李海華

(中國中鐵大橋集團有限公司 武漢 430050)

連續(xù)鋼桁梁橋作為一種成熟的結(jié)構(gòu)形式得到了廣泛應(yīng)用，其架設(shè)技術(shù)也隨之發(fā)展。目前連續(xù)鋼桁梁橋多采用懸臂單桿件散拼架設(shè)、頂推法架設(shè)等方法，隨著橋梁施工裝備的進步，橋梁施工逐漸向工廠化、裝配化、低碳化等方向發(fā)展，同時各種新工藝不斷涌現(xiàn)[1]。作為發(fā)展理念之一的整孔架設(shè)方法已經(jīng)提出并應(yīng)用于實橋，但主要應(yīng)用于簡支鋼桁梁橋，對于連續(xù)梁鋼桁橋，由于其存在臨時支撐、合龍等一系列技術(shù)難題，鮮有采用。本文在現(xiàn)有鋼梁架設(shè)技術(shù)的基礎(chǔ)上針對以上難點開展研究，以解決連續(xù)鋼桁梁整孔架設(shè)中的部分施工難題。

1 工程概況

某大橋主橋上部結(jié)構(gòu)橋式布置為6×(6×150 m)+1×(5×150 m)連續(xù)鋼混疊合梁。單孔鋼梁最大質(zhì)量約3 100 t(不含鐵路縱梁)，全橋總質(zhì)量約為13萬t。雙層橋面布置，下層為單線鐵路，上層為雙向四車道公路。

主橋北側(cè)平面為半徑15 000 m曲線，豎向為0.5%坡度；中段平面和豎向為直線和平坡；南側(cè)平面為半徑3 000 m曲線，豎向為0.465%的坡度。大橋單聯(lián)立面布置及鋼梁橫斷面布置示意見圖1、圖2。

圖1 單聯(lián)鋼梁立面布置示意(單位：m)

圖2 鋼梁橫斷面布置示意(單位：m)

鋼桁梁主梁采用整體節(jié)點全焊結(jié)構(gòu)，主桁為無豎桿的三角桁式，桁高12.75 m，節(jié)間長度18.75 m，橫向布置2片桁，中心距12 m。上弦桿亦采用箱形截面，寬1.6 m、高1.5 m，大部分上弦桿箱內(nèi)設(shè)T形加勁肋；下弦桿采用箱形截面，寬1.6 m、高1.6 m；腹桿均采用箱形截面，與主桁節(jié)點采用對接焊連接。

墩頂處鋼梁兩端上弦節(jié)點處設(shè)上橫梁，采用箱形截面，箱體高1.475 m、箱寬0.5 m，其蓋板寬1.2 m。其他上弦節(jié)點處設(shè)置有臨時上平聯(lián)。

下弦節(jié)點處設(shè)置有下橫梁，采用單箱結(jié)構(gòu)，高度為1.6 mm，寬度為2.8 mm，箱內(nèi)設(shè)T形加勁肋。鋼梁桿件鋼板厚20～70 mm，板厚≤40 mm時，采用S420M，板厚>40 mm時，采用S420ML，鋼材符合BS EN10025的要求。

上層公路橋面采用預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu)，通過剪力鍵與上弦桿錨固，在鋼梁架設(shè)完成后安裝；下層鐵路橋面采用縱、橫梁結(jié)構(gòu)，鐵路縱梁上設(shè)置預(yù)制道碴橋面板，通過剪力鍵與鐵路縱梁和下橫梁連接，縱梁及預(yù)制道碴橋面板在鋼梁架設(shè)完成后安裝。

