鋼混疊合梁斜拉橋主梁懸臂散拼線形控制施工技術研究

中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528403

1 工程概況

揭陽大橋跨越榕江南河，是揭惠連接線項目的控制性工程，橋梁全長2441.5m，主橋布置為138m+300m+138m=576m長的雙塔雙索面半漂浮體系鋼-混組合梁斜拉橋。橋面縱坡為3.8%，中跨及邊跨均處于R=6000m（R為豎曲線半徑）的圓弧豎曲線上。主梁采用雙邊“工”字形邊主梁結合混凝土橋面板的整體斷面，寬32.4m；索塔采用鉆石型索塔，塔高120m；索塔兩側各布置12對斜拉索，中跨及邊跨斜拉索梁上間距為11.7m，邊跨范圍斜拉索梁上間距為7.8m，索塔附近主梁無索區長度為31.2m，斜拉索梁上采用錨拉板錨固、塔上采用混凝土齒塊錨固；過渡墩墩身均采用空心柱式墩，墩身上接蓋梁；索塔、過渡墩樁基均采用鉆孔灌注樁。主橋橋面鋪裝采用100mm瀝青混凝土，防水黏結層采用環氧瀝青防水黏結層。揭陽大橋橋型布置圖如圖1所示。

圖1 揭陽大橋橋型布置圖（單位：m）

2 施工難點

（1）鋼梁拼裝精度要求高。主梁標準梁段采用全回轉吊機散件懸拼，所有工地連接均為高強螺栓連接，拼裝精度要求高。

（2）拼裝過程定位難度大。鋼梁桿件由全回轉吊機吊裝，吊裝時僅受吊點與吊鉤間鋼絲繩約束，桿件吊裝擺動幅度大、約束少，吊裝時受橫向側風、桿件自重撓度、吊裝操作等多因素影響，定位難度非常大。主縱梁調整到位后，臨時螺栓、臨時沖釘以及高強螺栓施工過程中易出現跑位現象。

（3）日照與溫差對鋼梁定位影響大。根據熱脹冷縮原理，大氣溫度的變化對橋梁結構的影響較為明顯。整體溫度的變化對鋼梁梁長、斜拉索索長影響最為明顯，當溫度升高，主梁與斜拉索均伸長，懸臂梁段呈伸展與下撓的狀態，當溫度降低時，主梁與斜拉索均縮短，懸臂梁段呈收縮與上揚的狀態。疊合梁截面在陽光的照射下，其向陽面溫度急劇上升，而背陽面的溫度隨環境緩慢上升。揭陽大橋主橋南北走向，受日照影響，早上與傍晚鋼梁左右幅主縱梁長度差異最大，主梁平面偏位明顯。斜拉橋主梁施工由于懸臂較長，溫度變化對主梁里程、偏距與高程均產生較大影響，故一般主梁施工選擇夜間溫度穩定時刻進行觀測放樣。但從安裝工藝、施工安全等角度考慮，鋼梁吊裝定位一般在白天進行。鋼梁定位如何減少日照與溫差影響是主梁懸臂散拼的難點。

3 主要施工方法

根據疊合梁結構分段特點，綜合考慮施工現場地形條件、吊裝條件進行疊合梁散拼吊裝設備選型。塔區梁段及邊跨墩頂梁段采用支架法安裝，大型汽車吊吊裝；懸臂梁段采用桅桿式全回轉吊機逐桿件吊裝。

疊合梁懸臂拼裝流程如下：邊主梁吊裝→橫梁吊裝→小縱梁及穩流板吊裝→斜拉索安裝及一張→橋面板安裝→全回轉吊機前移→濕接縫澆筑→上一節段橫向預應力張拉→斜拉索二張→下一節段循環。

4 主梁線形控制措施

4.1 鋼桁梁預拼裝

鋼梁在廠內按施工控制確定的預拼線形采用“3+2”形式進行全橋預拼裝，每輪次預拼裝長度不得小于5個梁段，預拼裝重點檢驗拼接節點栓孔的重合率和橋梁線形，預拼裝合格后進行涂裝等后續作業，并留下2個梁段參與下一輪的預拼裝。

構件在工廠進行試拼裝時，如果發現構件尺寸不符合時，即可在試拼裝場地進行尺寸修正和調整，避免在高空調整，減少高空作業難度并加快安裝速度，確保全橋順利架設。

試拼時場內拼裝數據可以為實際拼裝提供參考。鋼梁拱度、旁彎、扭曲累積誤差可以在架設過程中消除。

4.2 拼裝過程控制措施

（1）平面偏位控制措施。主縱梁吊裝定位后，受桿件出廠、制孔精度誤差等影響，在臨時螺栓、臨時沖釘以及高強螺栓施工過程中往往產生一定量平面偏位。該偏位可以在第一根橫梁安裝后與主縱梁形成框架而平面剛度較小時利用控制對角線長度來調整鋼梁偏位。橫梁安裝時，首先安裝最遠端橫梁，并與主縱梁栓接，在主縱梁前端與已安裝梁段間設置鋼絞線對角斜拉限位，調整鋼梁偏位，防止鋼梁框架變形作用。限位措施到位后繼續安裝剩余桿件。

