歐 靜

(中鐵二局第五工程有限公司，四川成都 610091)

0 引言

南寧大橋位于南寧市東南，毗鄰青秀山風(fēng)景區(qū)，由跨越邕江的主橋、南北兩岸引橋、引道及附屬工程組成，橋梁總長734.502 m，其中主橋?yàn)榇罂鐝角€梁非對稱外傾拱橋，單孔跨度300 m，橋面寬度35 m，由兩條傾斜的鋼箱肋拱、曲線鋼箱梁、傾斜的吊桿及橋面系桿組成，按雙向六車道設(shè)置(見圖1)。

圖1 南寧大橋主橋結(jié)構(gòu)效果圖

南寧大橋鋼箱梁架設(shè)采用“纜索吊機(jī)吊裝，拱肋支承”方案。由于永久系桿設(shè)置在鋼箱梁內(nèi)，主梁未合龍前，永久系桿無法安裝張拉，鋼箱梁吊裝期間拱肋推力由設(shè)置在東西拱腳位置的臨時系桿索平衡。由于東西拱肋外傾、不對稱且鋼箱梁位于半徑1 500 m曲線上，如何平衡因箱梁兩側(cè)的吊桿呈非對稱形式布置對箱梁節(jié)段產(chǎn)生的橫向水平力，以及曲線節(jié)段鋼箱梁吊裝過程中的空間線形控制，是該橋施工需解決的關(guān)鍵技術(shù)。

1 曲線鋼箱梁吊裝總體方案

南寧大橋主橋受下游“西津船閘”最大通航寬度15.0 m限制，全橋鋼箱梁劃分為30個吊裝節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)梁段長9.0 m，重136.6 t。通過對鋼箱梁結(jié)構(gòu)和節(jié)段吊裝過程主體結(jié)構(gòu)和塔架結(jié)構(gòu)受力分析研究，鋼箱梁吊裝方案采用“9 m節(jié)段制造運(yùn)輸，9 m節(jié)段吊裝”方案。節(jié)段工廠制造時進(jìn)行了“10+1”匹配預(yù)拼裝，鋼箱梁豎曲線由18 m節(jié)段頂、底板不等長的方式形成梯形，以折代曲。

由于9 m節(jié)段吊裝后單節(jié)段上只有1組永久吊桿和臨時吊桿，無法維持節(jié)段空中穩(wěn)定。鋼箱梁節(jié)段空中穩(wěn)定和線形調(diào)整是利用兩個相鄰9 m節(jié)段上的2組永久吊桿和臨時吊桿來維持。采用9 m節(jié)段“空中二拼一”方案，兩個9 m節(jié)段吊裝就位后進(jìn)行“空中二拼一”焊接，這樣全部梁節(jié)段吊裝合龍后，主梁為15個18 m梁節(jié)段。9 m鋼箱梁節(jié)段吊裝順序?yàn)橛芍虚g向兩邊連續(xù)吊裝(見圖2)。

2 曲線鋼箱梁吊裝關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 節(jié)段空中精確對位技術(shù)

鋼箱梁位于R=1 500 m平曲線和R=9 000 m豎曲線上，每個9 m節(jié)段空間位置都不一樣。鋼箱梁節(jié)段采用2組索道4吊點(diǎn)抬吊，運(yùn)用PLC電氣集中控制技術(shù)，既保證節(jié)段4吊點(diǎn)同步吊裝，又方便節(jié)段對位前單吊點(diǎn)微調(diào)。節(jié)段吊裝前，橫移索鞍至每個9 m吊裝節(jié)段所對應(yīng)的位置，以確保節(jié)段橫橋向位置準(zhǔn)確。

圖2 鋼箱梁合龍段施工

當(dāng)被吊鋼箱梁頂面高于前一鋼箱梁段頂面約30 cm高時，暫停吊運(yùn)進(jìn)入調(diào)梁階段。安裝鋼箱梁上的永久吊桿和“×”形臨時吊索，通過緩慢運(yùn)行牽引索來控制前后走行小車、收放前后起重索來調(diào)整鋼箱梁縱橋向的位置、傾斜角度(見圖3)。

圖3 鋼箱梁吊裝施工

如果箱梁平面位置有小量偏差可用鏈條葫蘆將梁端緩慢收攏，使兩相鄰梁段上、下接口對正(縫隙誤差5 mm以內(nèi))，相鄰鋼箱梁節(jié)段就位后，通過在鋼箱梁頂、底面安裝臨時匹配件，進(jìn)行節(jié)段連接。

