上坝夹江大桥钢箱梁施工方案比选及关键技术_田雨金.pdf

第 卷 第 期 年 月公 路 交 通 科 技 .收稿日期：作者简介：田雨金（），男，吉林榆树人，副高级工程师.（.）：.上坝夹江大桥钢箱梁施工方案比选及关键技术田雨金，周胜国，李 亮（.中交第二航务工程局第四工程有限公司，安徽 芜湖；.南京市公共工程建设中心，江苏 南京）摘要：浦仪公路西段上坝夹江大桥采用独柱钢塔分离式钢箱梁设计，项目具有索塔刚度偏弱、超宽钢箱梁横向刚度偏弱、匹配困难的技术难点。结合桥梁边跨位于浅水区的水文条件，经过多方比选，钢箱梁最终选择“边跨高支架存梁中跨单悬臂拼装”工艺。钢箱梁在桥位现场高支架上焊接成大节段，梁段顶底板焊接收缩不均匀将导致梁段间夹角改变，梁段自由线型发生改变。从梁段支撑反力测量、恢复的角度出发，调整梁段线型，避免箱梁顶底板不均匀收缩引起线型误差累积。钢箱梁悬拼节段的横梁位于前端，为不对称布置，吊装过程中箱梁左右幅提升的同步性至关重要。通过建模分析，有无临时横撑对梁段在吊装过程中的变形和应力影响较小，最终确定不设临时横撑方案。钢箱梁悬拼节段和起吊节段因受力不一致存在横向错缝问题在分离式结构中体现较为明显，随着箱梁悬臂长度增加，箱梁横向刚度降低，错缝有进一步增加的规律。项目实施过程中采用了设计的调整工装较好解决此类问题。结果表明：大桥成桥线型良好，结构受力合理。“边跨高支架存梁中跨单悬臂拼装”工艺对于塔柱刚度偏弱和边跨位于浅水区斜拉桥施工均有良好借鉴意义，钢箱梁支架上大节段焊接施工的线型调整措施及悬拼梁段匹配方案可为类似项目提供参考。关键词：桥梁工程；分离式钢箱梁；边跨存梁；吊装；匹配；施工技术中图分类号：.文献标识码：文章编号：（），（.，.，.，.，；.，）：，.，“”.，.，.，.，公路交通科技第 卷 ，.，.（），；（）“”，.：；引言分体式钢箱梁有着良好的抗风颤振稳定性能，多次应用于独柱型索塔斜拉桥结构中，左右幅箱梁布置在索塔两侧。比较典型的有香港昂船洲大桥、上海长江大桥、嘉绍大桥、芜湖长江公路二桥。以上桥梁索塔均为混凝土塔。斜拉桥边跨一般位于浅水区或陆上，边跨钢箱梁一般采用悬臂吊装或支架法施工。施工方案的选择需结合桥梁结构本身和桥位水文、地质、气象特点综合考虑。浦仪公路西段上坝夹江大桥采用独柱钢塔分离式钢箱梁设计，该结构为国内首次，国际上也未见先例。主桥钢塔较常规混凝土索塔刚度弱；超宽分幅钢箱梁横向刚度较弱；项目边跨位于浅水区，枯水期运输船无法驶达边跨水域，这些都给项目施工带来挑战。对独柱型索塔斜拉桥钢箱梁双悬臂拼装过程中的塔梁临时锚固，叶华成、曲洪春等结合上海长江大桥塔梁固结体系展开研究。竖向临时锚固通过在塔区梁段下设置大刚度支架和施加竖向预应力的方式实现，横向临时锚固通过在塔柱与钢梁之间设置混凝土限位支座来实现，在主桥边跨设置临时墩以应对可能出现的落梁、地震或不对称横桥强风工况。本项目边跨需设置支架在汛期存梁，塔区支架和边跨存梁支架需结合上部结构施工工艺统筹设计。主桥横向抗风支座间距 ，在悬臂拼装过程中抗横风力臂较小。对于边跨选择高支架还是低支架存梁，需重点研究。对梁段大节段组拼，刘鹏、贺拴海等依托港珠澳大桥青州航道桥边跨展开研究，对顶底板环缝的焊缝收缩量和收缩率进行测量监控，其研究结果对本项目高支架上梁段整体焊接、调整有一定参考意义。本研究在此基础上提出通过恢复箱梁自由状态下支承反力的方式消除环缝内引起的梁段内附加应力。钢箱梁悬拼节段和起吊节段因受力不一致存在横向错缝问题，且箱梁越宽、箱梁刚度越小，错缝越大。文献述及润扬大桥北汊斜拉桥 个梁段最大变形差有 ，黄埔大桥北汊桥 个梁段最大变形差有.，传统梁段错缝的调整方法是“边腹板到中心的顺序逐步拼接，过程中桥面吊机逐步释放吊装力”。文献 述及上海长江大桥箱梁悬拼过程中梁段错缝最大 ，施工过程中采取先调平内腹板，焊接马板锁定，后通过外腹板位置反力架和千斤顶的方式调整错台。王凌波、刘 鹏等针对港珠澳大桥青州航道桥箱梁悬拼匹配展开研究，提出“先连接边腹板，桥面吊机部分卸载，后匹配内腹板”的调梁方式。