唐 劍，劉永松

(中交路橋華東工程有限公司， 上海 200120)

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印尼Tayan大橋鋼桁架主拱整體提升安裝施工方法介紹

唐 劍，劉永松

(中交路橋華東工程有限公司， 上海 200120)

介紹印尼Tayan大橋主橋鋼桁架主拱的整體提升安裝技術(shù)，對主拱提升塔架的施工方案、整體提升段分段拼裝工藝、提升過程控制、主拱合龍方法、橋道系安裝和吊桿安裝等幾個方面進(jìn)行闡述。

鋼桁架系桿拱；整體提升；施工方法

1 工程概況

Tayan大橋橫跨印尼kapuas河主航道，為75 m+200 m+75 m三跨連續(xù)鋼桁架系桿拱橋。該橋中跨為鋼桁架拱，其計算矢高為39.63 m，矢跨比為1/5.047；主桁采用變高度“N”形桁式結(jié)構(gòu)，拱頂處桁高6.5 m，拱座處桁高19.88 m。該橋設(shè)計為2片主桁結(jié)構(gòu)形式，主桁中心間距12.5 m，2片主桁之間通過內(nèi)支撐鋼管連接。橋道系采用縱橫梁形式，縱向主梁兼作主拱系桿，以承受鋼桁架拱產(chǎn)生的巨大水平推力。鋼桁架拱下弦桿與系桿之間采用剛性吊桿連接，吊桿最大長度達(dá)28.2 m。

Tayan大橋鋼桁架主拱除內(nèi)支撐鋼管以外，其它全部采用單肢和雙肢H形焊接型鋼截面；主桁聯(lián)結(jié)系K形撐和X形撐桿件采用鋼管圓截面。主桁結(jié)構(gòu)、吊桿及橋道系材質(zhì)采用SM490YA。桿件之間除鋼管內(nèi)支撐是焊接連接外，主要桿件全部采用8.8級M24高強(qiáng)度螺栓連接。

2 施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

Tayan大橋鋼桁架主拱施工主要存在以下技術(shù)特點(diǎn)及難點(diǎn)：

1) 鋼桁架主拱采用整體提升安裝方法施工。該方法較少用于此類橋型，技術(shù)相對較新穎。采用該方法施工可以明顯增加工廠和后場作業(yè)，減少現(xiàn)場高空作業(yè)量，易于質(zhì)量控制，且可提高勞動效率。

2) 整體提升過程中，需要搭設(shè)高達(dá)61.8 m(河床面以上)的提升塔架和安裝整體提升段臨時系桿結(jié)構(gòu)。2個臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計成功與否是主拱施工的關(guān)鍵。

3) 從整體提升段的拼裝至鋼桁架主拱安裝完成，中間過程體系轉(zhuǎn)換步驟多，同時主拱安裝線形要求高，因此施工監(jiān)控較為復(fù)雜。

3 總體施工方案

Tayan大橋主橋是以主拱中心線為軸的對稱設(shè)計，拱腳設(shè)置在17號墩和18號墩。主拱鋼桁架分為有36個節(jié)段，除靠近拱座的M0#和M1#節(jié)段長7.5 m外，其它節(jié)段長度均為5 m。主跨兩側(cè)M1#～M4#節(jié)段的施工方法為采用浮吊直接在支架上拼裝鋼拱桁。主跨17號墩M6#～18號墩M6#節(jié)段之間26個節(jié)段采用如下方法施工：先在矮支架上將26個鋼桁架梁節(jié)段拼裝成整體提升段，然后利用提升塔和液壓提升系統(tǒng)將整體提升段垂直提升到安裝位置并完成主拱合龍，最后完成橋道系和吊桿安裝，形成系桿拱受力體系[1]。主拱安裝總體布置如圖1所示。

