花園街大橋鋼桁梁合龍施工控制

師琨赫 李靈

摘要：花園街在施工中采用纜索吊機進行鋼桁梁節段整體懸臂拼裝施工，中跨鋼桁梁采用轉體施工自然合龍法施工。施工中，采用輔助斜拉索張拉索力的方法實現合龍段姿態的調整，以滿足合龍線形要求;對鋼桁梁合龍段的弦桿間距、橋面標高、縱向軸線、當地氣溫和弦桿溫度等進行48小時連續觀測，確定合龍段的合龍溫度和放置溫度分別為17℃和19℃。該橋已完成高精度合龍，合龍后主梁線形平順，誤差滿足規范要求。

Abstract： In the construction of Huayuan Street， cable cranes are used for the overall cantilever assembly of the steel truss beam sections， and the mid-span steel truss beams are constructed by using the swivel construction natural closure method. In the construction， the auxiliary stay cable tensioning method is used to adjust the posture of the closure section to meet the linear requirements of the closure section; the chord spacing， deck elevation， longitudinal axis， local temperature and chord temperature of the closure section of the steel truss is continuously observed in 48 hours. The closure temperature and the placement temperature of the closure section are determined to be 17°C and 19°C respectively. The bridge has completed high-precision closure， and the main beam is smooth after closure， and the error meets the specifications.

關鍵詞：花園街大橋;鋼桁梁;合龍;施工控制

Key words： Huayuan Street Bridge;steel truss beam;closure;construction control

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0157-04

1? 概述

花園街跨京杭運河大橋，主橋主跨一跨跨越京杭運河，南北兩邊跨分別跨越國道、河濱東路。主橋跨徑布置為65.7+120+65.7=251.4m。本橋沒有設置聯接系，僅在兩個中間墩上方設置兩道橋門。主桁節間間距為8～13.5m，主桁高度采用二次拋物線變化形式。航道中心與橋梁中心線正交。主橋采用鋼桁架梁方案，采用轉體施工技術。主桁架由兩片鋼桁架梁組成，主桁中心距為26m，在兩片主桁架的外，各挑出6.5m（桁架中心至懸臂端部）的懸臂，支撐著非機動車道及人行道，橋面總寬度39m。其立面布置圖，如圖1所示。

橋鋼桁架共劃分為26個節段，包括橋門架QM。在鋼桁架的制作過程中，為了控制鋼梁的拱度，確保拼裝過程中的穩定性。鋼梁橋位拼裝方案擬采用支架和懸臂拼裝結合的方案。將鋼梁橋位拼裝分為兩個階段，第一階段是支架拼裝階段，第二階段是懸臂拼裝階段（見圖2）。

支架做好后在支架上固定拼裝下弦桿，調整拱度，然后依次拼裝橋面板、腹桿及上弦桿。懸臂拼裝階段是按照腹桿-下弦桿-橋面板-腹桿-上弦桿的順序交替進行拼裝，確保拼裝結構穩定性，盡量避免懸臂引起的拼裝拱度值變化，主桁桿件吊裝順序見表1。

該橋位于京杭大運河上，且南面跨越國道，水陸運輸船只和車輛都較多，結構復雜，而鋼桁架梁的合龍施工，施工難度較大。這里主要闡述鋼桁架梁合龍施工過程中的關鍵技術控制。

2? 合龍段的施工方案及施工難點分析

2.1 合龍段的施工方案

花園街大橋采用轉體施工方案，在南、北兩岸同時拼裝大橋的南半部分和北半部分，鋼梁拼裝采用全懸臂拼裝方案。懸臂拼裝是利用弦桿自穩定性進行安裝，安裝過程遵循下弦桿——腹桿——上弦桿——橋面系——下弦桿的順序，且兩片主桁桿件同步進行拼裝，弦桿拼裝完成后安裝橋面系，接著安裝下一個節間弦桿，在下一個節間安裝過程中焊接上節間橋面系，弦桿拼裝始終領先橋面拼裝一個節間，弦桿、橋面系交替進行。其拼裝過程見圖3。

2.2 施工難點

由于邊跨過渡墩上JGQZ5000KN的支座自重達到了近9噸，因此，如果先不在邊跨墩上安放永久支座，而先進行邊跨尾端一節的拼裝，通過過渡墩上設置臨時支座從而實現中跨的安全合攏是能夠實現的，可是，在邊跨尾節拼裝到位后再來人工安裝重達近9噸的邊跨墩永久支座，幾乎不可能做到。因此，邊跨的合攏只能在臨時支墩上實現。