鋼箱梁匹配連接后，張拉永久吊桿和臨時吊桿，同步緩慢松開吊鉤。測量鋼箱梁空間線形，調(diào)整吊桿索力直至節(jié)段線形符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 節(jié)段空中穩(wěn)定技術(shù)

鋼箱梁節(jié)段在連接成整體形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)前，要經(jīng)歷9 m節(jié)段連接成18 m節(jié)段、18 m節(jié)段自身空中懸浮等不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在鋼箱梁吊裝過程節(jié)段穩(wěn)定空中通過外側(cè)永久吊桿、“×”字形臨時吊桿及箱梁節(jié)段間的臨時匹配件來實(shí)現(xiàn)(見圖4)，具體實(shí)施方案如下:

鋼箱梁吊裝順序?yàn)橄鹊跹b跨中15號梁段，由于15號節(jié)段只在梁段中間設(shè)有一組永久吊桿及臨時吊桿，松吊后，僅靠一組永久吊桿及臨時吊桿無法維持空中穩(wěn)定。因此在15號梁段上增設(shè)一組臨時吊桿。15′號吊裝就位與15號節(jié)段匹配連接后，形成18 m梁段。張拉調(diào)整18 m節(jié)段上的2組外側(cè)永久吊桿和“×”形臨時吊索，同步拆除15號節(jié)段上的臨時鋼絞線拉索。

圖4 施工階段鋼箱梁受力關(guān)系圖

吊裝14號、14′號節(jié)段的空中穩(wěn)定則是通過分別與15號、15′號節(jié)段匹配連接成整體，然后張拉14號、14′號節(jié)段上的一組外側(cè)永久吊桿和“×”臨時吊索來實(shí)現(xiàn)節(jié)段的臨時穩(wěn)定。13號、13′號節(jié)段吊裝分別與14號、14′號節(jié)段匹配連接形成18 m梁段后，解除14號與15號、14′號與15′號之間的臨時匹配件，形成獨(dú)立的18 m梁段，通過2組外側(cè)永久吊桿和“×”臨時吊索維持節(jié)段空間平衡。

2.3 空間線形控制與調(diào)整技術(shù)

2.3.1 線形控制與調(diào)整難題

曲線鋼箱梁吊裝過程采用外側(cè)永久吊桿和“×”字形臨時吊索維持節(jié)段空間穩(wěn)定和線形調(diào)整。線形控制與調(diào)整存在以下難題:

1)節(jié)段空間定位無法采用吊桿定長法施工。每個18 m節(jié)段通過8根吊索進(jìn)行調(diào)整，每調(diào)整一根吊索，其他吊索索力均會發(fā)生變化。

2)18 m梁段合龍后全橋104根吊桿為多次超靜定結(jié)構(gòu)，索力調(diào)整尤為復(fù)雜。

3)鋼箱梁合龍前，受體系溫差的影響，鋼拱肋線形不斷變化且跨中與邊跨呈非線性變化，鋼箱梁節(jié)段定位空間坐標(biāo)難以確定。

2.3.2 安裝過程線形控制目標(biāo)

主梁合龍線形達(dá)到設(shè)計(jì)理論線形;體系轉(zhuǎn)換完成，成橋狀態(tài)下拱肋線形和主梁線形與設(shè)計(jì)理論線形一致或誤差很小;吊桿、系桿索力與設(shè)計(jì)索力整體偏差控制在5%以內(nèi)，單根吊桿索力與設(shè)計(jì)索力最大偏差在10%以內(nèi)。單束系桿索與設(shè)計(jì)索力最大偏差在10%以內(nèi)。

2.3.3 過程控制與調(diào)整

為保證主梁安裝線形達(dá)到控制目標(biāo)，分以下幾個過程進(jìn)行控制調(diào)整。

1)9 m形成18 m節(jié)段線形調(diào)整。

通過施工仿真分析，計(jì)算出每個18 m鋼箱梁吊裝定位空間坐標(biāo)及永久吊桿和臨時吊索索力，用于指導(dǎo)鋼箱梁安裝施工。18 m節(jié)段吊裝就位后依靠外側(cè)永久吊桿、臨時吊索來控制三維坐標(biāo)。主梁合龍后還須完成二期恒載，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)成橋狀態(tài)。因此，在主梁吊裝就位、節(jié)段連接之前需要設(shè)置預(yù)拱度來保證最終的成橋線形。同時主梁吊裝節(jié)段標(biāo)高還需考慮體系溫差和拱肋受力不斷增加，主拱肋下?lián)系挠绊憽?/p>