本项目在总结以上经验的基础上，最终选择先调平、锁定外腹板，后调整内腹板位置错台的方式，并总结出一套梁段接口调整工装，可为类似项目提供参考。工程概况.桥梁结构形式浦仪公路西段上坝夹江大桥采用主跨 双塔双索面钢箱梁斜拉桥，箱梁为分离式结构。桥梁立面如图 所示。第 期田雨金，等：上坝夹江大桥钢箱梁施工方案比选及关键技术图 主桥立面布置图（单位：）.（：）主梁划分为 个节段，均采用全断面焊接方式。主梁节段标准长度 、边跨尾索区节段标准长度为.。标准梁段最大起吊重量约 ，非标准梁段最大起吊重量约 。主桥标准横断面总宽.，钢箱梁断面分幅布置在索塔两侧，外腹板外侧设置行人与非机动车道，单幅箱梁（含人非系统挑臂）宽.。桥梁横断面如图 所示。图 钢箱梁标准断面（单位：）.（：）.水文条件桥位所在八卦洲汊道属长江下游南京河段，位于长江下游感潮区内，非正规半日潮型，以雨水径流为主，每年 月为汛期，月至次年 月为枯水期，洪峰出现在 月份。跨江大桥设计最高通航水位.，最低通航水位.。主桥边跨水域泥面标高.，枯水期船舶无法到达该水域。钢箱梁施工方案比选根据总体施工进度计划，上部结构钢箱梁涉枯水期施工，枯水期运输船无法到达边跨水域，需考虑提前存梁。参考同类型桥梁的施工经验，提出“边跨低支架存梁主塔两侧桥面吊机对称悬拼钢箱梁”和“边跨高支架存梁中跨单悬臂拼装”两种施工方案。对两种方案进行比选。.方案 边跨搭设存梁低支架，在汛期高水位采用浮吊将梁段吊装至支架上，临时固定，完成边跨浅水区存梁。在塔区搭设 块支架，完成塔区梁吊吊装、调位、焊接后，在主塔两侧安装桥面吊机，后向两侧对称悬拼钢箱梁。过程中为保证结构安全，设置塔梁临时固结系统。因独柱塔无下横梁，竖向临时锚固依托塔区支架设置，并施加预应力。横向临时锚固通过提前安装横向抗风支座的方式实现。通过在塔区梁段和钢塔之间设置纵向固定型钢的方式实现上构钢箱梁里程方向限位。对称悬拼方案见图。公路交通科技第 卷图 “边跨低支架存梁主塔两侧桥面吊机对称悬拼钢箱梁”流程图.“”.方案 边跨和塔区高支架参照成桥标高整体设计，在基础和桥塔施工阶段进行支架搭设。汛期采用浮吊将梁段吊装至高支架上，按照监控指令对箱梁标高和平面位置调整，将塔区和边跨侧梁段提前焊接成整体。后安装中跨侧桥面吊机，向中跨侧单悬臂拼装钢箱梁，过程中两边对称挂设、张拉斜拉索。在边跨侧当前梁段斜拉索安装完成后，取出梁底支垫，完成“落架”。在单悬臂拼装过程中边跨高支架上已焊好的梁段起到“配重”效果，在落梁、地震等不利工况时能较好保证结构安全。相比方案，塔区梁段底部无需设置强度较大的竖向锚固，仅需临时固定即可。另参照方案 设置横向和纵向临时锚固。单悬臂拼装方案见图。.方案比选在施工阶段受力及安全性方面，方案 双悬臂拼装需对两侧不平衡重量加强控制，在大悬臂状态下突遇落梁、强风或地震对结构影响大。独柱钢塔无下横梁、刚度较小，设置的塔梁固结结构在大悬臂拼装阶段面临巨大考验，结构的安全性和稳定性问题突出。而方案 提前将边跨侧梁段焊接形成整体，自重较大的边跨在主跨单悬拼过程中能够很好地起到压重和锚固作用，施工阶段结构更可靠。在经济性方面，方案 边跨低支架工程量较少，但塔区支架为给梁段提供可靠的竖向锚固，材料使用量较大。对两种方案支架分别设计，方案 边跨低支架钢结构重量 ，塔区支架重量 ，合计 ；方案 边跨高支架钢结构重量 ，塔区支架重量 ，合计 。而方案 中跨和边跨侧各需投入 台 桥面吊机，方案 仅需中跨侧投入 台 桥面吊机。综上所述，两种方案经济性相当。在施工组织方面，方案 钢箱梁悬拼过程中边跨和中跨同时施工，在悬臂状态下需做好塔梁固结，边墩墩顶节段安装完成后需向箱梁内安装配重块，使得上构重量整体向边跨侧偏移，保证中跨大悬臂 第 期田雨金，等：上坝夹江大桥钢箱梁施工方案比选及关键技术图 “边跨高支架存梁中跨单悬臂拼装”流程图.“”状态下结构安全。方案 涉及工序转换较多，部分工序占用关键线路。