2 總體施工方案

鋼梁主桁節(jié)點、弦桿、斜桿、橫梁等桿件在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)制造并涂裝完成，運至橋位生產(chǎn)區(qū)拼裝場內(nèi)完成整孔鋼梁的拼裝；利用運梁臺車通過縱橫移軌道將鋼梁存放至存梁場地，架設(shè)時利用運梁臺車及橫移軌道將鋼梁運至下河碼頭；浮吊在碼頭前端利用輕型柔性吊具取梁并運至待架墩位，浮吊起吊鋼梁后在墩頂裝置的配合下完成每聯(lián)首跨鋼梁的架設(shè)，其它跨鋼梁在浮吊、鋼梁吊架及墩頂調(diào)整裝置配合下完成落梁及調(diào)整工作，通過鋼梁吊架和墩頂調(diào)整裝置的精調(diào)及合龍定位裝置的限位，完成鋼梁合龍桿件的安裝及焊接等工作[2-3]。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 鋼梁的制造、運輸及下河技術(shù)

本橋鋼梁桿件主要采用箱形斷面，且主桁節(jié)點均采用焊接整體節(jié)點結(jié)構(gòu)，制造精度及要求高，難度大。鋼梁主桁節(jié)點、弦桿、斜桿、橫梁等桿件在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)制造并涂裝完成。

3.1.1鋼梁的制造及拼裝

1) 預(yù)拱度設(shè)置原則及方法。為實現(xiàn)設(shè)計預(yù)拱度，并最大程度保證桿件標(biāo)準(zhǔn)化，鋼梁下弦整體節(jié)點、上弦整體節(jié)點的外形尺寸和斜桿的長度保持不變，僅對弦桿長度進行調(diào)整。由于下弦節(jié)間距離不變，下弦桿長度最大改變值不超過1 mm，所以制造過程中下弦桿長度不變，僅改變上弦桿長度。

2) 鋼梁制造技術(shù)。根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點，車間按照整體節(jié)點、弦桿、上層連接橫梁、下層鐵路橫梁、鐵路縱梁分別制作。上、下弦節(jié)點為整體節(jié)點結(jié)構(gòu)，與相鄰桿件的連接均為全截面焊接，制造時采用專用的胎架組裝，嚴格控制組裝精度，保證桿件的制造質(zhì)量符合規(guī)范要求。

3) 鋼梁的桁片組拼技術(shù)。鋼梁桿件在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)制造完成后，通過運輸船舶，按照規(guī)劃的航線圖運輸至現(xiàn)場組拼場地。鋼桁梁組拼場地按照使用功能劃分為桿件存放整理及鐵路縱梁制造區(qū)、主桁拼裝作業(yè)區(qū)、主桁平立轉(zhuǎn)換區(qū)、鋼桁梁拼裝作業(yè)區(qū)、鋼桁梁涂裝作業(yè)區(qū)。

在拼裝場內(nèi)，先進行主桁桁片單元的拼裝，再進行整孔鋼梁的拼裝。單跨鋼梁約150 m，8個節(jié)間，制造時將每跨鋼梁主桁分為4個桁片單元，即單側(cè)每2個節(jié)間主桁焊成1個桁片單元。桁片單元的劃分見圖3。

圖3 桁片單元劃分示意

設(shè)計組拼胎架時，在胎架周圍設(shè)置獨立的測量基線、基點，以此為基準(zhǔn)在胎架上設(shè)置縱橫基線和基點，定位桿件的拼裝位置。拼裝前，根據(jù)每跨鋼梁各點的拱度值，在胎架上設(shè)置擋塊、擋板等，以胎架基準(zhǔn)線為準(zhǔn)檢查拱度線形精度。

首先組拼下弦節(jié)點和下弦桿。用經(jīng)緯儀測放各節(jié)點中心標(biāo)記點到胎架縱基線的垂直距離，以實現(xiàn)拱度曲線。以節(jié)點板上的弦桿中心線標(biāo)記為基準(zhǔn)點，調(diào)整、定位下弦桿，并控制對接口的間隙。拼裝過程中隨時檢查、調(diào)整桿件位置，復(fù)測合格后將桿件定位于胎架上。

