鋼塔鋼箱梁自錨式懸索橋塔梁同步施工關(guān)鍵技術(shù)

黎建寧 甄玉杰 代子洲 羅國龍

中建三局集團有限公司 陜西 西安 710065

1 工程概況

西安市建材北路（北辰大道—迎賓大道）工程為東西走向，起于北辰大道，經(jīng)廣運潭大道，灞河西路、灞河?xùn)|路，接港務(wù)南路，止于迎賓大道，全長2.318 km，等級為城市主干路。

建材北路跨灞河橋主橋采用雙塔空間索面自錨式懸索橋，結(jié)構(gòu)體系為半漂浮體系，矢跨比為1/4.02，跨徑布置為（50＋116＋300＋116＋50）m，全長632 m，加勁梁和橋塔均為鋼結(jié)構(gòu)，鋼箱梁頂板寬56 m，橋塔高123 m。

全橋共設(shè)2根主纜，空間線形布置，主梁錨固點處主纜橫向間距為47.9 m，橋塔處理論交點橫橋向的中心間距為0.5 m，中跨跨中主纜橫向間距為41.316 m。橋形總體布置如圖1所示。

圖1 橋形總體布置示意

橋塔為紡錘形，位于橋梁中央分隔帶內(nèi)，橫向為獨柱，截面為鋼箱形截面，橋塔全高為123 m，其中橋面以上100 m（包括塔頂27 m裝飾結(jié)構(gòu)），橋面以下23 m。塔柱橫橋向在加勁梁處寬6 m，加勁梁以下直線增大為10 m，加勁梁以上曲線漸變至索鞍處10.6 m；順橋向由2根弓形塔柱組成，在頂部、根部合并在一起，組成紡錘形，根部外輪廓寬11 m，中間最大處寬20 m，塔柱之間設(shè)5道橫撐。

加勁梁采用整體鋼箱梁結(jié)構(gòu)，單箱11室。橋梁中心線處梁高4.0 m，橫向變高，梁底水平，頂面設(shè)1.5%雙向排水坡。懸臂部分底部斜向上直線與風(fēng)嘴相接，懸臂底部斜線與底板圓弧過渡，鋼箱梁斷面如圖2所示。

圖2 鋼箱梁斷面示意

鋼箱梁頂、底板厚16 mm，吊桿錨固區(qū)頂板加厚至32 mm。縱向加勁U肋板厚8 mm，腹板厚18 mm，錨固箱腹板厚22 mm。

橫隔板厚度及間距根據(jù)主梁功能區(qū)段不同而不同，正常段橫隔板厚16 mm，支座頂部橫隔板厚度為24 mm，錨固區(qū)橫隔板厚度為20 mm。

2 原施工方案

建材北路跨灞河橋原施工方案為：先施工下部和臨時鋼管柱墩，再將鋼梁在河道外引橋及引道范圍內(nèi)拼裝完成后，一次頂推到位，然后施工橋面以上橋塔，利用塔吊起吊安裝主索鞍，最后架設(shè)專用支架進行貓道、纜索張拉施工。具體步驟如下：

1）搭設(shè)鋼棧橋，施工橋塔基礎(chǔ)，施工邊墩、鋼箱梁頂推臨時墩。

2）在拼裝平臺上拼裝整幅鋼箱梁，安裝頂推導(dǎo)梁，施工橋塔下塔柱及塔柱挑梁。

3）整幅鋼箱梁頂推施工直至合龍。

4）鋼箱梁頂推完成后，進行鋼塔節(jié)段吊裝施工。

5）鋼塔封頂后，進行纜索系統(tǒng)和附屬設(shè)施施工，直至橋梁施工完成。

3 技術(shù)創(chuàng)新

每種施工方法都有自己的優(yōu)越性，隨著懸索橋設(shè)計理論的不斷完善及施工水平的不斷提高，橋梁工程師不會拘泥于以往的任何一種施工方法，而是不斷探索，尋求新的施工方法，在絕對保證橋梁安全的條件下，節(jié)省施工工期并降低橋梁造價[1-2]。

懸索橋塔梁同步施工技術(shù)正是這樣一種創(chuàng)新施工方法，它不同于原施工方案采用的先施工主梁，后施工橋塔，塔梁施工相互分離的施工方法，而是將塔梁施工相互交融，在鋼箱梁頂推施工的過程中，同時進行鋼塔的吊裝施工。

建材北路跨灞河橋塔梁同步施工方法（已申報發(fā)明專利）包括如下步驟：

1）搭設(shè)鋼棧橋，施工橋塔基礎(chǔ)，施工邊墩、鋼箱梁頂推臨時墩。

2）在拼裝平臺上拼裝分幅鋼箱梁，安裝頂推導(dǎo)梁，同時施工橋塔下塔柱及塔柱挑梁。

3）分輪次逐步進行分幅鋼箱梁頂推施工，同時進行鋼塔節(jié)段吊裝施工，鋼塔節(jié)段采用塔吊由鋼箱梁中部分幅斷開處（鋼箱梁嵌補段）起吊，如圖3所示。

圖3 自錨懸索橋塔梁同步施工示意

4）分幅鋼箱梁分輪次頂推到位后，分輪次進行鋼箱梁嵌補段施工，同時繼續(xù)施工橋塔直至完成。

5）橋梁纜索系統(tǒng)施工以及附屬設(shè)施施工，直至橋梁施工完成。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鋼箱梁拼裝

