統(tǒng)

1 工程概況

珠海橫琴二橋位于廣東珠海市境內(nèi)，是貫穿珠海的交通要道——金鼎-高欄港路中的控制性工程。主橋?yàn)橹谐惺焦废禇U鋼桁拱橋，跨徑布置為100 m+400 m+100 m，拱肋下弦矢高90 m（圖1），節(jié)間長(zhǎng)度有12 m、14 m、16 m三種，主桁橫向中心間距36 m，設(shè)雙向公路六車(chē)道。

桁拱為變高度，拱頂處桁高7 m，拱腳處桁高46.68 m，邊墩處桁高11 m。主拱采用整體式節(jié)點(diǎn)，最大桿件重110 t。中跨橋面通過(guò)27對(duì)柔性雙吊桿與拱圈相連，通過(guò)控制吊桿力調(diào)整橋面線形平順性。中跨通航孔上方設(shè)置剛性系桿與柔性系桿共同作用的混合系桿，平衡拱的水平推力。橋面系為密縱梁體系疊合混凝土橋面板結(jié)構(gòu)形式，26 cm厚的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板通過(guò)濕接縫與橫縱梁表面的剪力釘連接形成整體，共同受力，成橋后橋面進(jìn)行瀝青鋪裝。另外，為了減少邊跨

配重量，南北邊支點(diǎn)均設(shè)置了混凝土邊門(mén)式墩，單個(gè)門(mén)式墩混凝土用量超過(guò)1 100 m3。

主體拱梁結(jié)構(gòu)采用Q420、Q345級(jí)鋼，吊桿采用強(qiáng)度為1 670 MPa的成品平行鋼絲斜拉索，柔性系桿為強(qiáng)度等級(jí)1 860 MPa的鋼絞線。邊門(mén)式墩混凝土標(biāo)號(hào)為C60。

鋼桁拱橋上部結(jié)構(gòu)施工方法很多，根據(jù)環(huán)境限制條件、經(jīng)濟(jì)性、工期要求等多方面綜合考慮，可以選擇轉(zhuǎn)體、頂推、節(jié)段架設(shè)等不同的施工方法[1-2]。本橋特點(diǎn)為跨度大、橋下為I級(jí)航道、節(jié)點(diǎn)螺栓連接精度要求高，因此選擇了架梁吊機(jī)懸臂拼裝的施工方法。

圖1 主橋總體布置圖Fig.1 Elevation view of main bridge

2 鋼梁總體架設(shè)方法

上部結(jié)構(gòu)鋼拱梁采用從南（高欄港側(cè)）北（珠海大道側(cè)）兩岸向跨中架設(shè)，在跨中合龍的總體施工方法。邊跨設(shè)置輔助墩，采用架梁吊機(jī)懸臂架設(shè)。考慮到中跨采用拱梁并進(jìn)架設(shè)方法會(huì)導(dǎo)致懸臂端自重過(guò)大，合龍桿件多，控制難度大，且橋址位于大風(fēng)頻發(fā)地區(qū)，須盡快形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，保證施工期的安全，中跨鋼拱梁最終選擇采用先拱后梁的架設(shè)方式進(jìn)行施工[3]。

3 鋼桁拱施工技術(shù)

3.1 邊跨鋼桁拱架設(shè)

邊跨100 m鋼桁拱采用臨時(shí)墩輔助拼裝。為滿足北岸中支點(diǎn)精確定位以及主桁拱跨中無(wú)應(yīng)力合龍的需要，拼裝前，根據(jù)初始安裝關(guān)鍵參數(shù)對(duì)安裝起點(diǎn)進(jìn)行定位[4]。根據(jù)施工全過(guò)程計(jì)算分析結(jié)果，確定北岸（有固定主墩P1的岸側(cè)）邊支點(diǎn)處起始鋼梁G0節(jié)點(diǎn)相對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高預(yù)降0.9 m，相對(duì)設(shè)計(jì)里程向跨中預(yù)偏0.1 m；南岸（有活動(dòng)主墩P2的岸側(cè)）邊支點(diǎn)處鋼梁G0′節(jié)點(diǎn)相對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高預(yù)降0.9 m，相對(duì)設(shè)計(jì)里程向跨中預(yù)偏1.53 m。為了配合鋼梁預(yù)降施工，邊墩P1、P4墩頂預(yù)留1.45 m不施工，并在其上布置頂升設(shè)備和限位系統(tǒng)，用于施工過(guò)程中的邊支點(diǎn)調(diào)位。待主跨鋼桁拱梁合龍，將邊支點(diǎn)G0節(jié)點(diǎn)頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再施工邊墩預(yù)留部分。

