許交武

(中鐵大橋局股份有限公司，湖北 武漢 430050)

1 工程概況

三汊磯湘江大橋是長沙市二環(huán)線上的一個關(guān)鍵控制性工程。大橋全長1577 m，全橋從西向東由西岸邊孔8×65 m跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+主孔(70+132+328+132+70)m自錨式懸索橋+東岸邊孔5×65 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁組成。主橋采用雙塔自錨式懸索橋，全長732 m，主跨為328 m。

主橋鋼箱梁全寬35 m=1 m(風(fēng)嘴)+3 m(人行道含欄桿寬)+2 m(吊桿錨固區(qū)及分隔帶護欄)+23 m(6個行車道)+2 m(吊桿錨固區(qū)及分隔帶護欄)+3 m(人行道含欄桿寬)+1 m(風(fēng)嘴)。

橋面雙向2.0%橫坡，橋梁縱坡1.5%，從9號墩－14號墩主橋處于半徑為24402.745 m的豎曲線上。

主孔上部結(jié)構(gòu)為雙塔雙索面自錨式懸索橋，懸索橋加勁梁采用鋼箱梁，為5跨連續(xù)梁，扁平閉口流線型單箱單室結(jié)構(gòu)，鋼箱梁截面主要尺寸為:橋軸線處箱梁凈高3.6 m，橋面做成2.0%的雙向橫坡，箱梁全寬35.0 m，主梁寬27.0 m，兩側(cè)人行道及風(fēng)嘴各為4.0 m。主橋橋式布置如圖1所示。

2 自錨式懸索橋主孔鋼箱安裝施工方法

自錨式懸索橋相對于地錨式懸索橋的施工特點是先安裝加勁梁后安裝懸索系統(tǒng)。根據(jù)本橋設(shè)計和現(xiàn)場施工條件，加勁鋼箱梁的安裝采用頂推施工安裝，即布置安裝頂推平臺和臨時墩，并在其上布置滑道，在平臺上逐段焊接，安裝千斤頂使鋼箱梁逐段向前滑移，循環(huán)作業(yè)使鋼箱梁到達設(shè)計位置［1］。鋼箱梁頂推總重量約1.3萬t。加緊鋼箱梁的安裝方案主要有以下內(nèi)容:

(1)頂推方案的選定，主要包括是一端頂推還是兩端頂推;鋼箱梁節(jié)段的制作、運輸與吊裝方法。

(2)鋼箱梁頂推施工布置。

(3)鋼箱梁頂推按照設(shè)計的豎曲線進行頂推，豎曲線的施工控制。

(4)鋼箱梁結(jié)構(gòu)的強度和剛度允許其頂推跨度較大，相對于混凝土梁頂推其豎向變形會較大，頂推施工時的墩頂布置應(yīng)考慮此方面的問題，需克服鋼箱梁局部壓應(yīng)力比較大的問題［2］。

圖1 主跨橋式布置Fig.1 Mail span arrangement figure

2.1 鋼箱梁頂推方案的確定

根據(jù)本工程的特點，前期對頂推方案進行了比較，首先對一端頂推和兩端頂推進行了比較，2種方案均有其優(yōu)缺點，采用一端頂推其缺點是頂推長度732 m，且在豎曲線上頂推，頂推施工難度較大，頂推施工時間較長。其優(yōu)點是只需要一套起吊設(shè)備、一個施工平臺和一個鋼導(dǎo)梁，施工投入較少。采用兩端頂推其優(yōu)點是單向頂推長度減少一半，頂推施工難度減小，可減少頂推施工工序的時間。其缺點是施工投入較大，需要設(shè)置2個頂推平臺以及2套起吊設(shè)備、2個鋼導(dǎo)梁，跨中還需設(shè)置1個對接平臺，同時因兩端頂推，鋼箱梁節(jié)段的制作加工速度要求配套進行，難于滿足兩端頂推施工進度的要求［3］。最終綜合考慮工期、成本以及圓形豎曲線頂推技術(shù)的可行性，采用了一端頂推的方案。