圖1 主拱安裝總體布置示意

Tayan大橋主拱施工具體步驟如下：

1) 主橋鋼桁架必須在鋼結(jié)構(gòu)加工廠按照設(shè)計計算的安裝預(yù)拱度加工并進(jìn)行全尺寸預(yù)拼裝，且需匹配所有的連接板和桿件[2-3]。

2) 主拱兩側(cè)的M1#～M4#節(jié)段總長27.5 m，拼裝時，先利用浮吊起吊單桿件，然后在2排中跨鋼管支架上，按照設(shè)計線型和預(yù)拱度安裝鋼桁架拱桿件。

3) 在中跨河床上，按照整體提升段的設(shè)計線型和預(yù)拱度搭設(shè)鋼管支架并將其作為拼裝胎架，然后利用浮吊在拼裝胎架上拼裝完成長130 m、重629 t的中跨鋼桁架整體提升段。

4) 在整體提升段下弦桿安裝雙層臨時預(yù)應(yīng)力系桿，同時在兩端上弦桿節(jié)點(diǎn)處安裝整體提升段的提升桁。

5) 在整體提升段兩側(cè)搭設(shè)提升塔架，且在提升塔頂安裝液壓同步提升千斤頂和聯(lián)動操控系統(tǒng)，并進(jìn)行4吊點(diǎn)聯(lián)機(jī)調(diào)試。

6) 控制提升塔頂提升千斤頂和臨時預(yù)應(yīng)力系桿張拉千斤頂交替分級加載，直到整體提升段脫離中跨拼裝胎架為止。然后繼續(xù)平穩(wěn)提升整體提升段到設(shè)計高程，并將整體提升段的高程和軸線調(diào)整到設(shè)計位置。

7) 在合龍溫度下，安裝鋼桁架主拱17號墩M5#和18號墩M5#2個合龍節(jié)段桿件，完成鋼桁架主拱合龍。

8) 根據(jù)橋道系桿件安裝計算預(yù)拱度和設(shè)計高程，改裝中跨拼裝胎架，并在拼裝胎架上安裝所有橋道系桿件。

9) 拆除18號墩支座臨時錨固，卸載提升千斤頂?shù)奶嵘?，完成鋼桁架主拱落拱，拆除整體提升段的臨時系桿和提升塔架。

10) 安裝主跨所有吊桿，拆除中跨拼裝支架，完成橋道系落架。

11) 拆除中跨拼裝胎架，完成全橋橋道板混凝土澆筑。

4 主要施工工藝

4.1 提升塔設(shè)計

提升系統(tǒng)設(shè)計了2個提升塔[4]，左右側(cè)提升塔中心線間距為120 m，與吊點(diǎn)位置相對應(yīng)。提升塔設(shè)計總高81.8 m，河床以上高61.8 m。由于提升塔高度高，承重大，故計算過程中，充分考慮了各施工步驟中各種荷載影響，特別是提升過程中橫向風(fēng)荷載的影響，并以提升塔穩(wěn)定性驗算為控制因素[5]。

提升塔設(shè)計為門形桁架式鋼管柱結(jié)構(gòu)[6]，每側(cè)提升塔有2個鋼管桁架式支腿，立于整體提升段外側(cè)。兩支腿間凈距為15.8 m，與13.5 m寬的桁架拱外緣保持一定的安全距離。

每個支腿分別由4根Φ1 200 mm×12 mm鋼管立柱組成，橫橋向中心間距4 m，順橋向中心間距6 m。單個支腿鋼管立柱間通過Φ300 mm×8 mm鋼管連接成整體，共布置5層，每層高差約8 m。鋼管樁入土深度計算按摩擦樁考慮[7]，故考慮沖刷后鋼管樁計算入土深度為20 m。在施工現(xiàn)場，為了保證鋼管樁入土深度，采取在鋼管樁內(nèi)抽沙輔助振樁錘振設(shè)的方法施工，然后樁內(nèi)回填河砂到河床面高度。