南北邊跨各設(shè)置了3個(gè)臨時(shí)墩輔助邊跨鋼梁架設(shè)，其中1號(hào)、2號(hào)臨時(shí)墩為φ800 mm×10 mm鋼管打入樁基礎(chǔ)形式，分別位于G1、G2節(jié)點(diǎn)下方，3號(hào)臨時(shí)墩為鉆孔灌注樁+承臺(tái)+φ800 mm× 16 mm鋼立柱結(jié)構(gòu)形式，位于G4節(jié)點(diǎn)下方。另外，3號(hào)臨時(shí)墩墩頂還設(shè)置了縱橫移及限位裝置，用于邊跨鋼梁整體調(diào)整和精確定位中支座。

初始1號(hào)、2號(hào)節(jié)間拼裝完成后，在其上弦桿件上拼裝80 t半回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī)，后續(xù)鋼桁拱梁架設(shè)均采用架梁吊機(jī)懸臂拼裝。4號(hào)節(jié)間架設(shè)完畢后，3號(hào)臨時(shí)墩受力，此時(shí)利用邊墩千斤頂頂升邊支點(diǎn)，脫空1號(hào)臨時(shí)墩，見(jiàn)圖2。繼續(xù)伸臂架設(shè)5號(hào)、6號(hào)節(jié)間，6號(hào)節(jié)間架設(shè)完畢后頂升邊支點(diǎn)，脫空2號(hào)臨時(shí)墩。然后安裝主墩永久支座及拱腳G7節(jié)點(diǎn)，其中，北岸固定主墩支座及G7節(jié)點(diǎn)安放至設(shè)計(jì)位置，南岸活動(dòng)主墩支座及G7′節(jié)點(diǎn)自然安放至設(shè)計(jì)里程以北1.62 m。懸臂安裝G6G7桿件，利用主墩頂千斤頂微調(diào)G7節(jié)點(diǎn)縱向位移和轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)G6G7桿件與拱腳G7節(jié)點(diǎn)對(duì)接，完成邊跨合龍，見(jiàn)圖3。繼續(xù)架設(shè)7號(hào)節(jié)間剩余上弦桿、主梁、腹桿，完成邊跨100 m主拱

鋼梁架設(shè)。由于主墩上方桿件數(shù)量多、構(gòu)型復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)桿件拼裝栓孔精確對(duì)位，現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)合了頂升邊支點(diǎn)、調(diào)節(jié)拱腳G7節(jié)點(diǎn)角度等措施，輔助桿件順利拼裝。

圖2 邊跨準(zhǔn)備脫空1號(hào)臨時(shí)墩Fig.2 Prepare to disengage No.1 auxiliary pier

圖3 邊跨合龍F(tuán)ig.3 Closure of side span

3.2 中跨鋼桁拱架設(shè)

從主拱8號(hào)節(jié)間，開(kāi)始中跨鋼桁拱架設(shè)。除拱腳上方個(gè)別超重桿件采用250 t浮吊吊裝外，其余桿件均采用架梁吊機(jī)，按照從下至上的原則按順序從南北兩岸對(duì)稱(chēng)懸臂拼裝。架設(shè)完9號(hào)節(jié)間后，將北岸固定墩支座精確定位，保持與成橋設(shè)計(jì)位置一致，完成支座安裝，后續(xù)施工不再調(diào)整。在南岸活動(dòng)墩支座與支座擋塊之間塞入條形限位擋塊，將南岸中支點(diǎn)臨時(shí)鎖定，在設(shè)計(jì)里程偏跨中1.62 m處縱向限位。10號(hào)節(jié)間架設(shè)完畢后，南北兩岸均頂升邊支點(diǎn)，脫空3號(hào)臨時(shí)墩，鋼梁約束體系轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)支懸臂梁受力體系。

隨著鋼梁向跨中架設(shè)，懸臂不斷伸長(zhǎng)，在自重作用下，懸臂端下?lián)狭颗c懸臂根部?jī)?nèi)力越來(lái)越大。為了保證施工過(guò)程中鋼梁安全，并使鋼梁線形滿足中跨合龍的要求，南北岸各設(shè)置了1套斜拉扣掛系統(tǒng)輔助鋼梁架設(shè)（見(jiàn)圖4）。主墩承臺(tái)頂上下游各安裝1臺(tái)250 t·m塔吊作為扣塔構(gòu)件安裝起重設(shè)備。扣塔底部鉸接支承在主墩上方上弦A7節(jié)點(diǎn)，頂部錨梁伸出邊中跨各兩對(duì)斜拉索，拉索下端分別錨于邊跨E0、E1節(jié)點(diǎn)以及中跨A14、A18節(jié)點(diǎn)。架設(shè)完16號(hào)節(jié)間后，張拉下層扣背索；架設(shè)完20號(hào)節(jié)間后，張拉上層扣背索。另外，扣塔自身架設(shè)過(guò)程中還張拉了三層風(fēng)纜，保證扣塔施工過(guò)程中的穩(wěn)定性及垂直度。