鋼桁架中跨施工的合龍實際上是鋼梁由懸臂外伸的梁轉換成三跨連續的梁的過程，施工時采取的方法是通過改變邊支點的相對高差，構造三跨連續梁的跨中彎距、剪力和相對轉角均為零的這樣一個合龍條件，保持鋼桁梁合龍前、合龍后的受力狀況基本一致（見圖4）。根據設計要求，計算該橋鋼桁架在設計體系溫度下（19℃）中跨無應力狀況合龍時，邊跨和中跨支點的高差，進行合龍調整。其施工難點主要有：①鋼桁架的施工合龍，受溫度、臨時荷載、支墩的穩定性影響較大。②主梁自重大，使得全橋施工在轉體合龍過程中縱向橫向線性調整難度加大。③鋼桁架的合龍和連接，多采用高強螺栓連接，誤差調整余地小，且剛性構件，在施工過程中縱橫向相互影響，桁架的制作和合龍精度要求高。④合龍段施工在溫度敏感的6月份，氣候變化大，合龍段氣候預測困難，給數據采集和溫度控制帶來較大的影響。

3? 合龍段控制技術

先不拼裝尾節鋼桁架梁，通過在臨時支墩上設置千斤頂支撐，同時在邊跨一側適當配重以維持轉動體系的安全穩定，使得轉動體系臨時邊跨合攏，然后再通過臨時支墩上的千斤頂的伸縮，利用蹺蹺板的原理來實現中跨合攏。在中跨合攏之后，在過渡墩上先安放永久支座，再來拼裝最后一節，使尾節直接落放在邊跨墩永久支座上。為拆除方便，臨時墩采用主梁拼裝階段主墩兩側支墩一致的臨時支架體系：下部采用兩根直徑1.2m的鋼筋混凝土樁基和承臺基礎，外露在地面以上部分采用鋼管柱支架（詳見邊跨臨時墩支架體系圖）。只是這里每個點改用一臺千斤頂代替砂桶臨時支座，以方便合攏時可以通過千斤頂進行高度方向的上下精調。臨時墩設在主桁架下，可以在邊跨合攏前維持上部結構的穩定，同時為轉體到位后邊跨最后一節（8m）實施拼裝提供支撐點。臨時支墩上要設置一定的拋高，為最末尾一節的拼裝提供高度空間。

3.1 合龍時關鍵數據觀測及處理

為了確定合龍段的節段的長度、標高和線性控制、施工溫度和放置溫度等關鍵參數，合龍段施工前必需對合龍段的幾何位置和溫度進行連續觀測。連續觀測前，考慮到引橋現澆箱梁先施工，且主橋過渡墩在主橋和引橋一側有高差（引橋一側高60cm），如果主橋鋼桁架梁縱向節段全部拼裝到位后再轉體，那么邊跨末節因上部結構角點旋轉半徑（南岸為70.1m，北岸為69.3m）大于邊跨跨徑（65.7m）而無法實現轉體就位，因此，只能通過少拼裝一節（8m）邊跨鋼桁架梁來實現，為確保合攏作業安全穩定，這就需要在水平轉體到位后在距離邊跨過渡墩8m的主橋一側設置兩根臨時墩，臨時墩下設計直徑1.2m的樁基礎以滿足受力。所以在確定觀測記錄時，盡量使其觀測條件和合龍時的施工條件（包括橋梁的邊界條件、臨時載荷的大小、相應桁架的位置等等）保持一致。對鋼桁梁合龍段的間距（上、下弦桿最前排螺栓孔邊緣的距離）、軸線、標高、氣溫和弦桿溫度等進行長達48小時的連續觀測，觀測頻率為每兩小時一次。圖5是施工合龍前24小時（8：00到次日8：00）的合龍段標高、軸線和間距測試結果實測值。通過分析可知：一天之中合龍段的標高的變化幅度最大可以達到10厘米，軸線的變化幅度達到18厘米，鋼桁架間距的變化達到近24厘米，受氣溫和日照輻射的影響非常大。同時，合龍段幾何位置的最大值出現在下午15：00～16：00，凌晨2：00～6：00變化幅度較小。

