大跨度鋼桁拱梁架設施工技術應用探討

摘要：以某大跨徑鋼桁拱橋梁工程為例，在概述橋梁結構概況及施工重難點的基礎上，提出鋼桁拱梁架設方案，并從邊跨段架設、中跨拱肋懸臂架設、鋼桁拱合龍、拱上爬坡吊機施工等方面，對該大跨度鋼桁拱梁架設施工技術要點進行研究。研究結果表明：該鋼桁拱橋梁采用的先邊跨后中跨的架設方案能有效克服地面施工限制，解決懸臂架設抗傾覆難度，實現了中跨鋼桁拱精確快速合龍，保證了鋼桁拱橋梁架設施工過程的安全性和效率性。

關鍵詞：鋼桁拱梁；架設；臨時支墩；合龍；施工

0" "引言

鋼桁拱橋梁一般由剛性桁拱和柔性吊桿結構組合而成，在公路及鐵路橋梁中應用較為廣泛。鋼桁拱梁結構通常在兩端設置單孔或多孔平弦鋼桁梁，并在中間增設拱跨結構。平弦段一般采用支架法施工，拱跨部鋼梁則通過安裝于主墩頂鋼梁頂面的吊索塔架輔助施工，在吊索塔架前后增設拉索，以起到輔助鋼梁受力的作用。鋼梁架設合龍則通過拉索內力調整、鋼梁內力及變形的改變而實現[1]。但吊索塔架輔助施工往往因自身結構高出墩頂鋼梁，而存在較大的拼裝難度。

本文以某大跨徑鋼桁拱橋梁工程為例，在概述橋梁結構概況及施工重難點的基礎上，提出鋼桁拱梁架設方案，并從邊跨段架設、中跨拱肋懸臂架設、鋼桁拱合龍、拱上爬坡吊機施工等方面，對該大跨度鋼桁拱梁架設施工技術要點進行研究。

1" "工程概況

某大橋主橋跨徑108m+288m+108m，邊跨和中跨跨度比均為0.375，兩片鋼桁架組成的主桁結構中心距為37m，屬于當前國內桁間距較寬的鋼桁拱橋；主跨拱圈矢高55m，矢跨比為1：4.8。拱肋下弦拱軸線和上弦拱軸線中跨部位均為二次拋物線設計，并通過半徑150m的反向圓曲線與邊跨上弦平穩過渡。

鋼桁拱肋跨中、中支點及邊支點處設計桁高分別為8.0m、34.45m和13.0m，主桁節間長度12.0m。1#橋墩設置固定支座，縱向活動支座則設置在其余橋墩。橋面以下的拱橋高度為12m，橋梁立面布置情況詳見圖1。

以平行高強鋼絲吊索為吊桿，拱肋各節點均設置2根抗拉強度1670MPa的109-Φ7mm型高強低松弛鍍鋅鋼絲。以冷鑄墩頭錨為主要錨具。為便于吊索更換，吊桿按照12m間距布置，并使用雙根索。橋面設置鋼正交異型橋面板，橫橋向設置6道高度734mm的小縱梁，將縱梁頂板焊接于橋面板上。從下弦節點處開始沿著縱橋向按3m間隔設置魚腹形橫梁。

2" "鋼桁拱梁架設方案

為便于邊跨平弦鋼桁梁架設，該大跨度鋼桁拱梁邊跨分別布置4個臨時墩。待完成邊跨鋼梁架設后，繼續架設中跨鋼桁拱懸臂。由于受到墩頂鋼梁桿件應力的作用，在4個節間架設拱跨懸臂時桿件應力一旦達到允許值，就需要設置1#臨時支點。

在繼續架設4個節間后則需要設置2#臨時支點，直到完成鋼桁拱施工和橋面系桿合龍。鋼桁拱梁架設施工期間，因結構自重所引起的鋼梁整體偏移較大，南岸臨時支墩根據設計位置布置即可，而北岸1#及2#臨時支墩則必須向跨中偏移0.6m和0.3m。

在該大跨度鋼桁拱梁架設施工時，首先按照監控要求，調整邊跨鋼梁線形及標高。通過爬坡吊機以仰角姿態懸臂架設鋼桁拱節，并安裝臨時桿件、系桿及橋面系，通過超墊方式將1#臨時支墩頂緊。

