自錨式懸索橋“先梁后纜”鋼梁安裝工藝研究

郭云飛，顧雄淇

（中交第一航務工程局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

南潯大橋改建工程項目由中交一航局湖州項目部承建，南潯大橋作為南潯區北大門對內銜接長湖申航道南北側城區交通流的重要交通節點，對外北接G50申蘇浙皖高速，南連練杭高速，是南潯申蘇浙皖至練杭高速公路連接線工程的重要組成部分。主要工程內容為自錨式懸索橋施工，原方案“先纜后梁”工藝采用臨時地錨進行體系轉換，由于南方軟土存在著施工風險，為了提高施工的效率，減少臨時地錨的投入，優化了施工工藝，改為“先梁后纜”的施工工藝。同時，為了保證航道的通航，結合鋼梁的結構形式，優化了鋼梁的安裝施工方案。文章詳細介紹了先纜后梁、先梁后纜在該工程中的施工特點、整個鋼梁的施工流程及項目實施的經驗總結，對類似橋梁施工有較強的借鑒意義。

1 工程簡介

南潯大橋位于湖州市南潯區，主橋為自錨式懸索橋，跨徑布置為（3+45+100+45+3）m。主橋采用雙索雙塔自錨式懸索橋，2根主纜呈分段懸鏈線，主跨矢跨比1∶5.8，矢高17.241m；主纜橫向間距27.5m，主纜采用預制平行鋼絲索股（PPWS）編排而成，兩端錨固于加勁梁端橫梁內；吊索標準段間距5m，主塔處間距7.5m，上端與離不開纜上索夾銷接，下端錨固于加勁梁橫梁內。

橋面采用加勁梁加橫梁體系，縱向加勁梁加橫梁均采用鋼混組合梁形式，縱向主梁采用開口U形單箱單室箱梁，主塔附近縱向25m主梁采用雙箱截面。懸索吊桿標準間距5m，拉桿正下方對應縱向主梁的錨固結構。該錨固結構為箱內雙實腹式隔板，兩雙實腹式隔板標準間距對應也為5m，5m開檔內設置兩檔空腹式U形隔板。全橋鋼梁總量約3076.8t。

該工程主跨跨越長湖申主航道，因其施工期間受航道周期等因素影響，施工難度較大，為此圍繞這些技術難題開展了科技創新。

2 總體方案比選

主橋施工進行“先纜后梁”工藝與“先梁后纜”工藝的比選，在總體施工方案上進行了施工工藝研究，進一步討論方案導致施工進度、施工安全產生的效應。

2.1 “先梁后纜”施工工藝的確定

自錨式懸索橋是一種將主纜錨固在自身加勁梁上的橋式結構，“先纜后梁”工藝在橋梁體系成立過程中，需采用臨時錨碇對鋼梁安裝過程中產生的主纜向內拉力進行平衡，保證橋梁施工過程中的受力平衡；“先梁后纜”工藝是先將梁體整體成型，后進行纜索施工，總體施工方案對比表如表1所示。

表1 總體施工方案對比表

2.2 結合現場及設備深化圖紙，重新定義分段長度，確定少支架方案

總的來說，該聯鋼橋劃分為4大部分：主縱梁、橫梁、挑梁及小縱梁。各部分的分段：左右兩側主縱梁僅在長度向分段，單側全長范圍內分為11個分段，兩側共計22個分段，如圖1所示。

針對現場場地條件及施工設備，對施工圖紙進行詳細深化，對邊跨加勁梁分3段，中跨加勁梁分為3段，其中中跨航道部分采用60m整段跨越航道，減少航道占用，支架僅在加勁梁拼接處搭設，減少支架使用量。

3 總體施工工藝

主橋懸索橋鋼梁在主塔完成后，先行安裝邊跨鋼梁段，然后安裝主跨主箱梁段，再安裝距離跨中位置兩側各12.5m的兩道中橫梁，在主纜架設前形成整體，待主纜安裝完成后，安裝剩余中跨縱橫梁。

3.1 鋼梁安裝施工流程

圖1 梁段劃分示意圖

自錨懸索橋段鋼箱梁，在中跨存在跨河段，河段內進行臨時支撐的布設。采取兩邊跨先行吊裝，最終整體合攏跨河段的思路進行施工。人行道鋼挑梁可將多個節段作為一個整體，長度控制在20m左右進行吊裝；中間橫梁即按照圖紙節段劃分整體加工制作，整體吊裝。根據橋段所在位置，選擇260t履帶吊對非跨河段橋段進行吊裝；選用浮吊對跨河合龍段吊裝。

懸索橋鋼梁吊裝具體順序：兩邊跨主箱體吊裝→中跨懸挑段安裝并焊接→邊跨主箱體間橫梁吊裝→橫梁間小縱梁補檔→邊跨人行走道吊裝→兩邊跨焊接完成→60m整體段構件吊裝并焊接→中跨主箱體間橫梁吊裝（橫梁及縱梁預先做成小單元）→焊接后整體卸載。

3.2 鋼梁節段長度深化及安裝設備

自錨式懸索橋為三跨式橋，中間100mm跨為跨河段。兩側45m跨構件重量最大為80t，選用260t履帶吊，主臂長度32m，作業半徑12m，額定起重量92.3t；100m跨兩側陸地端最大構件重量約98t，主臂選用32m，作業半徑10m，額定起重量117.5t；100m跨河段拼接后最長構件為60m，重量約為225t，選用500t浮吊，作業半徑23m，主臂仰角55°，額定起重量300t。