提升塔兩支腿間通過2層橫撐連接，用于抵消提升塔向內(nèi)側(cè)的彎矩。支腿與橫撐間的空間為整體提升段的提升通道。橫撐設(shè)計為型鋼桁架結(jié)構(gòu)，第1層橫撐作為整體提升段拼裝胎架的一部分，其下弦桿位于河床以上12.37 m，略高于最高水位。第2層橫撐上弦桿頂標(biāo)高與支腿鋼管頂相同，其下弦桿比整體提升段安裝高程高30 cm，以避免與整體提升段發(fā)生空間位置沖突。

提升塔架頂承重主梁按簡支梁設(shè)計計算，其由單層6組H1000×300 mm型鋼組成，置于提升塔架兩側(cè)支腿頂?shù)?H900×300 mm和2H800×300 mm兩層分配梁上。

4.2 整體提升段拼裝

4.2.1 胎架現(xiàn)場拼裝

Tayan大橋整體提升段采用垂直提升法拼裝，即在主橋中跨位置河床上搭設(shè)鋼管支架并將其作為整體提升段的拼裝胎架。鋼管支架共布置8排Φ1 000 mm×8 mm鋼管，每排2根，順橋向間距15 m，橫向間距10 m。鋼管入土深度需10 m以上，且鋼管支架的承重橫梁標(biāo)高根據(jù)拼裝線形來確定。

4.2.2 鋼桁架節(jié)段后場預(yù)先拼裝

根據(jù)浮吊起重能力、水位變化情況及節(jié)段桿件的尺寸與重量，在后場將上、下游兩側(cè)主拱鋼桁架拼裝成7個鋼桁架片段，并利用浮吊直接在拼裝胎架上安裝。整體提升段分段拼裝示意如圖2所示。

拼裝成型的鋼桁架片節(jié)段為3節(jié)段或4節(jié)段，相應(yīng)長度為15或20 m，重量為30～40 t，滿足現(xiàn)場浮吊安裝的要求。

4.2.3 整體提升段現(xiàn)場拼裝

利用浮吊在現(xiàn)場安裝鋼管支架形成拼裝胎架后，起吊鋼桁架片段，并在拼裝胎架上從跨中向兩側(cè)對稱安裝整體提升段。拼裝時，先安裝上游側(cè)鋼桁架片，測量、調(diào)整后作臨時固定；再以相同方法安裝下游側(cè)對應(yīng)的鋼桁架片，最后安裝該節(jié)段的鋼管內(nèi)支撐，從而形成空間立體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。待每個鋼桁架拱段拼裝完并形成整體后，才允許進(jìn)行下一個相鄰鋼桁架拱段的拼裝。接頭處高強(qiáng)螺栓要及時安裝，以提高整體穩(wěn)定性。

4.2.4 臨時預(yù)應(yīng)力系桿安裝

為了防止提升過程中整體提升段在自重作用下產(chǎn)生過大的下?lián)匣驐U件應(yīng)力超出允許范圍，在整體提升段下弦桿設(shè)計安裝雙層臨時預(yù)應(yīng)力系桿[8]。臨時預(yù)應(yīng)力系桿安裝如圖3所示。

圖2 整體提升段分段拼裝示意

圖3 臨時預(yù)應(yīng)力系桿安裝示意

圖3中，第1層臨時預(yù)應(yīng)力系桿錨固點(diǎn)設(shè)置在M7#和M8#節(jié)段間下弦桿節(jié)點(diǎn)處，采用9根Φ15.24 mm的鋼絞線，直線長度110 m；第2層臨時預(yù)應(yīng)力系桿錨固點(diǎn)設(shè)置在M6#和M7#節(jié)段下弦桿節(jié)點(diǎn)處，采用19根Φ15.24 mm鋼絞線，直線長度120 m。臨時預(yù)應(yīng)力系桿全部采用單端張拉，上層臨時系桿設(shè)計張拉力為63.5 t，下層為160 t。計算可知，脫空后的鋼桁架整體提升段在自重和臨時系桿鋼絞線張拉力作用下，跨中下?lián)?.5 mm，桿件最大拉應(yīng)力59.3 MPa，最大壓應(yīng)力51.9 MPa，全部在安全容許范圍內(nèi)。

