某特大橋陸地區(qū)超寬超重鋼箱梁架設關鍵技術

陳宏寶

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 應用背景

隨著國民經濟和公路縱深發(fā)展的需要，我國建造了一大批具有影響力的跨江和跨海大橋。特大橋的建設和技術發(fā)展體現(xiàn)了國家的技術水平和經濟實力。為推進公路建設轉型升級，提升公路橋梁品質，充分發(fā)揮鋼結構橋梁性能優(yōu)勢，交通運輸部研究決定推進公路鋼結構橋梁（包括鋼箱梁、鋼桁梁、鋼混組合梁等橋梁）建設[1]。鋼結構橋梁節(jié)段自重大，運輸、轉場和架設等施工工序對設備性能要求極高，在跨江和海灣具有良好水深環(huán)境中，可利用大型運輸和起重船舶予以實現(xiàn)。在城市，交通便利，只要節(jié)段重量分塊合理，施工難度也相對較小。當鋼橋位于城市以外交通不便的陸地區(qū)，可靠有效的架設方案選擇顯得尤為重要。

2 工程概況

池州長江公路大橋主橋采用單側不對稱混合梁斜拉橋（主跨828 m），大橋北岸樅陽側北主墩（Z4號）位于長江大堤二級壓浸臺上，北邊跨和輔助跨全長240 m，均地處陸地區(qū)，上部結構采用現(xiàn)澆預應力混凝土箱梁（Z0號-Z3號，長144 m）與鋼箱梁（Z3以南，長1 301 m）相結合結構構造，橋跨布置為3×48 m+96 m（橋跨總體布置見圖1）[2]。鋼混結合段為鋼箱梁和混凝土箱梁過渡連接段，位于Z3號墩墩頂靠江側，節(jié)段長度12.2 m，高度3.5 m，橋面（含風嘴）全寬39 m，一次性吊裝重量達550 t（鋼混結合段橫斷面布置見圖2）。

圖1 池州長江公路大橋主橋北邊跨和輔助跨布置圖（m）Fig.1 Layout of north side span and auxiliary span of Chizhou Yangtze River Highway Bridge(m)

圖2 鋼混結合段（DJH）橫斷面布置圖（mm）Fig.2 Cross-sectional layout of the steel mixing section(DJH)(mm)

3 陸地區(qū)鋼箱梁架設方案比選

Z4號北主墩所處位置二級壓浸臺上，均在常水位以上，相當于陸地Z3號-Z4號墩之間共有5片鋼箱梁（含鋼混結合段）。該5片鋼箱梁上跨交通繁忙的長江大堤（縣道X028）。施工準備階段共考慮了3種方案，即高支架滑移方案，繞塔矮支架滑移+變幅式橋面吊機吊裝方案，繞塔矮支架滑移+提升門架提升方案。

3.1 高支架滑移

與塔區(qū)3片和中跨岸灘區(qū)2片，累計共10片梁段，一并搭設整跨高支架（見圖3），從江側采用大型起重船逐塊起吊鋼箱梁，按先后順序越過索塔塔柱滑移就位。本項目鋼箱梁斜拉索錨固構造為錨箱結構，錨箱位于風嘴內，由于鋼箱梁需要從索塔兩塔柱之間穿越，錨箱和風嘴需要現(xiàn)場后裝，焊接質量和索導管精度均難以保證。

圖3 縱向滑移高支架布置總圖（方案1）Fig.3 General plan of vertical sliding height bracket arrangement(Option 1)

3.2 繞塔矮支架滑移+變幅式橋面吊機吊裝

與高支架對應的是搭設繞塔矮支架（見圖4），繞塔矮支架分3段，江側縱移段布置在索塔的上游或下游一側，岸側縱移段布置在橋位的正下方，兩段縱移支架在索塔靠岸側用橫移支架連成整體。為確保大堤縣道暢通，矮支架頂標高與長江大堤堤頂保持一致。輔助跨鋼箱梁就位按照先縱移過塔→再橫移至橋位正下方→最后縱移至待安裝梁段的正下方。