方案 提前在高支架上将边跨梁段焊接形成整体，悬臂拼装过程中仅中跨一个作业面，且边跨配重块可提前安装，施工组织上方案 优于方案。对起重设备要求方面，起重船需利用汛期在边跨完成梁段逐节段存放作业，避免箱梁纵向滑移，减小施工风险。钢箱梁宽度.，高支架存梁需将梁段提升至水面 以上，边跨梁段和吊索具合计最大重量约 ，方案 对起重船吊高、吊幅要求较高。对于梁段线型控制，根据同类桥梁监控经验，在悬拼梁段对接环缝焊接完成后，由于主梁顶底板收缩值不同，焊接前后悬臂端标高会发生变化。悬拼施工时逐节段对箱梁标高进行修正。斜拉桥边跨多节段在支架上整体焊接工程经验较少，顶底板不均匀收缩对线型的影响需修正。综合以上分析，高支架存梁方案较低支架存梁方案安全优势明显且中跨悬拼阶段更利于施工组织，最终主桥钢箱梁选择“边跨高支架存梁中跨单悬臂拼装”工艺，对浮吊的选型和支架上梁段焊接线型控制需重点研究。边跨高支架存梁施工关键施工技术.超宽钢箱梁高支架存梁吊装为避免箱梁纵向滑移，浮吊需顺江方向抛锚作业，将梁段直接吊放至已经搭设完成的高支架上。存梁施工需将宽达.钢箱梁吊装至水面以上 高度，对浮吊吊高和吊幅要求较高。项目在南京长江大桥上游，受大桥 的通航净高限制，许多大型浮吊船无法到达桥位，经比选，最终选择主钩最大起吊高度达.的 浮吊现场吊装施公路交通科技第 卷工。经施工模拟，部分梁段吊装至支架高度时，浮吊大臂与 宽的箱梁挑臂冲突，考虑此部分箱梁下游侧挑臂现场安装。分幅式钢箱梁横向刚度较弱，边跨侧箱梁长度分为 ，.，.，吊点纵向间距也不同，针对此设计可适用多种吊点间距的钢结构吊具辅助吊装。主吊索（吊具与吊钩连接的吊索）和次吊索（吊具与钢箱梁连接的吊索）在吊具上挂接同一块吊耳板，保证在吊装过程中吊具杆件结构只承受拉力和轴压力，不产生弯矩。吊具结构如图 所示。图 吊具平面布置图（单位：）.（：）.边跨支架梁段主梁全焊高程控制措施梁段间连接的焊接可能导致梁段间夹角发生变化，这个夹角变化具有较大的随机性，悬拼施工时可以通过逐段测量对其进行逐段补偿，误差不会累积。当钢箱梁位于支架上时，由于支架的约束作用，误差将会被累积。如果不采用补偿措施，落架后约束释放，钢梁的线形将完全偏差。以往的钢箱梁斜拉仅在辅助跨采用支架焊接施工，边跨其余部分均采用悬拼施工，此变化可以根据定位测量和连接后测量来获得，并在下一个梁段悬拼过程中予以补偿。本项目是首次大跨径斜拉桥边跨钢箱梁全支架焊接施工，支架焊接长度达到，针对超长距离的全支架焊接，研发了基于支反力测量的焊接变形补偿技术，通过测量和调整支垫反力对焊接变形量进行修正，总体思路如下：（）焊接前记录新节段支顶千斤顶的荷载。（）焊接后将新节段支顶千斤顶荷载恢复至焊接前。（）测量焊接引起的高程变化，并在下一个节段定位时予以修正。修正方式如表 所示。表 焊接变形高程调整措施.步骤施工工序步骤说明步骤：定位，并记录调梁千斤顶力 和。步骤：安装支垫，千斤顶卸载，并保持千斤顶卸载之后梁段定位高程不变，进行梁段连接。步骤：顶起梁段，拆除支垫，调整千斤顶顶力 和，测量 高程变化。第 期田雨金，等：上坝夹江大桥钢箱梁施工方案比选及关键技术续表 步骤施工工序步骤说明步骤：安装支垫，卸载千斤顶后保持梁段高程不变，根据所测高程变化对 定位补偿。在支架上梁段高程控制过程中除了采用测支承力并恢复的措施外，对焊缝顶底板收缩的情况进行同步测量，根据顶底板收缩率推算梁段间夹角变化，从而为节段高程定位补偿提供更为可靠的数据支持。钢箱梁悬臂架设施工关键施工技术.桥面吊机选型中跨侧桥面吊机悬拼节段均为标准梁段，重，采用 台 桥面吊机吊装。对分幅式钢箱梁，上下游桥面吊机施工同步性是关键。台桥面吊机由一套操作系统控制，可实现吊机的联动和单动，保证吊装过程中上下游的同步性。.梁段起吊有无临时横撑对比分析钢箱梁节段的横梁位于前端，在起吊过程中，由于横梁的不对称布置，吊装过程中如果出现两侧吊点的不同步，势必造成中间横梁的受弯扭耦合效应，这是比运营阶段更不利的工况，