本橋鋼箱梁全寬56 m，為實現(xiàn)塔梁同步施工，將整幅鋼箱梁劃分為2個分幅鋼箱梁（寬24.5 m）和中間嵌補段（寬7 m），中間預(yù)留的嵌補段寬度結(jié)合縱腹板位置確定，并大于此處橋塔橫向?qū)挾取?/p>

分幅鋼箱梁頂推施工前，在胎架上完成焊接拼裝。鋼箱梁分幅如圖4所示。

圖4 分幅鋼箱梁拼裝胎架示意

4.2 鋼箱梁頂推

雙塔單跨鋼箱梁自錨式懸索橋一般采用頂推法施工[3]，本橋鋼箱梁頂推采用步履式頂推，頂推設(shè)備具有一定的豎向調(diào)節(jié)能力（200 mm）、水平糾偏能力（60 mm）和水平推進能力（800 mm）。

為防止鋼箱梁與該設(shè)備接觸部位變形，在頂推設(shè)備頂面設(shè)置型鋼，以增大接觸面積。

步履式平移頂推系統(tǒng)主要包括滑動面結(jié)構(gòu)、上部滑移結(jié)構(gòu)、下部支撐結(jié)構(gòu)、支撐油缸、橫向調(diào)整油缸、頂推油缸，通過計算機控制和液壓驅(qū)動來實現(xiàn)組合和順序動作，以滿足施工要求。

步履式平移頂推裝置的工作原理是豎向千斤頂頂起鋼梁，水平千斤頂完成向前頂推，落梁后擱置于墊塊上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作，頂推過程中是一個自平衡的頂推動作過程。

4.3 鋼箱梁頂推施工控制

為保證現(xiàn)場前后2段頂推梁合龍口拼裝精度，鋼箱梁在內(nèi)場匹配制造時將合龍口兩端節(jié)段設(shè)在一輪中拼裝，從而保證端口匹配性；拼裝完成后根據(jù)地標(biāo)監(jiān)控點設(shè)置端口匹配線及臨時連接件，并將測量數(shù)據(jù)提供給現(xiàn)場。

現(xiàn)場拼裝時節(jié)段端口匹配線、監(jiān)控點需要嚴(yán)格對合，并通過全站儀進行測量，將測量數(shù)據(jù)與工廠匹配數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)偏差立即糾偏[4]。

頂推過程中，全程監(jiān)控節(jié)段監(jiān)控點[5]，通過調(diào)整千斤頂控制軸線位置，通過頂升千斤頂控制高程。

頂推到位后，對監(jiān)控點進行嚴(yán)格報驗，保證各項參數(shù)符合要求。下一輪拼裝頂推至合龍口位置前，按上述步驟執(zhí)行，下一輪頂推至合龍口處，進行連續(xù)觀測，切除余量，選擇合適溫度進行頂推合龍。

合龍時，通過高強螺栓將臨時匹配件連接在一起，測量位置坐標(biāo)，環(huán)口匹配性，并進行報檢，檢驗合格后再碼板找平、焊接。

4.4 嵌補單元安裝

分幅鋼箱梁頂推就位后進行橫向中部散裝單元件（嵌補段）吊裝。塔吊范圍內(nèi)采用塔吊吊裝，遠塔區(qū)采用汽車吊配合平板車吊裝。施工順序為：先主跨施工，后邊懸吊跨施工，吊裝順序為由跨中向兩岸。

在吊裝過程中，采取防變形措施：在底板單元件兩端垂直U肋方向點焊H型鋼（高200 mm）進行加固，防止就位后跨中下?lián)稀?/p>

4.5 鋼塔節(jié)段吊裝

綜合考慮節(jié)段運輸、現(xiàn)場起重能力、結(jié)構(gòu)錯縫等要求，進行節(jié)段劃分。鋼塔塔身劃分高度控制在3.5 m以內(nèi)，寬度控制在3.0～3.3 m，長度控制在13 m以內(nèi)。

鋼箱梁頂推的同時，在棧橋上拼裝鋼塔節(jié)段，拼裝前應(yīng)對各節(jié)段質(zhì)量、規(guī)格進行復(fù)核，確保拼裝后鋼塔節(jié)段符合塔吊起重能力。拼裝完成后從鋼箱梁中部分幅斷開處（鋼箱梁嵌補段）起吊。

節(jié)段吊裝前，先對已安裝的塔身監(jiān)控點進行復(fù)測[6]，與理論數(shù)據(jù)進行對比分析，供后續(xù)節(jié)段定位參考。

節(jié)段定位檢測合格后，固結(jié)臨時匹配件，并立即進行環(huán)口整平及臨時連接板施工。環(huán)口整平后需立即進行焊接施工，鋼塔環(huán)口焊接施工采用多人同時對稱施焊，保證均勻收縮。

5 結(jié)語

為了解決自錨懸索橋先梁后塔施工方法所存在的施工周期長、施工造價較高的問題，本文創(chuàng)新性地提出了自錨懸索橋塔梁同步施工技術(shù)。

該技術(shù)通過將整幅鋼箱梁劃分為分幅鋼箱梁和嵌補段，在進行分幅鋼箱梁頂推的同時安裝鋼塔節(jié)段，大幅縮短了施工周期，且極大地節(jié)約了施工成本。

西安市建材北路跨灞河橋為陜西省第十四屆全運會重要交通通道，通過自錨懸索橋塔梁同步施工技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，為項目順利通車提供了堅實保障，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。