跨既有航道連續鋼桁架橋架設關鍵技術

黃永銀,宗寧雯,華智健

(江蘇滬寧鋼機股份有限公司，江蘇 宜興 214231)

1 工程概況

昆山青陽港航道整治工程按Ⅲ級航道標準建設，通航凈空為60 m×7 m，原青陽港航道上的金浦橋老橋位通航凈空不滿足Ⅲ級通航要求，采用原位改建方案。新建金浦大橋的孔跨布置為：(30.2+54+90+54+31.5)+(2×30.65) m，橋梁全長328.08 m。

橋梁位于縱坡3.4%、半徑1 600 m的凸型豎曲線上，主跨橋墩位于水中，主跨90 m，河道寬約120 m。鋼桁架橋建筑效果如圖1所示，結構效果如圖2所示。

主橋主梁采用等高度鋼箱梁，采用整幅單箱三室斷面，箱梁中心線處梁高2.2 m，底板水平布置，頂板設2.0%雙向橫坡，鋼箱梁橋面寬33.9 m(見圖3)。采用全焊接。全橋橫向設置兩片桁架，桁架之間無橫撐。上下弦桿及腹桿均采用四邊形鋼箱截面。鋼箱梁、鋼桁架均全焊接結構。

2 架設方案選擇

主橋所跨青陽港航道為五級航道，是當地重要的內河運輸航道，施工時無法連續封航。該橋位于城市中心位置，橋位兩側緊鄰城市建筑和公園綠化，無法利用兩側場地進行大面積施工，鑒于以上受限條件，鋼箱梁采用工廠大節段制作并水運至橋位，河中預留40 m通航孔，在通航孔兩側河岸及岸上地面設置滑移臨時墩和滑移梁，利用浮吊吊裝+滑移的架設方案，邊跨鋼梁分段采用滑移方案，中跨鋼梁浮吊吊裝方案，鋼桁架桿件采用汽車吊在橋面直接吊裝，該方案保留了航道的通航功能，降低了對航道運輸影響，同時將吊裝工作面置于河道，避開了地面吊裝站位對場地的要求。

3 關鍵技術

3.1 滑移支架的設計與布置

根據施工方案，將鋼橋劃分為3個施工分區(見圖4)施工流程如圖5所示，0號墩～2號墩，3號墩～5號墩為滑移區，2號墩～3號墩為吊裝區(見圖6)。分別在3個分區設置滑移支架和吊裝支架，地面支架采用擴大基礎，支架之間設置滑道梁；水中支架立柱采用鋼管樁沉樁。

共設置2組滑移軌道進行滑移施工，滑移軌道間距為23.28 m，每組軌道下方設置雙排鋼管柱，雙排鋼管柱間距2 m(見圖7)。

滑移支架由滑移軌道梁、分配梁、鋼管柱組成，軌道梁為φ900 mm×600 mm×16 mm×28 mm的箱形梁，分配梁。分配梁為H400×300以上型鋼，鋼管柱間用P180×6斜撐連接，增強整體穩定性。軌道梁上設置軌道(43 kg/m級的鋼軌)，軌道和軌道梁通過壓板連接。

3.2 滑移施工原理

滑移區每鋼梁節段滑移時設置4個滑靴，如圖8所示。滑靴為H300×300×10×15型鋼組成，滑靴位于鋼梁內隔板處，滑靴底部設置有限位，鋼梁尾部設置頂推機構，頂推鋼梁節段向前滑移(見圖9)。

3.3 滑移施工技術及分析

3.3.1 滑移施工技術

滑移施工主要通過液壓爬行器作為驅動裝置，在橋體上設置多個頂推點，液壓爬行器同時進行驅動作業，促使結構在滑移軌道上實現整體滑移作業。該驅動裝置屬于組合式結構，兩端分別與滑移軌道和構件相連，其中與構件或者胎架相連側為鉸接形式。

采用滑移進行鋼結構橋體安裝工程，具備很多優勢：橋體自重大，安裝空間有限，使用滑移施工，能夠很好的解決這一問題，滑移設備體積小，承載能力大，適合用于在狹小空間內，進行滑移工作；橋體滑移過程中，通過多點頂推，實現整體滑移，多個受力點的布置，能夠有效的分散下部支撐結構的豎向荷載；保證了滑移施工質量，可靠性高、安全性好。