3.3 邊跨鋼梁安裝流程

邊跨主鋼梁先進行錨跨GA-1（GA-16）與主塔節段GA-4（GA-14）的安裝，通過邊跨兩端安裝完成后，然后邊跨GA-3、2（GA-14、15）安裝，直至邊跨主梁合攏，如圖2所示，最后進行邊跨橫梁及小縱梁安裝、人行道梁安裝，如圖3所示。

3.4 中跨鋼梁安裝流程

軸線17與18間，在兩個邊跨的橫梁吊裝之前先將靠近主柱間的橋段GA-5、GA-6、GA-8、GA-10吊裝并焊接完畢，然后吊裝邊跨橫梁；中跨60m長度的梁段，由廠內加工完成，用運輸船運至現場，采用一艘120t浮吊和200t浮吊整體抬吊安裝。

中跨在對兩根60m構件進行整體吊裝時，需要對航道進行3d的封航以保證梁段焊接完成；解除封航3d后，再次申請2d的封航，完成60m跨構件區域內設計要求的4根橫梁吊裝以及60m范圍外靠近主塔位置的單元一、單元六，然后解除封航。

在第二次解除封航后，懸索進行安裝。待懸索安裝完成后，對中跨60m范圍內的單元件二～單元件六進行封航吊裝，封航時間為3d，吊裝完成后解除封航，剩余單根構件采用塔吊進行吊裝，如圖4所示。

3.5 鋼梁不同工況下的受力計算

圖2 邊跨箱梁吊裝立面圖

（1）水中臨時支撐計算。運河內支架工況下，GA-7/GA-9拼長度60m，重量225t構件，整體吊裝。水中單組臨時支架承受的重量為113t。單組臨時支撐水下長度為32m，其中25m要打入土層；水上高度約為8.5m，共計40.5m。每組臨時支撐水面以上部分采用型鋼水平撐、斜撐等進行拉結。按照最不利荷載對臨時支撐進行安全計算，其主要承載梁段吊裝時的自重及施工荷載，選取最大重量的縱向梁段225t，每個在支架頂部設置6個支點，則每個支點的荷載為225/2/6=18.75t；施工荷載取1kN/m2，則每個支點的施工荷載為1×4.5×60/12=22.5kN（底板寬4.5m，長60m）。全部荷載通過調節短柱以集中荷載的形式傳遞給分配梁。考慮梁段吊裝時動力系數1.4，則分配梁上每個支點的荷載為（187.5+22.5）×1.4=294kN。

（2）鋼梁各個工況下的橋面測量監控。中跨60m：施工前對加勁梁60m段穩定性計算，考慮梁體自己重量產生的位移變化，設置梁體預拱度9.5cm，保證60m段加勁梁在安裝后產生的撓度與預拱度抵消，達到達橋線型，從而保證了施工技術上的安全性。主橋主跨60m鋼梁安裝完成后，實際監控檢測，梁安裝后線型滿足施工要求，與成橋線形基本一致。

圖3 邊跨人行道、箱梁間補檔鋼橫梁吊裝立面圖

4 施工中的創新點

4.1 “先梁后纜”施工工藝

主橋采用“先梁后纜”工藝，成功克服自錨式懸索橋“先纜后梁”工藝中臨時地錨在南方軟土地基的施工風險，且鋼梁可與主塔進行同步施工，縮短施工周期，減少了臨時錨碇的施工，節約了臨時錨碇施工費用341.68萬元。

4.2 鋼梁分段

對施工圖紙按現場實際情況及設備情況進行深化，減少了加勁梁的節段數量，減少現場焊縫數量，從而保證了焊縫的焊接質量，主跨采用了60m長節段安裝方式，安裝工期僅3d，后期縱橫梁安裝僅需5d，封航時間大大壓縮，保證了施工工期。節省了工期約30d，節約了跨纜吊機設備使用時間，間接節省費用20萬元。

圖4 中跨主塔根部、主跨60m及橫梁安裝

4.3 鋼梁吊裝

（1）施工圖通過深化，采用了大節段、少支架的方式，僅節段間采用支架支撐法，減少支架數量約20套，節約成本約50萬元，節約了現場施工工期近40d。通過大節段的施工工藝，使施工過程中避免了起重人員在水上高空頻繁作業，大大提高了施工的安全性，降低安全風險。

（2）將中跨加勁梁分成3段，中跨60m長加勁梁重225t，采用2臺起重船整體抬吊進行安裝。在通航安全性上，用常規支架法，支架間僅留28m通航凈寬，在繁忙的長湖申線航道上，船只雙向通航存在很大的安全隱患，且施工期間的維護存在較大的困難。

5 結束語

湖州市南潯區南潯大橋改建工程主橋為自錨式懸索橋，通過“先梁后纜”的施工工藝，減少了臨時錨碇的施工費用，橋面鋼梁安裝的節段分析以及施工圖紙深化，根據市場設備起重能力及現場條件對圖紙進行深化，按少支架方式進行施工，減少了現場焊接數量，保證鋼梁焊接質量，減少現場施工周期，保證橋梁整體施工進度。根據該工程鋼梁安裝的成功實施，總結了鋼梁加工前期結合現場實際對鋼梁加工進行圖紙深化，對少支架進行分配與計算，鋼梁安裝拼裝工藝及項目實施的經驗總結提供了一整套成功的創新方法，對類似鋼梁安裝施工有很強的借鑒意義，同時具有巨大的社會效益和經濟效益。