圖4 斜拉扣掛系統(tǒng)立面布置Fig.4 Elevation view of cable-stayed system

懸臂架設(shè)過(guò)程中，考慮抗傾覆穩(wěn)定性的要求，在邊跨進(jìn)行了配重。配重材料為預(yù)制混凝土橋面板，每岸配重量達(dá)1 080 t。

3.3 中跨合龍

鋼梁北岸懸拼至22號(hào)節(jié)間，南岸懸拼至23號(hào)節(jié)間后，鋼梁準(zhǔn)備合龍。合龍口為北岸23號(hào)節(jié)間，包括上下游下弦桿、上弦桿、斜腹桿，共6個(gè)合龍對(duì)接接頭（見(jiàn)圖5）。

圖5 合龍段主桁構(gòu)件布置圖Fig.5 Elevation view of closure segment

主拱合龍具有以下特點(diǎn)：

1）懸臂長(zhǎng)，拱頂處豎向剛度較小，懸臂端撓度、轉(zhuǎn)角較大。

2）合龍段不設(shè)長(zhǎng)圓孔，要求桿件栓孔群精確對(duì)位，實(shí)現(xiàn)主拱無(wú)應(yīng)力合龍。

3）珠海溫度變化大，大風(fēng)天氣多，合龍受環(huán)境因素影響大，必須經(jīng)過(guò)連續(xù)嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，確定合適的合龍時(shí)機(jī)。

4）合龍調(diào)位時(shí)，懸臂端縱向、豎向、轉(zhuǎn)角位移相互影響，必須采用多種手段結(jié)合，實(shí)現(xiàn)主拱無(wú)應(yīng)力合龍。

5）初始鋼梁架設(shè)時(shí)支點(diǎn)預(yù)偏、預(yù)降措施一方面為主拱合龍創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件，另一方面也限制了邊支點(diǎn)、中支點(diǎn)調(diào)整范圍，需考慮其他合龍口調(diào)整措施，準(zhǔn)備合龍應(yīng)急預(yù)案。

6）合龍狀態(tài)為懸臂鋼梁、斜拉索、扣塔共同作用的復(fù)雜受力體系，且主結(jié)構(gòu)及臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力大，必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化情況，保證結(jié)構(gòu)安全。

根據(jù)敏感性分析計(jì)算結(jié)果（表1），主拱合龍準(zhǔn)備了多種調(diào)位措施。合龍口調(diào)位裝置包括：①邊墩頂升裝置，即南北上下游各布置2臺(tái)800 t千斤頂豎向頂升邊支點(diǎn)，可用于調(diào)節(jié)兩岸懸臂端縱向、豎向、轉(zhuǎn)角位移。②中墩頂推裝置，即南岸上下游各布置2臺(tái)800 t千斤頂水平頂推縱向活動(dòng)支座，整體移梁，調(diào)節(jié)合龍口縱向距離。③懸臂端對(duì)拉裝置（圖6），即設(shè)置多組20 t手拉葫蘆掛于合龍口兩側(cè)上下游弦桿上，平行或?qū)菍?duì)拉糾偏，消除兩側(cè)懸臂端自身斷面偏差及合龍口南北岸相對(duì)偏差。④合龍口對(duì)拉/對(duì)頂裝置（圖7），即在上下弦桿合龍口分別設(shè)置對(duì)拉/對(duì)頂反力座和2臺(tái)150 t千斤頂，通過(guò)反向頂升以強(qiáng)制消除上弦合龍口縱向偏差。⑤“7”形反力座裝置（圖8），即在較低側(cè)懸臂端安裝“7”形反力座，通過(guò)反向頂升以強(qiáng)制消除上下弦合龍口和腹桿合龍口豎向及轉(zhuǎn)角偏差。

