鐵路雙線4×80m簡支鋼桁梁連續懸臂架設施工技術

【摘 ?要】針對成昆鐵路太和安寧河特大橋（4×80）米簡支鋼桁梁結構特點，采取懸臂拼裝的施工方法進行鋼桁梁架設，不僅解決了要在有限時間內完成水中墩施工，鋼桁梁拼裝、架設等一系列施工難題，還保證了工序復雜，交叉施工多情況下的安全、質量要求。

【關鍵詞】橋梁工程;鋼桁梁;懸臂拼裝;施工技術;鐵路特大橋;臨時支撐;有限元分析

1 ?工程概述

成昆鐵路安寧河雙線特大橋，起止里程DK426+727-DK429+598，全長2871.197米，全橋孔跨布置形式為51×32m+4×80m鋼桁梁+5×32m+1×80m鋼桁梁+2×24m+12×32m，其中51號墩～55號墩采用4×80m鋼桁梁跨越安寧河，橋軸線與安寧河斜交角約為34度。橋址處河道流速急、流態紊亂，洪枯水水位變幅大，鋼桁梁施工周期內需要多次跨越汛期，施工期間臨時結構設計難度大，風險高。

鋼桁梁采用懸臂施工，其受力模型在施工階段和成橋階段桁架中桿件的內力會發生很大的變化，大部分關鍵構件甚至會發生拉壓逆轉，同時架設過程中受到風荷載、運梁小車荷載、溫度沿橫橋向的梯度差異等諸多因素影響，故確保橋梁結構總體受力和成橋線型是保證施工質量和安全的關鍵。

2 總體施工方案

本工程鋼桁梁共計5孔，其中4孔跨安寧河，1孔跨安寧河支流。結合本橋特點，本著減少場地占用，充分利用材料設備的原則，將5孔鋼桁梁統籌安排進行安裝架設。

55#至54#墩鋼梁采用50噸支架龍門吊方式安裝，其余采用40噸旋轉吊吊裝懸拼安裝架設。安裝時在前4孔鋼梁中間采用臨時構件進行連接，使鋼梁形成連續梁。在橋面設置運梁小車，將鋼梁桿件運至前方龍門吊或旋轉吊位置，提高安裝效率。存梁區鋼梁桿件提升至橋面運輸小車上，運輸到安裝區，再由前面的旋轉吊起吊進行懸臂拼裝。

全橋懸拼架設完成后開始落梁準備工作。首先切除簡支梁間臨時聯結桿件，而后逐孔交替落梁就位，而后進行鋼桁梁位置細部調整，最后錨固永久支座，拆除臨時支架，澆筑混凝土橋面板。

3 臨時支架結構形式設計

根據現場實際地形，鋼梁架設盡量采取少支架方式，4聯跨鋼桁梁在54#和55#墩設置臨時支架8組。

鋼梁支撐柱中心間距10米，沿桁梁軸線布置，每處沿縱向設置兩根φ630×10鋼管柱，中間采用2[10對扣組成連接系。柱頂采用兩根HN700×300對焊形成分配梁。龍門吊支撐柱間距6、8米，為單根φ630×10立柱，橫向與主梁支撐柱連接。基礎采用鉆孔樁。

龍門吊立柱采用φ630×10鋼管柱，柱間距8米和6米兩種，柱間采用一道連接系連接，柱頂設置兩根HN600×200對焊后上下蓋板焊接10mm鋼板組成龍門吊軌道梁。

54#至51#墩每跨鋼梁中間設置1組臨時墩，臨時墩橫向中心距13.8米。柱頂分配梁為焊接箱型，截面1200×1200，下層兩根，上層一根，分別與柱頂和梁相互焊接。

60#至61#墩鋼梁跨越安寧河支流、過水管涵、水渠的影響，在施工中為避免在管涵和水渠范圍施工，采用豎斜支腿支撐型鋼梁一跨越過影響區范圍。

該區域鋼梁采用支架龍門吊方式安裝，80米鋼梁設置6至7組支架，第一組支架采用單柱，橫向與60#墩連接;第二、五、六組支架采用雙肢φ630×10鋼管（簡稱雙柱），第三四組采用豎管、斜管、鋼梁方式構成支撐體系（簡稱斜柱）。龍門吊支撐柱與鋼梁支撐柱構造三角體系，柱間采用橫向管連接。

第二、五、六組支架采用φ630×10主管，中間連接系采用φ325×8鋼管，柱頂采用兩根H700×300焊接分配梁。基礎采用鉆孔樁。

第三、四支架分別由4根φ820×12鋼管以及由兩根HN900×300對焊組成的鋼梁構成支撐體系，鋼管柱間采用φ325×8鋼管進行連接，水平桿采用φ426×8mm鋼管。頂部采用4m×3m×1m鋼筋混凝土承臺，并預埋鋼板，鋼管柱直接與預埋板焊接。