方案一:鋼梁由西向東頂推，懸索橋西端9號墩位于湘江主航道范圍內(nèi)，水深能夠滿足航運要求，運輸船只可直接到達頂推平臺附近。此方案即在9號墩東側(cè)設(shè)置頂推平臺，鋼梁節(jié)段在制作廠用船只運到9號墩西側(cè)的龍門吊機下方，由龍門吊機將鋼梁運到頂推平臺上對接安裝頂推。此方案的缺點是在水中修建頂推平臺，施工難度相對較大，成本相對于東岸頂推平臺施工稍高。其優(yōu)點是鋼箱梁全部在廠家制定后運到工地上，不需要在現(xiàn)場制作設(shè)備及起重運輸設(shè)備。在廠家制作施工進度及質(zhì)量更易得到控制，從而使頂推施工加快［4］。同時，此方案的優(yōu)點還有只要提高提升站的提升能力，可將整體節(jié)段加長吊裝，減少現(xiàn)場節(jié)段拼裝數(shù)量和接縫數(shù)量。

方案二:鋼梁頂推由東向西進行，即在懸索橋西端14號墩西側(cè)設(shè)頂推平臺。鋼梁通過東岸邊孔預(yù)應(yīng)力混凝土頂推梁橋面運至14號墩，通過龍門吊機提升運輸至頂推平臺就位對接、安裝頂推。方案二頂推方案基本與方案一相同，其優(yōu)點使頂推平臺設(shè)于龍洲島東側(cè)，頂推平臺施工可以采用筑島陸地施工方法，其施工難度較小，且成本相對較小。但是因水深控制，鋼箱梁節(jié)段從水上運輸至墩位難度較大，根據(jù)歷年枯水期水文情況，低水位時現(xiàn)有航道滿足不了鋼箱梁節(jié)段運輸?shù)囊?，鋼箱梁需要在東岸現(xiàn)場制作拼裝，增加了現(xiàn)場制作設(shè)備、廠房、起重龍門吊機及運輸設(shè)備等［5］。同時還增加了東岸邊孔橋面鋼梁運輸?shù)墓ば蚝驮O(shè)備，鋼梁的運輸受到了預(yù)應(yīng)力梁的限制。

通過以上方案比較，綜合考慮方案的優(yōu)缺點，最終鋼箱梁頂推采用由西向東的頂推方案。

2.2 鋼箱梁頂推施工布置

根據(jù)大橋施工特點和總體施工組織安排，主孔鋼箱梁頂推采用由西向東的單向頂推施工方案，即在主孔9號墩東側(cè)設(shè)置頂推平臺，鋼箱梁節(jié)段在制作廠家用船只運輸?shù)?號墩西側(cè)的龍門吊機提升站下方，由龍門吊機將鋼梁提升后順橋向移動在頂推平臺上安裝頂推［6］。

鋼箱梁全長732 m，共分81個節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為9 m和12 m，最大吊裝重量220 t，鋼梁頂推平臺(包括9號墩頂蓋梁)考慮存放3節(jié)12 m長鋼箱梁節(jié)段，順橋向長度36 m(自9號墩中心線算起)，橫橋向?qū)挾?6 m。鋼箱梁頂推跨度最大為77 m(根據(jù)主航道通航凈空要求確定)，在大于最大頂推跨度的墩跨設(shè)置臨時支墩，頂推臨時墩布置如圖2所示。

圖2 頂推臨時墩布置圖Fig.2 Pushing temporary pier arrangement figure

滑道布置:鋼箱梁頂推橫橋向采用2根滑道，滑道橫向距離22.8 m，支承于鋼箱梁的內(nèi)側(cè)腹板下方?；篱L度根據(jù)各支點受力情況確定，主墩和臨時墩分別為4 m和5 m，頂推平臺上設(shè)置了1 m和1.5 m 2 種滑道，滑道寬度 0.7 m。