4.3 提升系統(tǒng)安裝

提升系統(tǒng)主要由承重主梁、提升千斤頂、提升鋼絞線吊索和提升桁架組成。拼裝完畢的整體提升段長、寬、高分別為130、13和28.2 m，總重629 t(帶附屬設(shè)施)，采用4個吊點(diǎn)同步提升到位[9]。4吊點(diǎn)橫向和縱向軸向?qū)ΨQ布置，每側(cè)提升塔的承重主梁上設(shè)置2個上吊點(diǎn)，兩側(cè)吊點(diǎn)間距120 m，與提升主塔中心線間距一致；上下游側(cè)吊點(diǎn)間距13.5 m，吊索中心線距鋼桁架外緣25 cm。

每個上吊點(diǎn)設(shè)置1臺200 t液壓連續(xù)千斤頂，采用集成聯(lián)動操控。千斤頂?shù)奶嵘跛鳛?9根Φ15.20 mm鋼絞線，其上吊點(diǎn)和下吊點(diǎn)在平面位置上重合，以保證提升過程中吊索呈豎直狀態(tài)。

主拱上下游鋼桁架間距12.5 m，通過鋼管支撐連接。為了減少提升過程中同側(cè)2個吊點(diǎn)間鋼管內(nèi)支撐的內(nèi)力和變形，下吊點(diǎn)通過一個剛度較大的桁架式提升橫梁托起整體提升段。提升系統(tǒng)安裝如圖4所示。

圖4 提升系統(tǒng)安裝示意

4.4 提升和安裝控制

4.4.1 整體提升段脫空

為了保證起吊過程中整體提升段平穩(wěn)脫離拼裝胎架，脫架過程中對垂直提升千斤頂和臨時鋼絞線系桿千斤頂實(shí)施分級交替加載，直至整體提升段脫空為止。

加載分為10%、25%、50%、75%、100%共5級。循環(huán)加載過程如下：先同步均勻加載4吊點(diǎn)的垂直提升力，然后同步加載4根預(yù)應(yīng)力系桿水平張拉力；檢查提升塔和整體提升段節(jié)點(diǎn)焊縫及變形情況，待確認(rèn)無異常變化后才進(jìn)行下一循環(huán)的加載，直到整體提升段各點(diǎn)均與拼裝胎架脫離。

整體提升段安全脫空后，再次檢查提升塔和整體提升段各主要受力點(diǎn)是否出現(xiàn)異常情況。方法是將整體提升段提升到拼裝胎架上方30 cm，并懸停60 min，以檢驗整個提升系統(tǒng)的安全性。

4.4.2 整體提升段安裝調(diào)整

繼續(xù)控制4個吊點(diǎn)以提升千斤頂，同步連續(xù)提升整體提升段到設(shè)計高程，并對其兩端合龍口的上、下弦桿各4個節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行精確測量和調(diào)整，以保證高程和軸線滿足設(shè)計要求。微調(diào)過程中，以控制整體提升段兩側(cè)合龍口的高程和軸線為準(zhǔn)，以保證合龍段安裝精度。合龍口經(jīng)測量調(diào)整合格后，使用液壓連續(xù)千斤頂雙層夾具鎖定提升鋼絞線吊索，以固定整體提升段的高程，并安裝臨時橫向和縱向限位裝置。

4.5 主拱合龍

連續(xù)5個晚上在合龍溫度下測量主拱合龍段的間隙，確定合龍段桿件長度。在合龍溫度下，使用現(xiàn)場匹配法合龍鋼桁架主拱，并使合龍段桿件具有較小的初始應(yīng)力，以保證合龍接頭高強(qiáng)螺栓施工質(zhì)量。