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)合龍時(shí)，僅采用了頂升邊支點(diǎn)以及懸臂端反力座兩種調(diào)位手段，順利完成主拱合龍。具體施工過(guò)程為：利用北岸架梁吊機(jī)吊裝上下游共6根合龍桿件，并將其與北岸22號(hào)節(jié)點(diǎn)相連。凌晨大氣溫度接近設(shè)計(jì)溫度20℃且相對(duì)穩(wěn)定時(shí)觀測(cè)得到，下弦合龍口存在0.01 m高差和0.035 m縱向位移差。綜合考慮豎向、縱向調(diào)節(jié)效果，結(jié)合有限元分析預(yù)測(cè)量，將北岸邊支點(diǎn)頂升0.015 m，南岸邊支點(diǎn)頂升2 cm，使主拱下弦桿合龍口高差為零，且合龍口縱向縫寬差量?jī)H2～3 mm。繼續(xù)等待，至溫度略升高時(shí)，觀察到下弦桿端部螺栓群與拼接板螺栓群孔達(dá)到精確對(duì)位，滿足合龍要求，此時(shí)順利打入下弦桿合龍沖釘。下弦桿合龍后，斜腹桿和上弦桿接頭處微小差量即可借助“7”形反力座，強(qiáng)制調(diào)平，打入沖釘完成主拱合龍。

表1 主拱合龍敏感性分析Table1 Sensitive analysis of arch closure

圖6 懸臂端對(duì)拉葫蘆Fig.6 Hand chain hoists at cantilever

圖7 合龍口對(duì)頂裝置Fig.7 Oppositely pulldevice

圖8 “7”形反力座Fig.8"7"shaped reaction device

4 主梁剛性系桿施工

4.1 南岸中支點(diǎn)限位

主拱合龍后，解除南岸中支點(diǎn)縱向臨時(shí)限位，開(kāi)始架設(shè)中跨剛性系桿并張拉相應(yīng)吊桿。以往大跨鋼拱橋橋面剛性系桿架設(shè)時(shí)，采用在拱梁結(jié)合點(diǎn)間張拉臨時(shí)柔性系桿的方法，一方面可以通過(guò)控制系桿力調(diào)節(jié)剛性系桿合龍口距離，另一方面提早形成系桿拱受力體系，利用臨時(shí)系桿抵消剛性系桿架設(shè)過(guò)程中的水平力[5-6]。橫琴二橋橋下為I級(jí)航道，來(lái)往船只繁忙，為了滿足航道通航標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高施工效率，節(jié)省臨時(shí)系桿超長(zhǎng)鋼絞線張拉工序，施工過(guò)程取消了臨時(shí)系桿，代替以臨時(shí)鎖定縱向活動(dòng)支座來(lái)實(shí)現(xiàn)縱向位移調(diào)整，并承受施工期間拱腳處的水平反力。

采用70 t全回轉(zhuǎn)橋面吊機(jī)吊裝中跨剛性系桿，剛性系桿合龍段為南岸E23節(jié)點(diǎn)。隨著剛性系桿架設(shè)，南中支點(diǎn)活動(dòng)支座逐漸向邊跨偏移，為了保證合龍口距離，根據(jù)理論分析計(jì)算結(jié)果，將南岸中支點(diǎn)臨時(shí)鎖定支座中的限位調(diào)節(jié)塊提前放置于設(shè)計(jì)里程偏跨中0.52 m處，當(dāng)南中支點(diǎn)自然滑動(dòng)至該位置時(shí)，實(shí)現(xiàn)南岸拱腳縱向被動(dòng)限位（見(jiàn)圖9）。該方法的創(chuàng)新性在不改變主結(jié)構(gòu)受力體系的前提下，通過(guò)改造傳統(tǒng)的縱向滑動(dòng)支座，對(duì)合龍口距離預(yù)判后進(jìn)行中支點(diǎn)縱向限位，同時(shí)后備縱向千斤頂微調(diào)功能，實(shí)現(xiàn)了剛性系桿無(wú)應(yīng)力合龍。此項(xiàng)技術(shù)不僅操作方便快捷，并且可實(shí)現(xiàn)合龍口端部節(jié)點(diǎn)位移的精細(xì)化調(diào)整，非常有利于無(wú)應(yīng)力合龍控制。