下弦節(jié)點和下弦桿組拼完成后，再依次拼裝腹桿、上弦節(jié)點和上弦桿。根據(jù)下弦桿、腹桿和上弦節(jié)點構(gòu)成的三角形定位腹桿和上弦節(jié)點，測量控制上弦節(jié)點間距。以上弦節(jié)點板上的弦桿中心線標(biāo)記為基準(zhǔn)點，調(diào)整、定位上弦桿，并控制對接口的間隙。拼裝過程中隨時檢查、隨時調(diào)整桿件位置，復(fù)測合格后將桿件定位于胎架上。

重復(fù)上述過程，完成每跨桁片的拼裝定位。定位完成后，檢測桁高、接口位置尺寸等關(guān)鍵項點偏差并記錄。相鄰孔的桁片連續(xù)、匹配拼裝，確保其連接順暢。

4) 單孔鋼梁拼裝技術(shù)。桁片單元加工好后，利用專用卡具配合2臺200 t龍門吊機實現(xiàn)由平放到立放的轉(zhuǎn)換。按照下橫梁→桁片單元→上橫梁及上弦臨時平聯(lián)的順序，完成150 m整孔鋼梁拼裝，最后對焊縫位置及其他油漆破損部位進行補涂裝。

3.1.2鋼梁的存放及運輸技術(shù)

單孔鋼梁的質(zhì)量達3 100 t，為了解決鋼梁的存放、運輸和下河問題，在鄰近鋼梁組拼場地處設(shè)置了鋼梁存放場地，單孔鋼梁制造完成存放于存梁場地內(nèi)，場地內(nèi)設(shè)置5組鋼桁梁存放臺座、1組鋼梁加載試驗臺座及縱橫移軌道。橫移軌道與縱移軌道平面交叉并與鋼梁下河碼頭對應(yīng)，可實現(xiàn)鋼梁橫移下河。該區(qū)域內(nèi)鋼桁梁的縱、橫移均由運梁臺車完成。

鋼梁下河碼頭為鋼管樁+鋼縱梁結(jié)構(gòu)，設(shè)置于橫移軌道前端，分上、下游兩肢布置，與橫移軌道順接并延伸至水上，運梁臺車將鋼梁橫移至碼頭前端，浮吊取梁。

3.2 鋼桁梁的架設(shè)技術(shù)

3.2.1鋼桁梁架設(shè)吊點及配重確定

全橋共41孔鋼梁，每孔鋼梁為非對稱架設(shè)，所以每吊鋼桁梁均為非對稱結(jié)構(gòu)，重心不在跨中。為滿足鋼梁起吊時姿態(tài)及船舶安全要求，吊點中心與鋼梁的重心必須基本重合，偏差控制在20 cm以內(nèi)。受限于船舶起吊能力，采用配重和偏設(shè)吊點2種措施解決吊點平衡問題。根據(jù)計算吊點中心偏設(shè)值采用1.5 m和2 m 2種類型，在此基礎(chǔ)上再確定配重?，F(xiàn)以一聯(lián)6孔(A～F)鋼桁梁為例對鋼梁的配重大小、加載位置和吊點中心與重心距離進行分析，其成果見表1。

表1 配重及吊點成果表

由表1可見，鋼梁吊點最大受力(即為鋼梁吊裝吊具單點設(shè)計荷載)為7 960 kN。

3.2.2鋼梁墩頂調(diào)整技術(shù)

鋼梁用運架一體浮吊運輸?shù)綐蛭唬鸬跫茉O(shè)，每聯(lián)的首孔鋼梁兩端可直接落在墩頂，其余各跨鋼梁均采用一端落在墩頂，另一端用臨時吊架吊掛[4]。