輔助跨標準梁段（D1）與中跨標準梁段采用橋面吊機同步對稱懸臂吊裝施工。鋼混結合段在工廠內加工成長度大致均分的梁，使得單個梁段吊裝重量均小于橋面吊機額定吊重，繼續(xù)采用橋面吊機吊裝。該方案的不足之處有3點：1）鋼混結合段內部結構復雜，現(xiàn)場焊接質量難以保證；2）靠Z3號墩一側梁段與墩身重疊2.2 m，鋼混結合段不能正位起吊，需要采用變幅式橋面吊機[3]起吊就位，該2個分塊的吊裝順序為先岸側（與混凝土箱梁對接）后江側（相當于邊跨合龍段），投入大；3）鋼混結合段起吊安裝時間較晚，需要等待鋼混接頭與邊跨混凝土梁連接后，才能繼續(xù)主橋上部結構施工，工期推遲至少45 d以上。

圖4 變幅式橋面吊機+繞塔矮支架布置總圖（方案2）Fig.4 General plan of deck crane with variable amplitude and low bracket arrangement of winding tower(Option 2)

3.3 繞塔矮支架滑移+提升門架提升

本方案（見圖5）與方案2的區(qū)別是鋼混結合段的吊梁方式。鋼混結合段整體制造，滑移至Z3號墩靠江側的矮支架上，然后搭設提升門架[4]提梁，提升門架兼具提升和縱移功能。鋼混結合段提升至橋面高度后，啟動縱移千斤頂，將鋼混結合段縱移至其設計位置，利用門架搭設斜支撐臨時就位后，再搭設高支架，將鋼混結合段的江側支點（岸側支點在Z3號墩頂）從臨時改為可靠的落地轉換支架上，完成鋼混結合段的提升就位。由于不采用橋面吊機起吊，可先期完成起吊，確保邊跨鋼混結合段提前與混凝土箱梁結合后備用，施工質量可靠，施工工期顯著縮短。

繞塔矮支架規(guī)避了所有輔助跨鋼箱梁（5片）風嘴后裝的風險，提升門架解決了超寬和超高、超重鋼箱梁難以采用常規(guī)吊裝工藝的麻煩，且在3種方案中支架和設備投入量較小。另外，提升門架與龍門吊以及大噸位吊車等其他起升設備均進行了比選。門式起重機在使用過程中非常方便，但門式起重機對場地要求比較嚴格，安裝、運輸一次都需要大量的時間、人力和物力，且門式起重機為特種設備，必須有專業(yè)安裝操作人員，還需要通過質量技術監(jiān)督部門的驗收，才可以投入使用。市場上也很少有性能參數(shù)達到500 t吊重和50 m吊高的吊車，即便抬吊。橋位兩側為民房，基本不具備大面積開闊場地供吊車占位。

圖5 門架提升+繞塔矮支架布置總圖（方案3）Fig.5 Gate frame lifting+winding tower short bracket layout master map(Option 3)

經綜合比選，采用方案3，即“繞塔矮支架滑移+提升門架提升”作為鋼混結合段起升就位的方案。

4 提升門架設計與施工

4.1 提升門架設計

根據(jù)提升門架的功能和使用要求，其結構主要由五大系統(tǒng)組成，由下向上依次為鋼管支撐系統(tǒng)、載荷轉換支架、主梁系統(tǒng)、操作平臺和提升系統(tǒng)。鋼混結合段提升門架系統(tǒng)見圖6。門架主要系統(tǒng)簡介如下：

1）鋼管支撐系統(tǒng)，采用現(xiàn)場已有大量的φ800×10鋼管樁，江側落地支架采用格構柱[5]型式，岸側采用排架樁[5-6]支撐在Z3號墩頂靠岸側；

2）荷載轉換系統(tǒng)，在梁段提升至橋面后，利用江側格構柱搭設鋼管斜支撐（岸側支撐在Z3號墩），拆除門架前搭設落地支架，將梁段江側擱置支撐點轉換至落地支架頂；

3）主梁系統(tǒng)，為一次性使用，采用剛度大自重輕的國產321型貝雷梁組，貝雷梁自重輕，易裝拆，且可由多種組合可供選擇，為臨時結構首選[7]。通過先移梁后搭設門架再提升梁段，將主梁由橫橋向（跨距＞39.0 m）布置調整為縱橋向布置，即門架縱橋向跨距取13.0 m＞梁長12.2 m；