（2）高程控制措施。疊合梁懸臂段采用全回轉吊機逐根桿件散拼成型，主縱梁安裝提前將2根主縱梁運至主梁端頭存放，斜角對稱進行吊裝，減少安裝時不平衡荷載影響懸拼主縱梁標高控制精度。懸臂梁段2根主縱梁最終控制標高一致，但逐根安裝時定位標高不同。一般監控計算斜拉橋主梁采用線單元宏觀模擬，無法直接分析左右不平衡狀態。第一根主縱梁吊裝分析將2根主縱梁分別以均布荷載與節點荷載（全回轉吊機反力）加載模擬，計算出已安裝梁段線形狀態，再根據制造線形夾角推算第一根主縱梁定位標高。第二個主縱梁吊裝分析直接建模加載自重，同樣根據制造線形夾角推算定位標高。

式中：H1為已安裝梁段后端計算標高，m；H2為已安裝梁段前端計算標高，m；H3為待安裝梁段前端標高，m；L1為已安裝梁段梁長，m；L2為待安裝梁段梁長，m；α為無應力拼裝線形夾角，°。

（3）主縱梁防扭控制措施。根據疊合梁懸臂拼裝流程，在鋼梁框架拼裝成型后安裝斜拉索并第一次張拉，然后安裝橋面板、行走全回轉吊機，再進行橋面濕接縫的澆筑與養生等強，最后進行斜拉索第二次張拉。橋面吊機前移至鋼梁前端，由于濕接縫未澆筑，橋面板與鋼梁未黏結呈整體，上部荷載均由鋼橫梁承擔，而鋼橫梁長度較長（28.9m），鋼橫梁在自重、橋面板荷載、橋面吊機荷載及濕接縫混凝土在荷載作用下變形下撓較大，從而造成主縱梁產生扭轉。另外，蓮花特大橋索塔為鉆石型索塔，拉索為空間索面，索力在橫橋向存在分力，鋼梁與橋面板黏結前加劇主縱梁扭轉趨勢。

經Midas Civil有限元軟件建模計算分析，澆筑濕接縫工況下，鋼橫梁在自重、橋面板荷載、橋面吊機荷載及濕接縫混凝土荷載作用下發生變形，由于主縱梁自身約束較弱，在鋼橫梁下撓后產生扭轉變形，主縱梁上翼緣向內位移3.8mm，下翼緣向外位移5.4mm。

由計算結構可知，主縱梁定位后隨著梁段荷載逐步增加，主縱梁呈扭轉趨勢，現行規范對鋼梁工地安裝桿件扭轉變形無明確規定，僅規定鋼梁中線偏位允許偏差小于10mm。由上述計算結果對比橋規允許偏差，單個節段主縱梁上下翼緣側向變形較小，但若置之不理將逐段累積造成扭轉變形過大，難以處理。

為保證主縱梁安裝精度，防止扭轉誤差累積，在不調整疊合梁施工工序的情況下，采用鋼橫梁拼接板制孔時提前控制孔距預偏孔群角度，鋼梁懸臂拼裝橫梁與主縱梁間采用沖釘強制對位，實現主縱梁預扭轉，從而達到在后續荷載作用下主縱梁豎直無扭轉狀態。

4.3 溫差影響的消除措施

鋼梁施工控制以20℃作為鋼梁線形計算基準溫度，鋼梁實際線形受日照及溫差影響，懸臂鋼梁線形在每日不同時段呈不同狀態，懸臂越大溫差影響越大。施工過程中為搶抓進度須晝夜連續施工，鋼梁拼裝無法在恒定時間段定位安裝。

為保證拼裝線形精度主縱梁軸線偏位控制采用“趨勢法”分析，即主縱梁定位前，首先復測已安裝梁段軸線偏位情況，然后以塔端向懸臂段做射線延伸計算待安裝主縱梁定位數據。高程定位采用“相對高差法”控制，即主縱梁安裝時先觀測已安裝梁段標高H1，再根據拼裝線形梁段相對高差Δh反算待安裝梁段主縱梁標高H2，進而消除溫差影響。夜間溫度穩定時段再次核對鋼梁絕對高程與拼裝線形偏差。

5 結束語

斜拉橋鋼混疊合梁懸拼散拼對精度要求極高，應采用預拼裝措施控制無應力線形。鋼梁定位安裝應充分考慮施工環境、結構特點及施工工序影響，制訂并落實定位措施、糾偏措施以及防變形措施，以確保橋梁線形實現，避免影響橋梁結構安全性與耐久性。