鋼導(dǎo)梁設(shè)置:頂推鋼導(dǎo)梁設(shè)計長度為48 m，采用鋼板焊接制成。導(dǎo)梁分節(jié)長度為8 m，共分為上、下游2個單獨導(dǎo)梁。導(dǎo)梁采用箱形斷面設(shè)計，導(dǎo)梁與鋼箱梁端部及導(dǎo)梁節(jié)段之間均采用螺栓連接，其中底板螺栓受拉，采用高強螺栓，其他部位螺栓為普通螺栓，按受剪控制設(shè)計［7］。

頂推牽引系統(tǒng):鋼箱梁頂推采用多點頂推，即在每個主墩和臨時墩上均設(shè)置千斤頂，頂推時需在鋼梁底部焊接臨時反力座。頂推千斤頂采用ZLD100自動連續(xù)頂推泵站系統(tǒng)，每墩2臺千斤頂共1臺油泵。每臺千斤頂配備6根Φ15.24 m鋼絞線。鋼絞線長度不小于一個頂推跨度長。利用墩頂滑道前端的千斤頂拖拉連接于臨時反力座上的鋼絞線向前移動。為防止鋼絞線束在施工安裝過程中垂度較大，在梁底每隔3 m左右設(shè)置一拆裝式的支索器。

2.3 鋼箱梁頂推平臺施工

鋼箱梁頂推平臺為沿順橋向設(shè)置的2排鋼管立柱，橫橋中心距為22.8 m。橫橋向樁中心位置為鋼箱梁內(nèi)側(cè)縱腹板中心，樁基順橋向中心跨布置為6 m共6根，與9號墩頂蓋梁形成長36 m的頂推施工平臺，在平臺鋼樁頂設(shè)通長型鋼滑道梁，在滑道梁上的樁頂位置設(shè)置滑道。

為滿足鋼箱梁吊裝要求，在頂推平臺設(shè)一臺龍門吊機按最大起重量220 t設(shè)計，龍門吊機走行軌道鋪設(shè)在頂推平臺外側(cè)的鋼棧橋上，在頂推平臺長度范圍內(nèi)滿鋪并延伸至9號墩中心以西24 m，以滿足水運鋼箱梁吊裝要求。在頂推平臺范圍內(nèi)，平臺鋼樁與龍門吊機棧橋鋼樁采用橫向連接系連成整體，增強其整體穩(wěn)定性［8］。

為滿足鋼箱梁底板環(huán)焊縫的焊接施工條件，在平臺兩排鋼管樁之間設(shè)置焊接平臺，按照焊接時每條環(huán)焊縫位置設(shè)置一個平臺，平臺采用萬能桿件拼裝，焊接平臺可根據(jù)環(huán)焊縫位置的變化在一軌道上滑移就位。

頂推平臺布置如圖3所示。

頂推平臺及龍門吊機棧橋基礎(chǔ)及鋼管立柱布置。

鋼箱梁頂推平臺基礎(chǔ)為先插打Φ1400*12 mm鋼管樁至風(fēng)化巖面，在鋼管樁內(nèi)鉆Φ1200 mm鉆孔灌樁，樁基與鋼管之間通過混凝土摩阻力連接。Φ1400*12 mm鋼樁頂面通過變截面大小頭與上部鋼管立柱連接，大小頭采用δ=12 mm鋼板卷制，其變化坡率按1∶10。頂推平臺鋼管立柱分為以下幾種:龍門吊機棧橋24 m跨兩端鋼管立柱均為Φ1000*10 mm，6m跨鋼管立柱均為Φ1000*8 mm，鋼箱梁頂推滑道下方鋼管立柱，除前端一排采用Φ1200*10 mm外，其余均為Φ1000*8 mm。

頂推平臺分為上、下游兩部分，鋼管立柱間分別焊接鋼板和型鋼聯(lián)結(jié)系，形成整體。每道聯(lián)結(jié)系高度為2 m。在高度上上下游分別設(shè)3道聯(lián)結(jié)系。