理論上分析，采用永久吊桿和臨時吊索定長法進(jìn)行主梁節(jié)段空間坐標(biāo)控制最為方便、準(zhǔn)確。但由于現(xiàn)場無法準(zhǔn)確測量出吊桿張拉端坐標(biāo)，且每根吊桿索長存在制造誤差。因此18 m節(jié)段空間線形調(diào)整采用以下方法:

9 m節(jié)段匹配時先張拉外側(cè)永久吊桿至設(shè)計(jì)索力，張拉部分臨時吊索索力。18 m節(jié)段形成后，測量18 m節(jié)段空間線形，根據(jù)空間三維坐標(biāo)實(shí)測結(jié)果反復(fù)調(diào)整臨時吊桿索索力和永久吊桿索索力直至達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。18 m節(jié)段線形調(diào)整必須解除與其他節(jié)段之間的臨時連接。

2)主梁合龍前18 m節(jié)段線形調(diào)整。

為方便節(jié)段線形的調(diào)整，合龍前如果18 m節(jié)段全部臨時連接，全橋共需52根永久吊桿和52根臨時吊索，為一龐大的超靜定體系，每根吊桿的調(diào)整都會造成其他吊桿索索力和梁節(jié)段線形的變化，難以實(shí)現(xiàn)主梁線形調(diào)整效果。因此合龍前18 m節(jié)段線形調(diào)整必須解除與其他節(jié)段之間的臨時連接。

此時除拱腳處合龍段主梁未吊裝外，全部主梁自重荷載已經(jīng)施加在拱肋上，拱肋空間線形只受體系溫差的影響。主梁設(shè)計(jì)合龍溫度18℃ ～20℃，因此合龍前主梁18 m節(jié)段線形調(diào)整均安排在夜間或無日照時間段進(jìn)行。

3)內(nèi)側(cè)永久吊桿安裝及二期恒載后主梁線形控制。

主梁合龍后，拆除臨時橫向聯(lián)結(jié)系和側(cè)向纜風(fēng)索，安裝張拉永久系桿索，同步拆除臨時系桿索;安裝張拉內(nèi)側(cè)永久吊桿，拆除“×”臨時吊桿索，同步調(diào)整外側(cè)永久吊桿索索力。

此時鋼箱梁受力體系發(fā)生了大的改變，由永久吊桿和彎曲系桿維持結(jié)構(gòu)的空間幾何位置和受力平衡。但此時在結(jié)構(gòu)體系未轉(zhuǎn)換前的吊桿索力作用下，主梁空間線形可能會產(chǎn)生變化，因此有必要在這個階段根據(jù)實(shí)測拱、梁線形和吊桿、系桿索力值進(jìn)行修正，以保證主梁線形達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。

此時吊桿和系桿索力可以用千斤頂和“頻率法”進(jìn)行精確量測，吊桿索力的調(diào)整可采用“拔出量”法進(jìn)行，以避免多次超靜定結(jié)構(gòu)調(diào)索造成的困難。“拔出量”法的具體操作如下:根據(jù)實(shí)測的吊桿、系桿索力，拱、梁實(shí)測線形進(jìn)行修正模型計(jì)算，計(jì)算出滿足成橋目標(biāo)狀態(tài)下的吊桿、系桿索力值。

計(jì)算出吊桿索力實(shí)測與修正值差值，反算出吊桿張拉端錨杯拔出量?？紤]到張拉拔出量較小，采用將長度轉(zhuǎn)換到錨杯螺母的轉(zhuǎn)動角度，此法可保證拔出量精度控制在1 mm之內(nèi)。

從跨中向兩邊依次用“拔出量”法對需要調(diào)整的吊桿索索力進(jìn)行調(diào)整(見圖5)。

圖5 “拔出量”法調(diào)整索力

3 結(jié)語

南寧大橋曲線鋼箱梁合龍后橫向和豎向線形誤差都在允許范圍內(nèi)，梁線形誤差均為0.029/300=L/10 345;吊桿索力均勻且達(dá)到設(shè)計(jì)索力，平均誤差2.3%，系桿索力平均誤差4.6%，滿足設(shè)計(jì)要求，成橋狀態(tài)良好。鋼箱梁采用“9 m節(jié)段加工運(yùn)輸，9 m節(jié)段吊裝，空中匹配成18 m梁段”的吊裝方案。吊裝過程中，獨(dú)具匠心地設(shè)計(jì)了“×”形臨時吊桿，利用外側(cè)永久吊桿和“×”形臨時吊桿實(shí)現(xiàn)了節(jié)段空間平衡和線形調(diào)整。該技術(shù)成功攻克了大跨徑曲線節(jié)段鋼箱梁吊裝及線形控制難題，為類似工程施工提供了有益的借鑒。

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