在此基礎上，繼續架設鋼桁拱到第8節間，并安裝臨時桿件、系桿及橋面系，仍以超墊方式將2#支墩頂緊。繼續架設鋼桁拱到合龍口，考慮到前述鋼桁拱均通過仰角姿態架設，通過主動控制臨時墩標高的措施，使其滿足拱桁弦桿合龍要求。合龍時只需將臨時支墩墩頂標高下調，進行拱桁合龍。最后將1#臨時支墩卸除，并將2#臨時支墩墩頂標高下調，實現橋面系桿及全橋合龍。安裝好吊桿和橋面系后，將剛性撐桿拆除。

3" "鋼桁拱梁架設施工

3.1" " 邊跨段架設施工

該鋼桁拱梁南岸邊跨，面臨沿河干道禁止封閉、防洪及運梁通道留設等方面的要求，支架必須順次跨越運梁通道、防洪及沿河道路。南岸邊跨鋼桁梁支架設置詳見圖1。根據鋼桁梁節點進行支墩設置，其中4#和5#支墩跨越道路，無法在桁架支點上架設，只能增設縱向分配梁。10#支墩因多承受2個節間懸臂自重，必須采用樁基礎形式。

沿邊跨段鋼桁梁上、下游外側縱向軌道梁設置支架，除1#支墩設置在承臺上外，其余支架基礎均為擴大基礎。采用與邊跨支架基礎相同的持力層處理方式。軌道設置在支架頂，并安裝1臺跨徑54m、設計吊重800kN、總吊高55m的龍門吊機，用于完成由單根桿件散拼的邊跨鋼桁梁、橋面板、全部桿件及節段等的吊裝。

3.2" " 中跨拱肋懸臂架設

該橋梁邊中跨比比同類型橋略小，為保證橋其中跨懸臂架設過程中抗傾覆穩定系數不小于1.3的設計值，必須在邊跨內壓重處理。當壓重處理面臨空間不足、邊跨鋼桁梁應力增大等問題時，在邊支點處吊重或錨拉[2]。

根據模擬分析結果可知，該鋼桁梁橋若只進行邊跨壓重，必將增大邊跨鋼桁梁應力水平；若在邊跨下吊重，則邊支點會對主體結構施加慣性沖擊[3]。為此，在該鋼桁拱梁北岸邊跨3#墩邊支點后增設臨時桁架節間，以達到抗傾覆力矩增大的目的。同時在臨時桁架節間和1～4節間內，按照21744kN/桁的質量壓重。

南岸邊跨因曲線寬度逐漸增大（見圖2），只能在第3節間后設置錨索，為增大抗傾覆力矩，將合龍口設置在偏南岸側，并在1～5節間內按照14100kN/桁的質量壓重。在0#墩處通過鋼絞線束連接邊跨端桁梁和承臺，并進行預拉。通過以上操作，可基本解決邊跨鋼桁梁因壓重而出現承載能力不足問題。

壓重物為標準混凝土塊，稱重后堆碼在橋梁結構上，為增強結構整體性，還應將兩層縱橫分配梁鋪設在壓重塊和橋面板之間。3次壓重均安排在中跨節間架設后、扣錨索掛設前進行，中跨架設施工數據具體見表1。根據表1可知，應用以上處理措施后，拱肋懸臂架設施工期間結構穩定性、應力水平、前端下撓等問題均得到成功解決，節間抗傾覆系數值均達到1.3以上的設計值。

該鋼桁拱梁南岸和北岸側多組鋼管+聯結系形式的塔架，高度分別為89.6m和88.1m。吊索塔架底部鉸接于1#和2#主墩頂拱肋節點。

通過錨具和夾片，將塔架頂張拉端錨固于錨固梁段。這種處理能使中跨懸臂段結構內力明顯改善、下撓變形得到控制，邊跨壓重能力有效提升。

北岸側邊跨臨近3#墩的節間恰好處于曲線寬度增大段，對應的2根錨索必然產生橫橋向不平衡水平力和塔架附加應力，不利于塔架及鉸支座受力。根據模擬分析，將北岸側錨索錨固點前移至第3～5節間前端后，可顯著改善以上受力不利的局面。