液壓滑移施工[1]主要采用三個設備：1)液壓爬行器；2)液壓泵源系統；3)同步控制系統。

其中，液壓爬行器采用自鎖型爬行器，該爬行器具有同步性好、精準度高的優點。其夾緊軌道，形成反力，繼而使設備推移，完成滑移作業。

首先爬行器與軌道夾緊，液壓缸伸缸，推動鋼結構朝既定方向滑移300 mm；然后滑移構件不動，液壓缸縮缸，夾緊裝置與軌道脫離，從而夾緊裝置向相應方向移動300 mm；此為一個滑移工序，在整個橋梁頂推滑移的過程中，為使構件達到相應位置，其工作內容即由多個此類滑移工序組成，通過反復伸缸，縮缸操作，構件滑移至目標位置，此時頂推滑移作業完成(見圖10)。

3.3.2 滑移施工模擬分析

通過仿真分析表明，橋體滑移順序，上部構件的安裝順序對橋體結構的內力及變形有著顯著影響。故有必要對昆山金浦橋鋼結構的安裝全過程進行施工模擬分析。在橋梁安裝施工分析中，通過使用有限元分析軟件，根據施工方案將橋體拆分成幾個部分，按照施工順序依次激活對應部分，根據現場實際安裝方法進行施工模擬[2-4]，模擬鋼結構橋體在整個施工安裝過程中，隨著荷載及邊界條件的改變，構件剛度及其內力的變化情況。

本工程的施工過程由15個安裝步驟和3個卸載步驟組成，通過有限元分析軟件分析得出每個施工步驟過程中結構的變形及各個桿件的內力，應力等數據信息，通過這一系列分析，有利于找出施工過程中最大變形及應力發生位置，從而確定最不利部位，有助于提前預警，并在實際施工過程中做好監測預防工作，相應部位做好加強措施，確保施工質量及安全性。

圖11,圖12為施工過程中較為典型的數值模擬分析結構。結合整個施工階段數值模擬分析來看，在整個施工過程中，構件最大變形為36 mm，鋼橋最大應力為55 MPa，均發生在卸載完成時。數值結果表明，此施工方案中的施工工藝具備切實可行性，滑移及卸載過程中橋體變形，桿件應力均能滿足設計要求。

3.4 滑移質量控制措施

滑移質量的控制主要分為三個階段：滑移前準備及檢查；滑移過程中質量控制；落梁及糾偏施工。在頂推滑移之前，需對滑移過程中所用設備及輔助設施做好安全檢查工作；對夾具進行預加載，使每個夾具處于基本相同的鎖緊狀態。

橋梁的頂推滑移采用分級加載的方式進行，壓力荷載按照20%，40%，60%，80%，90%，100%的順序逐級施加，在結構即將滑移時停止推進工作，保持現有壓力荷載，對滑移設備進行進一步安全檢查，并檢查結構的穩定性，確保施工安全性，繼而繼續進行滑移作業。

滑移過程中，監測實時壓力及荷載變化情況，確保施工安全性，須確保各個滑移設備同步滑移，爬行器相對誤差小于20 mm，減少爬行器的同步滑移誤差對結構的影響。

在滑移過程中，為保證滑移施工的安全可靠性，在鋼桁架與軌道交接處設置橫向限位擋塊，以確保在鋼桁架滑移過程中不至滑出軌道。且由于爬行器類型為液壓爬行器，其對軌道的沖擊性較小，使整個滑移過程的質量及安全性得到進一步保證。

橋體是通過滑移繼而就位的，橋墩上存在墊塊和支座，橋體置于墊塊及支座上進行滑移，故其滑移到位后，其標高高于設計狀態，需進行落梁就位工作。在每組滑靴對應的軌道梁位置各布置一組落梁反力架，用于調整結構豎向與水平位置，調整過程中也務必講究同步性。

4 結語

昆山金浦橋屬于連續桁架鋼結構橋，由于其所處安裝環境受限，故采用“分段滑移+分段吊裝”的施工方式進行安裝。滑移支架的設計與布置，很好的保證了滑移過程中橋體結構受力的合理性，而且頂推滑移技術具有極強的可操作性，在狹小的施工環境內，減少了安裝時間，提高了施工精度，保證了施工的安全性，具有良好的經濟社會效益。通過有限元分析軟件對施工全過程進行模擬分析，得出此種施工方案具備極高的可行性，為以后此類工程的施工提供了充分的理論依據。