3.2 合龍溫度的確定

鋼桁架形式的橋梁，其轉體施工時合龍段的施工溫度（即合龍溫度）決定了合龍段鋼桁架的構造長度，能否準確地預測合龍時的溫度，是所有后續合龍工作的基礎。由于該橋梁合龍采用的是高強螺栓連接，所以，希望合龍時，周圍環境溫度相對穩定，這會給合龍段一側的高強螺栓連接留有充裕的施工時間。但是周圍環境溫度穩定，合龍段就難以正常合龍施工，因為，在進行鋼桁架的合龍施工時，考慮到鋼材的熱脹冷縮，一定程度的熱脹對橋梁合龍是有利的。因此，合龍段施工時溫度的選擇，應綜合考慮高強螺栓的施工時間和合龍段鋼桁架的間距等因素。

該橋處于長江下游地區，6月份又是梅雨季節，因此，總結和統計這一地區往年的氣溫數據顯得尤為重要。對過去10年（2007～2017年）該時段6月5～9日的氣溫進行統計分析（21：00至次日20：00），得到合龍施工前后的平均溫度曲線，如圖6所示。通過對各項觀測數據的整理和綜合分析可知：該橋位處凌晨0時至上午7時氣溫較穩定，溫度變化在2℃左右，預測合龍時的溫度為19℃，與設計合龍的溫度20℃很接近。此外，南岸和北岸的合龍段之間分別預留3cm和2cm的間隙。這樣可以較好地滿足施工溫度和施工間隙，確保鋼桁架順利合龍。同時，也給高強度螺栓的放置和緊固留了充足的時間和空間。

3.3 中跨合攏吊裝方案

大橋橫跨京杭運河，京杭大運河是三級航道，往來船只頻繁，施工過程不能占用航道。橋面吊機自重較大，影響跨中拱度控制。經分析，擬采用多吊點葫蘆吊的吊裝方案。轉體前將吊裝設備和合龍桿件提前安裝及擺放至相應位置（見圖7）。待到適宜合龍的狀態時起吊合龍桿件。

多吊點葫蘆吊的原理：在上弦桿上設定滑輪③，在下弦桿上設卷揚機⑤，用葫蘆吊②輔助吊裝結合定滑輪③和卷揚⑤吊裝下弦桿。在合龍口附近上弦桿上安裝一個三角固定支架，支架上安裝兩個10t手動葫蘆吊，用吊點①+②吊裝上弦桿合龍段。在上弦桿上設置吊點④，用吊點①+④吊裝腹桿。

3.4 中跨合龍調整方案

桁架安裝到跨中時受結構自重、加工制作精度、安裝誤差及外界環境條件等因素的影響，合龍端存在一定的誤差，需要采取措施進行調整，調整的步驟如下：①選擇氣溫在19℃左右，且沒有陽光偏曬的條件下，實測合龍端誤差和桁架梁軸線偏差。②在邊桁架的支點處施加一個橫向水平力，使鋼桁梁繞中心支點轉動，從而調整軸線偏差。③適當降低邊桁架的支點，調整合龍端的高差。具體高差數值設計單位與施工單位應分別計算對比后確定。④用10t手拉葫蘆將合龍端對拉。

4? 結束語

花園街大橋，其特點是跨徑大、合龍段施工桿件多、要用高強螺栓連接鋼構件、主橋橋位處天氣變化不穩定，這使得該橋合龍時的施工難度變大，對施工精度提出了更高的要求。中跨鋼桁梁采用轉體合龍法施工，同時輔以電動手拉葫蘆等措施配合合龍施工，這樣的施工方法降低了現場對施工溫度的完全依賴，縮短了合龍段的施工時間，提高了合龍精度。在施工過程中，通過各類數據的觀測分析以及該橋位處近10年氣象資料統計分析后，確定合龍段的施工長度、合龍時的最佳溫度;采用鋼管和工字鋼等臨時輔助支撐，多吊點和葫蘆吊等措施，確保施工順利，防止合龍段在吊裝和運輸中發生變形。

花園街大橋的合龍施工，施工速度快，合龍施工結束后的施工精度高，合龍后主橋線形能保持平順、流暢，施工誤差滿足設計和規范要求。該橋的鋼桁梁合龍施工技術可供類似橋梁借鑒和參考。

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