3.3" " 鋼桁拱合龍

考慮到鋼桁拱橋梁結構高大，連接點多，必須將合龍兩端主桁高程、里程、轉角、軸線偏位等偏差全部清零，使其達到頂平狀態[4]后再進行合龍。按照這一思路，根據設計標高安裝中支點，借助邊支點預降低吊索塔架，以降低中跨懸臂端下撓，并起到控制面內轉角和合龍口高程的作用。通過預偏移活動支座側1/2鋼桁拱梁，補償拱肋扣索壓縮及溫差變化，最終保證合龍精度。

3.4" " 拱上爬坡吊機施工

該大跨度鋼桁拱橋側邊跨部分鋼桁梁、中跨鋼桁梁、橋面板等架設，均使用爬坡吊機。為控制爬坡吊機移動次數，綜合考慮鋼桁拱受力、吊機吊重、拱肋頂部曲率及爬坡軌道穩定性，按照吊機一次前移錨固量架設2個節間控制。

該橋梁鋼桁拱梁架設施工所用爬坡吊機由軌排、走行機構、支承及錨固機構、底盤機構、臂桿式起重機構等部分組成，具體情況見圖3。爬坡吊機主副鉤設計吊重分別為100t和15t，回轉角度為±90°，可實現全回轉；起重力矩最大為25000kN·m，吊距最大為35m，起升高度最大為150m，整機質量400t。

爬坡吊機的移動，通過設置在前方拱頂和走形臺車之間的滑輪組及卷揚機牽引驅動完成。施工開始后，先將軌排吊運至鋼拱梁之上，將牽引滑輪組安裝在焊接于鋼拱梁上弦桿的臨時錨拉板上，將牽引繩收緊后卸除后錨固。同時收起前支點液壓缸，使爬坡吊機平穩運行于軌道。走行臺車通過卷揚機牽引滑輪組的形式，帶動吊機前移。

就位后爬坡吊機前支點水平和豎向承壓。將上底盤調整至水平狀態后，通過銷軸錨固前支點和錨固拉板。同時將前支點和后支點液壓缸伸出，以使吊機質量全部轉移至前后支點。最后借助底盤間調平螺桿調平上底盤和起重機構。

拱上爬坡吊機施工過程中，前后支點反力最大值可達到2766kN和1225kN，為避免局部應力集中于支點處，并有效分散傳力，必須采用大剛度全焊接鋼結構軌排，且軌排支點須重合于拱肋上弦桿腹板中線。前、后錨固點分別按照錨拉板形式和兜掛于上弦桿底部的框架形式設計。

通過以上處理，支點反力處桿件頂板、腹板應力水平及穩定性，均能達到設計要求。該橋梁通車運營后的動、靜載試驗結果也表明，橋梁振頻、振型、沖擊系數、應力、阻尼比、線形等實測值，均滿足規范及設計要求。

4" "結語

綜上所述，該大跨度鋼桁拱橋梁面臨環境受限、施工難度大、施工控制精度高的難題，通過架設施工方案的優化設計，有效克服了交通、水文地質條件限制。在中跨鋼桁拱架設時采用先拱后梁，在南岸和北岸側分別增設尾部平衡梁和吊索塔架錨索，避開鋼桁梁曲線段。同時減小懸臂端下撓、改善結構內力，以保證鋼桁拱橋梁架設施工的安全與穩定。該橋梁通車運營后的動、靜載試驗結果也表明，橋梁振頻、振型、沖擊系數、應力、阻尼比、線形等實測值均滿足規范及設計要求。

參考文獻

[1] 蔣本俊，劉生奇，胡帆.武漢漢江灣橋連續鋼桁拱架設關鍵技術[J].橋梁建設，2022，52（1）：9-17.

[2] 蔣本俊，余昆.湖北秭歸長江公路大橋鋼桁拱架設技術[J].施工技術，2021，50（12）：61-64+99.

[3] 由瑞凱，劉穎，周仁忠.橫琴二橋主橋鋼桁拱架設控制關鍵技術研究[J].施工技術，2017，46（S1）：869-873.

[4] 吳銀根.安泰路直湖港大橋鋼桁拱架設方案優化[J].城市道橋與防洪，2017（3）：167-169+17.