4 ?鋼桁梁懸臂拼裝與臨時墩計算

4.1鋼桁梁應力計算

采用Midas Civil軟件建立懸拼施工計算模型。模型構件中鋼梁均采用梁單元模擬，施加相應的邊界條件，根據施工步驟，取懸拼一孔進行計算。

在鋼梁未上臨時墩前，主梁均可能傾覆，按鋼梁上墩前最不利工況3進行驗算。

懸臂長度37.6m，抗傾覆長度80m。

傾覆力矩M=13200/80×37.6/2+1350×26.125+650×21.125+500×15=222852.0KN·m

抗傾覆力矩M=13200×80/2=528000KN·m

最小抗傾覆穩定性系數K=M/M=2.4>1.3，滿足要求。

（2）鋼桁梁計算

1）鋼梁支點反力

由圖可知，臨時桿件的最大組合應力σ=136.7MPa，滿足要求。

2）鋼梁受力變形

由圖可知，鋼梁的最大變形f=55.9mm（上臨時墩前）<L/400=100mm，滿足要求。

4.2 ?鋼梁拼裝臨時墩計算

采用midas有限元軟件取單個臨時墩建模，約束采用土彈簧約束，拼裝支架高度根據項目部反饋意見取13m，考慮2m沖刷。根據鋼梁計算結果，將荷載加入模型。

樁側土抗力比例系數取

計算水平力作用方向樁間相互影響系數：

由于滿足，

1.0m樁計算寬度：b=0.93×0.9×（1.0+1）=1.7<2d=2.2，取b=1.7m。

單位深度1m范圍內樁側土抗力系數：K=20000×h×1.7=34000h

（1）鋼管樁

分配梁豎向最大位移為

分配梁豎向最大位移為

滿足要求。

（2）鋼管樁

主要驗算鋼管樁強度、穩定性和入土深度。

由圖可知，鋼管樁的最大組合應力。

綜上，鋼管樁強度穩定性滿足要求。

5 鋼桁梁拼裝施工

鋼桁梁標準段施工順序為：下弦桿拼裝→橫梁拼裝→斜腹桿拼裝→上弦桿拼裝→橋門及橫聯拼裝→上平聯拼裝。

圖6 鋼桁梁標準梁段示意圖

步驟一：施工55#至54#間臨時支架，安裝龍門吊。

步驟二：施工55#至54#間鋼桁梁下弦。

步驟三：安裝上弦、腹桿、平聯等構件，完成第一孔拼裝。

步驟四：安裝40噸旋轉吊機。起頂鋼桁梁拆除54#至55#間臨時支撐柱，并將鋼桁梁抄墊200mm，同時將支座固結。

步驟五：懸拼54#至53#墩半跨鋼桁梁。

步驟六：懸拼54#至53#墩另半跨鋼桁梁。

步驟七;以此類推完成全部鋼桁梁安裝。

6 ?鋼桁梁施工控制

6.1架設預拱度控制

（1）架設懸臂端首孔鋼桁梁時，將懸臂孔下弦桿E0節點在原橋梁設計縱坡的基礎上進行加高，E0端部采用三維立體切割機把端上部切除4cm倒三角，照理論預拱度高程采用碼板進行臨時定位，采用等強度的焊絲采用二氧化碳氣體保護焊進行全熔透焊接。焊接完成后對E0、E2端頭進行復測，達到理論拱度。同樣，上弦臨時桿件長度通過下弦對接后的坡度確定后進行切割，而后采用同等強度的焊絲進行全熔透焊縫焊接。

（2）前通過墩頂前端的臨時支座高程對下弦桿預拱度進行調整，直到達到理論預拱度。

（3）架設過程中主桁桿件左右兩側對稱拼裝，分工況對每節段預拱度、軸線進行測量監控。

（4）在支架上拼裝鋼桁梁下弦桿件時，在每個節點或接口位置按照設計圖拱度數值或換算后的數值對鋼梁構件進行墊高，到達起拱的要求，避免出現負拱，在設計預拱度基礎以二次拋物線的形式加量。

（5）為確保鋼梁拱度正確，大節點終擰不得落后于懸拼一個大節間的距離，且一次終擰完畢。

6.2 ?高強螺栓連接副施工控制

高強螺栓的檢查、施擰是施工現場的一個關鍵工序，為保證施工質量，對高強螺栓連接副嚴格按照以下標準執行：

（1）高強螺栓連接副出廠前栓接面抗滑移系數不得小于0.55，桿件拼裝前抗滑移系數不得小于0.45。

（2）每批高強螺栓扭矩系數平均值在0.110-0.150范圍內，初擰扭矩為終擰扭矩的50%

（3）終擰時施加扭矩必須平穩、連續，螺栓、墊圈不得與螺母一起轉動，如發現轉動，更換連接副，重新施擰。

（4）終擰扭矩檢查應在終擰完成后4h-24h內檢查完畢，

（5）高強螺栓墊圈有正反面區別，不得放錯。

7 ?結語

成昆鐵路太和安寧河特大橋4×80m 簡支鋼桁梁應用的連續懸臂架設施工關鍵技術，與傳統支座安裝方法相比，能夠有效減少工期，同時保證鋼桁梁、支座的受力和安全。

成昆鐵路太和安寧河特大橋鋼桁梁架設結果證明，鋼桁梁平面位置、豎向拱度等均滿足設計和驗收標準要求，豐富了鋼桁梁懸臂架設的施工經驗，為該橋型在國內推廣打下了堅實基礎。

參考文獻：

[1]GB50017-2003，鋼結構設計標準[S].中國：中華人民共和國住房和城鄉建設部，2003.

[2]TBJ 214-92，鐵路鋼橋高強度螺栓連接施工規定[S].中國：鐵道部科學研究院，1992.

[3]GB50205-2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[S].中國：中華人民共和國建設部，2001.

[4]岳麗娜，陳思甜.鋼桁梁橋施工架設方法研究綜述[J].公路交通技術，2006，03：86-89+111.

[5]周水興.《路橋施工計算手冊》[M].人民交通出版社：北京，2001：1.

作者簡介：

楊延昭，男，1973年9月6日出生，本科，畢業于長安大學土木工程專業，遼寧省開原市人，高級工程師，研究方向：土木工程。

（作者單位：中鐵九局集團第二工程有限公司）