圖9 南中支點(diǎn)限位Fig.9 Locking of south G7'joint

4.2 剛性系桿合龍

北岸架設(shè)完E23節(jié)點(diǎn)，南岸架設(shè)完E22節(jié)點(diǎn)，準(zhǔn)備剛性系桿合龍。合龍口高差調(diào)節(jié)可通過(guò)改變吊桿長(zhǎng)度或調(diào)節(jié)合龍口“7”形反力座實(shí)現(xiàn)。縱向根據(jù)48 h連續(xù)觀測(cè)結(jié)果，等待合適溫度，監(jiān)測(cè)合龍間距滿足要求后再進(jìn)行合龍桿件安裝。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)剛性系桿合龍施工在1 h內(nèi)順利完成。如果全天溫度變化均不能滿足無(wú)應(yīng)力合龍間距要求，可解除南中支座限位，并通過(guò)南岸主墩墩頂設(shè)置的2臺(tái)800 t縱向千斤頂頂推南中支點(diǎn)，帶動(dòng)南側(cè)鋼梁，微調(diào)合龍口距離，直至合龍口縱向間距剛好達(dá)到合龍段桿件無(wú)應(yīng)力拼裝的要求，實(shí)現(xiàn)剛性系桿合龍。為使縱向頂推系統(tǒng)能夠承受巨大的水平剪力作用，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了主墩墩頂抱箍裝置（圖10），四面環(huán)抱主墩墩頂及墊石，其上設(shè)置千斤頂反力座，頂推力與摩擦力自平衡，墩身不承受額外的頂推水平荷載。

圖10 主墩墩頂抱箍裝置Fig.10 Holt hoop iron at the top of the main pier

5 結(jié)語(yǔ)

1）主橋施工采用先拱后梁的架設(shè)方式，初始架設(shè)時(shí)即制定了預(yù)偏、預(yù)降等關(guān)鍵參數(shù)，為主拱合龍創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件；架設(shè)至16號(hào)、20號(hào)節(jié)間時(shí)，又通過(guò)斜拉扣掛系統(tǒng)對(duì)主拱線形進(jìn)行主動(dòng)調(diào)整，確定了總體合龍姿態(tài)；最終架設(shè)至23號(hào)節(jié)間合龍口，經(jīng)過(guò)48 h連續(xù)溫度觀測(cè)，選擇合適時(shí)機(jī)吊裝合龍口主桁桿件，并借助邊支點(diǎn)頂升、懸臂端反力牛腿措施進(jìn)行精細(xì)化微調(diào)，使得栓孔群短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到精確對(duì)位目標(biāo)，順利打入接口處沖釘，實(shí)現(xiàn)3 h主拱快速合龍。

2）剛性系桿合龍取消了臨時(shí)柔性系桿張拉，減少了對(duì)橋下通航的影響，提高了施工效率，縮短了施工工期，節(jié)省了長(zhǎng)拉索材料，經(jīng)濟(jì)效果明顯。剛性系桿合龍南中支點(diǎn)被動(dòng)限位、后備主動(dòng)頂推技術(shù)，可操作性強(qiáng)，易于控制，外部施工因素對(duì)合龍的影響小，合龍口間距調(diào)位精度高，適用于大跨公路鋼桁拱橋剛性系桿合龍施工。

3）設(shè)計(jì)了活動(dòng)支座臨時(shí)限位裝置，應(yīng)用于中支點(diǎn)縱向大距離調(diào)位，可通過(guò)靈活改變支座限位塊個(gè)數(shù)，配合塞墊鋼板措施，實(shí)現(xiàn)中支點(diǎn)任意縱向位移臨時(shí)約束，輔助主拱及剛性系桿合龍。

4）設(shè)計(jì)了活動(dòng)中支座大噸位頂推系統(tǒng)，利用抱箍提供頂推反力，主墩不承受額外水平推力，保證了主墩結(jié)構(gòu)的安全。

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Construction technology and innovation of long-span steel truss arch bridge

LIU Dan,CHENG Duo-yun,WANG Yuan-xin
（CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei430040,China）

The main bridge of the second Hengqin Bridge in Zhuhai is a three span steel truss tied-arch bridge.The arch bridge construction adopts the bar component assembling technique,it is assembled symmetrically from side span to middle span.Except for No.1 segment and No.2 segment of side span assembled by truck crane,all the other truss segments are assembled by girder erection crane using cantilever erection method.Arch first beam late method is adopted for middle span construction,and cable-stayed system is set up to help mid-span arch erection.After arch closure,rigid tie bar segments of mid-span can be erected by deck derrick crane to closure.Instead oftemporary flexibility tie bar,temporary locked bearing has been invented to resistant horizontal force at arch springer during rigid tie bar construction,so as to satisfy navigation requirement of first grade waterway at worksite.This technology provides new idea for closure of tie-bar bridge,as well as challenge for construction technology and reliability ofthe temporary structure.

the second Hengqin Bridge;steel truss tied-arch bridge;cantilever erection;cable-stayed system

U445.46

B

2095-7874（2015）12-0057-05

10.7640/zggwjs201512014

2015-06-05

2015-08-07

劉丹（1986—），女，河北石家莊市人，碩士，工程師，橋梁工程專(zhuān)業(yè)。

E-mail：liudan 2005@126.com