平臺樁頂橫向設(shè)一組Ι36型鋼分配梁，在頂推平臺范圍內(nèi)分配梁將橫橋向3根鋼管立柱連接，在龍門吊機棧橋與滑道梁之間縱向鋪設(shè)［20型鋼和滿鋪4 mm花紋鋼板作為施工平臺。龍門吊機棧橋部分，樁頂分配梁上直接擺放貝雷梁棧橋，頂推平臺分配梁上、下游分別設(shè)一組3根Ι56縱向型鋼滑道梁。在鋼管立柱位置的縱向型鋼滑道梁上安裝滑道，滑道與滑道梁之間采用螺栓連接，施工時可通過在兩者之間加設(shè)墊板調(diào)整滑道高度及平臺線型。施工時首先在樁頂焊接牛腿，牛腿上再鋪設(shè)分配梁［9］。

圖3 頂推平臺布置圖Fig.3 Pushing platform arrangement figure

2.4 頂推臨時墩設(shè)置

2.4.1 臨時墩構(gòu)造

根據(jù)鋼箱梁頂推施工跨徑，鋼箱梁頂推縱向共設(shè)6個頂推臨時墩，根據(jù)現(xiàn)場施工、航道通航要求，主航道內(nèi)最大頂推跨度為77 m。根據(jù)滑道布置情況，橫橋向設(shè)置2個單獨的臨時墩，兩臨時墩中心距 22.8 m。

每個臨時墩基礎(chǔ)采用4根Φ1.5 m鉆孔樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)施工先插打Φ1800×16 mm的鋼樁至標(biāo)高28.0 m或以上，上部通過擴大頭接Φ1200×12 mm鋼管樁至設(shè)計標(biāo)高。4根鋼樁之間采用［20，［10型鋼，通過節(jié)點板連接成整體。

主航道設(shè)置臨時墩后航道較窄，考慮臨時墩防撞需要以及墩位地質(zhì)覆蓋層薄的特點，主航道內(nèi)臨時墩在基礎(chǔ)施工時下沉雙壁鋼圍堰且封底，圍堰頂標(biāo)高按31.0 m設(shè)計，達到一般高水位防止水上漂浮物和船只直接撞擊臨時墩的目的。

2.4.2 臨時墩墩頂布置

鋼箱梁頂推臨時墩在鋼樁頂首先設(shè)橫橋向分配梁，分配梁頂設(shè)置縱向滑道梁，在臨時墩的橫橋向外側(cè)設(shè)置了頂推橫橋向限位座。分配梁及滑道梁均采用Q235鋼板焊接制作，滑道梁設(shè)計時考慮了施工過程中頂升的問題，一是在滑道梁兩端設(shè)置了起頂位置，以便頂推過程中可能出現(xiàn)的換四氟板的情況;二是在滑道梁兩側(cè)設(shè)置了起頂牛腿，以便在鋼箱梁頂推就位后，起頂較大高度來安裝吊桿。

2.5 頂推導(dǎo)梁設(shè)置

根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)、鋼箱梁頂推平臺及臨時墩布置［70 m(含頂推平臺)+69+63+77++72+48+66+65 m+66+66+70 m］，鋼箱梁頂推設(shè)兩片鋼導(dǎo)梁，分別對正鋼箱梁中線兩側(cè)內(nèi)側(cè)腹板與鋼箱梁連接。鋼導(dǎo)梁采用箱形斷面設(shè)計，導(dǎo)梁長48 m，考慮到結(jié)構(gòu)加工、運輸和現(xiàn)場拼裝，導(dǎo)梁分6節(jié)(6×8 m)加工制造，節(jié)段拼裝全部采用螺栓拼接。