現(xiàn)場先安裝17號墩側(cè)合龍段，再安裝18號墩側(cè)合龍段，同一個合龍段其上下游鋼桁架拱需同時合龍。現(xiàn)場合龍段桿件安裝順序為：先安裝下弦桿和斜腹桿→然后安裝上弦桿→最后安裝上下游鋼桁架拱間的內(nèi)支撐鋼管。

4.6 橋道系安裝和體系轉(zhuǎn)換

Tayan大橋主拱設(shè)計為系桿拱，橋道系縱向主梁兼作主拱系桿，以抵消兩拱腳間的水平推力。在主拱合龍完成后，按照橋道系縱坡和預(yù)拱度改造中跨支架，并將其作為橋道系拼裝胎架。在胎架上從兩側(cè)向跨中拼裝完成整個橋道系桿件。設(shè)置橋道系跨中節(jié)點(diǎn)為合龍節(jié)點(diǎn)，合龍方法與主拱合龍一致，且需在夜間穩(wěn)定低溫條件下完成橋道系中跨合龍。

Tayan大橋由于安裝方法和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，體系轉(zhuǎn)換過程步驟較多。鋼桁架主拱和橋道系永久系桿形成完畢以后進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換[10]。

1) 解除18號墩支座臨時固結(jié)，使支座在縱向可以自由滑動，避免主墩承受額外的水平推力。

2) 控制液壓連續(xù)千斤頂，分4級卸載提升力，直至鋼桁架主拱完成落拱為止。

3) 卸載臨時預(yù)應(yīng)力系桿張拉力，拆除主拱臨時預(yù)應(yīng)力系桿，使永久系桿發(fā)揮作用。

4.7 吊桿安裝和橋道系落架

吊桿設(shè)計為剛性H型鋼吊桿。主拱完成合龍并落拱以后，從拱座兩側(cè)向跨中對稱安裝吊桿。安裝時，只安裝吊桿上端節(jié)點(diǎn)的高強(qiáng)螺栓，下端不與橋道系縱向主梁連接。待全部吊桿安裝完成且使主拱承受吊桿全部自重并再次充分下?lián)虾?，再從兩?cè)向跨中安裝吊桿下端的高強(qiáng)螺栓。

橋道系落架采用整體落架法，從跨中向兩側(cè)對稱拆除拼裝胎架上的沙筒，使橋道系與支架完全脫離。然后按設(shè)計順序澆筑橋道系現(xiàn)澆混凝土橋面板，完成全橋施工。

5 結(jié)束語

印尼Tayan大橋主橋為3跨連續(xù)鋼桁架系桿拱橋，鋼桁架主拱采用整體提升安裝技術(shù)進(jìn)行施工。該施工技術(shù)較為新穎，具有現(xiàn)場高空作業(yè)量少、勞動效率高、安全和質(zhì)量風(fēng)險小、線型容易控制、節(jié)省工期等特點(diǎn)。施工過程中，采取上述技術(shù)措施，精心施工，順利完成了200 m鋼桁架主拱的安裝,取得了良好效果。

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Introduction of Erection & Construction of Integral Raising of Steel Truss Main Arch of Tayan Bridge, Indonesia

TANG Jian, LIU Yongsong

This paper introduces the erection & construction of integral raising of steel truss main arch of Tayan Bridge, Indonesia. It demonstrates construction scheme of main arch raising tower, integral raising segment fitting process, raising process control, main arch joining method, bridge road system installation and hanger rod installation, etc.

Steel truss tied arch; integral raising; construction method

10.13607/j.cnki.gljt.2016.05.015

2016-04-27

唐 劍(1982-)，男，湖南省懷化市人，本科，高工。

1009-6477(2016)05-0061-05

U445.4

B