4）提升設備采用4套450 t行程200 mm的連續(xù)千斤頂，縱移（2.2 m）設備采用4套60 t行程200 mm的穿心千斤頂。貝雷主梁頂設縱向整體移動軌道（2HM588×300型鋼），確保各起吊點縱移同步。

圖6 提升門架結構示意圖（mm）Fig.6 Structure diagram of lifting door frame(mm)

對提升門架采用MIDIS軟件[8]建模進行結構分析計算，鋼混結合段提升至安裝高度，往Z3號墩滑移2.2 m，在風速13.6 m/s作用下，為最不利工況，提升門架貝雷梁最大應力σmax=220.6 MPa＜[σ]=257 MPa，鋼管支架最大應力 83.7 MPa＜[σ]=170 MPa，貝雷梁最大變形-31 mm＜L/500=42 mm。可見，提升門架結構強度和剛度滿足要求。

4.2 提升方案施工

1）提升門架搭設

基礎及立柱鋼管樁施工，基礎鋼管樁與鋼箱梁滑移矮支架一并采用“履帶吊+振動錘”搭設到位，鋼管樁的沉樁貫入度控制為主，標高進行校核，確保樁基承載力。立柱之間采用φ426×6鋼管平聯(lián)和斜撐，減小立柱的懸臂端長度，確保格構柱和排架樁抗壓穩(wěn)定性和立柱的整體穩(wěn)定性。其中，立柱鋼管樁在鋼混結合段就位后開始搭設，轉換支架在鋼混結合段提升到位后開始搭設，兩道工序前置工序必須完成后才能進行本道工序，不能錯亂。

立柱頂分配梁安裝，采用雙拼2HM800×300型鋼，安裝前對立柱頂進行加勁處理。

貝雷縱向主梁安裝，貝雷桁架采用標準花架連接成4榀分別進行吊裝，要求節(jié)點位于分配梁頂，用U形卡固定。相鄰榀貝雷桁架之間采用型鋼剪刀撐和平聯(lián)進行連接，提高主梁的整體穩(wěn)定性。貝雷梁5片1榀，單榀長27 m，重13.5 t，采用80 t履帶吊直接起吊安裝。

提升系統(tǒng)等附屬設施安裝，由于主梁提升至橋面以上后，需要縱向向岸側平移2.2 m后才能準確落梁就位。因此，主梁上需設連續(xù)千斤頂縱移軌道?？v移軌道由2HM588×300型鋼組成，卡固在貝雷主梁上，縱移采用精軋螺紋粗鋼筋拖拉的方式進行。

2）提梁施工

提升門架安裝完成后，對各個構件進行全面檢查和完善，然后才能進行試吊和最終提升作業(yè)。試吊過程中，在主梁跨中和立柱頂設置沉降觀測和變形觀測點，實測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)吻合后，開始正式起吊。鋼混結合段提升安裝步驟示意圖見圖7。

圖7 鋼混結合段提升施工步驟示意圖Fig.7 Construction step diagram of steel mixing section lifting

5 結語

1）超重鋼箱梁的運梁和架梁方案的選取，直接關系到施工成本和施工質量。本工程先后考慮了1種高支架和2種矮支架實施方案，在對方案進行充分經濟技術比較后，最終選擇“繞塔矮支架滑移+提升門架提升”工藝，滿足了現(xiàn)場施工需要，節(jié)約了工期，且減小了支架材料和設備的投入，節(jié)省了大量的施工成本。

2）按照常規(guī)思路，先門架搭設后移梁再吊梁，進行鋼混結合段吊裝施工。因江側門架需要滿足鋼箱梁滑移通過，導致提升門架的橫橋向跨距超過39 m，對主梁的抗彎性能要求極高。施工采用先移梁后搭設門架，最后提升安裝，將提升門架的跨距降低了2/3，門架主梁的受力安全儲備顯著提高，現(xiàn)場安全可控，臨時措施材料投入也有一定程度地減少。

3）提升門架施工完成后，經過現(xiàn)場驗證，結構安全可靠，各構件內力和變形基本與設計相符。目前池州長江公路大橋跨江主橋輔助跨鋼混結合段已施工完成，經檢驗，性能優(yōu)良，外觀優(yōu)美，為類似大橋超寬、超高和超重鋼箱梁施工提供了寶貴的經驗。