3 鋼箱梁頂推施工線型控制

本橋主孔自錨式懸索橋加勁鋼箱梁底面位于半徑R=23499.145 m的豎曲線上，頂推安裝時兩錨箱之間594 m(10～13號墩之間)按照R=23499.145 m的半徑控制線型，兩側(cè)70 m邊跨無吊桿區(qū)域需設(shè)置預(yù)拱，預(yù)拱度按照半徑R=4660.7676 m的圓曲線設(shè)置，即頂推施工時全橋分3段豎曲線，頂推鋼導(dǎo)梁設(shè)計為平曲線，導(dǎo)梁在梁端的連接方向為半徑R=23499.145 m的切線方向。

鋼箱梁豎曲線布置示意圖見圖4所示。

圖4 鋼箱梁豎曲線布置示意圖Fig.4 Steel box girder vertical curve layout diagram

鋼箱梁頂推安裝線型控制好壞直接影響成橋后的橋面線型以及橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，所以在鋼箱梁制作、頂推安裝時采取措施控制梁體的線型非常重要，施工時從以下幾個方面采取措施進行控制。

3.1 鋼箱梁節(jié)段的線型匹配

本橋鋼箱梁全長732 m，共分為81個節(jié)段。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為9 m和12 m 2種，節(jié)段整體在工廠制作完成后運輸至工地對接進行環(huán)焊縫的焊接。因鋼箱梁的豎曲線半徑較大，在節(jié)段長度內(nèi)其矢高很小，每節(jié)段均按照直線進行制作，在理論上鋼箱梁是由多段折線組成。

工廠制作時采用短線臺座，按照設(shè)計線型計算出各個節(jié)段的理論長度，嚴格按照理論尺寸進行下料制作，在臺座上進行節(jié)段間端口的匹配，并做出節(jié)段間線形匹配的控制線、控制點以及高程、中線控制點?，F(xiàn)場拼裝嚴格按照節(jié)段間的匹配線進行對接拼裝［10］。

3.2 現(xiàn)場頂推安裝各支點標(biāo)高的控制

鋼箱梁現(xiàn)場的豎曲線線型的形成實際上是由各個支點的標(biāo)高來控制的，所以現(xiàn)場的支點的相對高程直接影響了線型，應(yīng)嚴格控制并具有可調(diào)性。

首先頂推平臺范圍內(nèi)的各個支點設(shè)置時，應(yīng)考慮具有可調(diào)性，充分考慮支點的沉降、梁體的制作誤差等影響下其高程需要調(diào)整，特別是應(yīng)滿足本橋有3段豎曲線的情況，各支點之間的相對標(biāo)高均不同。各支點之間的相對標(biāo)高和頂推平臺上滑道中心頂標(biāo)高見圖5和表1所示。

表1 頂推平臺上滑道中心頂標(biāo)高表Table 1 The table of slide center top elevation on pushing platform

圖5 頂推平臺各支點(滑道)縱向布置示意圖Fig.5 The longitudinal layout diagram of pushing each platform fulcrum

頂推平臺前端主墩和臨時墩頂滑道頂面標(biāo)高也按照設(shè)計線型的要求進行布置和施工，保證鋼箱梁頂推的整體線型。

3.3 鋼箱梁梁面高程的控制

現(xiàn)場拼裝除按照匹配線進行對接外，還通過采用精密水準(zhǔn)儀測量節(jié)段間梁面縱向相對高差，按照理論計算值進行調(diào)整控制。采用此控制方法的優(yōu)點是，不考慮節(jié)段箱梁的高度誤差，僅對鋼箱梁橋面線型控制，可以保證懸索橋的吊桿位置與設(shè)計相吻合，同時因梁高較小誤差對梁底的線型不致造成很大的影響。為此在施工時可以通過調(diào)整滑道頂面高程，克服箱梁制作時的高度誤差，確保橋面線型。

3.4 鋼箱梁平面軸線的控制

鋼箱梁頂推安裝過程中平面軸線的控制也很重要，其軸線偏差應(yīng)在允許偏差范圍內(nèi)，節(jié)段間不允許出現(xiàn)有平面折線。其控制措施主要有:

(1)在節(jié)段制作出廠前，在鋼箱梁梁面做好梁體軸線的控制點，現(xiàn)場進行節(jié)段對接時調(diào)整其軸線與已安裝的梁體在同一軸線上，其軸線偏差不得大于2 mm。

(2)在頂推過程中，利用全站儀對梁體軸線進行跟蹤測量，發(fā)現(xiàn)有偏差時，通過墩頂?shù)南尬谎b置用千斤頂或手拉葫蘆及時進行調(diào)整，控制其在允許偏差范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

實踐證明，三汊磯湘江大橋主橋鋼箱梁頂推取得了成功，既保證了安全、質(zhì)量、工期，同時節(jié)約了成本，驗證了豎園曲線上鋼箱梁采用一端頂推的可行性，其施工方法可為以后同類型橋梁的頂推施工提供借鑒。

［1］盧 偉，鄧亨長，龍 勇，等.西堠門大橋鋼箱梁安裝［J］.公路，2009(1):59 －65.LU Wei，DENG Heng-chang，LONG Yong，et al.Installation for steel box girder of Xihoumen Bridge［J］.Highway，2009(1):59 －65.

［2］王福興.京杭運河常州鄒區(qū)大橋鋼箱梁安裝施工技術(shù)［J］.鐵道勘察，2006，32(6):62 －64.WANG Fu-xing.Construction technology for installing steel box girders of Changzhou Zouqu Brideg over Beijing－ Hangzhou Canal［J］.Railway Investigation and Surveying，2006，32(6):62 －64.

［3］曲洪春，李宗平.上海長江大橋鋼箱梁安裝技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2009，38(5):51 －54.QU Hong-chun，Li Zong-ping.Installation technology of steel box girders in Shanghai Yangtze River Bridge［J］.Construction Technology，2009，38(5):51 －54.

［4］唐太茂.拖拉法安裝立交橋鋼箱梁［J］.施工技術(shù)，2010，25(1):58 －62.TANG Tai-mao.Installation of steel box girders for an overpass by lauching method［J］.Construction Technology，2010，25(1):58 －62.

［5］王政兵.鋼箱梁長大節(jié)段整體制造安裝施工技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2006(2):54－57.WANG Zheng-bing.Construction techniques for monolithic fabrication and installation of long and large steel box girder blocks［J］.Bridge Construction，2006(2):54 － 57.

［6］黃 波.大體積鋼箱梁簡易安裝方法［J］.施工技術(shù)，2006，35(1):72 －75.HUANG bo.Simple installation method of large size steel box girder［J］.Construction Technology，2006(2):54 －57.

［7］陳 鳴，吳啟和，羅承斌，等.蘇通大橋鋼箱梁吊裝專用設(shè)備研究與應(yīng)用［J］.中國工程科學(xué)，2009，11(3):65－70.CHEN Ming，WU Qi-he，LUO Cheng-bin，et al.Research on the special lifting steel box girders of sutong device for bridge［J］.Engineering Science，2009，11(3):65 －70.

［8］李瑞顯，朱增奇.安慶長江大橋鋼箱梁安裝施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2006(12):37－39.LI Rui-xian，ZHU Zeng-qi.The steel box girder installation technology of Anqing Changjiang River Bridge［J］.Railway Engineering，2006(12):37 －39.

［9］劉吉明.整體式掛孔鋼箱梁安裝施工技術(shù)［J］.中外公路，2006，26(4):142 －146.LIU Ji-ming.The integral hanging hole steel box girder installation technology［J］.Journal of China ＆ Foreign Highway，2006，26(4):142 －146.

［10］楊培誠.鄂東長江大橋鋼箱梁安裝施工技術(shù)［J］.華東公路，2011(1):52－55.YANG Pei-cheng.The steel box girder installation technology of EDong Changjiang River Bridge［J］.East China Highway，2011(1):52 －55.