鋼梁落墩后，墩頂?shù)闹Х戳s16 000 kN，為了滿足鋼梁的支座安裝及合龍的精度要求，必須進行鋼梁的位置及姿態(tài)調(diào)整[5]。由于受墩頂空間的限制，需要設(shè)計一套墩頂鋼梁調(diào)整裝置，以滿足鋼梁的自由調(diào)整需求。

墩頂調(diào)整裝置主要由墩頂墊梁、豎向支撐千斤頂、水平千斤頂組成。墊梁由型材、鋼板焊接成整體，頂面鋪設(shè)摩擦副，在千斤頂?shù)目刂葡驴蓪崿F(xiàn)鋼梁整體平面位置及高程調(diào)整。墩頂調(diào)整裝置布置見圖4。

圖4 墩頂調(diào)整裝置布置圖

3.2.3輕型柔性吊具技術(shù)

通常采用整孔鋼梁架設(shè)時，其吊具多為剛度和自重很大的結(jié)構(gòu)，極大損耗了浮吊的有效吊重量。本項目的吊具充分利用了鋼桁梁承載能力大的特點，設(shè)計了一種由平拉索和斜拉索組成的輕型柔性吊具。輕型吊具主要由扁擔(dān)梁、錨箱、平拉索、上錨梁、下錨梁、斜拉索組成。吊具上端與浮吊吊鉤相連，下端與焊接在鋼梁上的吊耳相接。

扁擔(dān)梁為銷接的桁架結(jié)構(gòu)，分為A、B 2種，分別與浮吊左、右側(cè)動滑輪組相對應(yīng)，為浮吊滑車組與鋼梁連接的轉(zhuǎn)換機構(gòu)。

平拉索及斜拉索均采用強度等級為1 770 MPa的直徑7 mm平行鋼絲成品索，外包雙層聚乙烯護套，兩端設(shè)置錨具，平拉索安裝在左、右側(cè)錨箱中間，共有2根，斜拉索安裝在上、下錨梁之間，共有8根。

上、下錨梁和錨箱均為焊接的箱型結(jié)構(gòu)并設(shè)置柔性索錨固孔位；錨箱和上錨梁通過銷軸與扁擔(dān)梁連接，下錨梁通過銷軸與鋼梁上的吊耳連接。

吊具通過連接上、下錨梁的斜拉索將鋼梁荷載傳遞至扁擔(dān)梁，兩側(cè)的鋼錨箱通過平拉索連接在一起，用以平衡斜拉索產(chǎn)生的水平力，2個扁擔(dān)梁分別與浮吊的2個吊鉤連接，將荷載傳遞至浮吊。吊具布置示意見圖5。

圖5 輕型柔性吊具總體布置圖

輕型柔性吊具自重輕、結(jié)構(gòu)簡潔、受力合理、安拆方便的特點，有效降低了浮吊的吊重要求，確保了施工安全。

3.2.4大噸位鋼梁單端懸吊技術(shù)

根據(jù)鋼梁的結(jié)構(gòu)特點及方便鋼梁合龍操作的需求，鋼梁的合龍口均設(shè)在墩側(cè)，造成鋼梁(每聯(lián)首孔除外)只能單端落梁于墩頂，另一端需要臨時懸吊，懸吊力約150 00 kN。據(jù)此設(shè)計了一種大噸位鋼梁吊架，該結(jié)構(gòu)不但可以單端懸掛鋼梁，還可以配合墩頂調(diào)整裝置同步對鋼梁的方位進行調(diào)整。

鋼梁吊架長約41 m、高約17 m，額定吊重為17 500 kN，主要由主桁架、后錨固系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、縱橫移系統(tǒng)組成。

主桁架為吊架的主要受力結(jié)構(gòu)，菱形布置，桿件均為箱形截面，材質(zhì)為Q420qD鋼材，各桿件之間采用栓接。

后錨固系統(tǒng)布置在吊架的后端，保證吊架的抗傾覆能力及整體穩(wěn)定性。后錨系統(tǒng)主要利用拉桿將吊架主桁和鋼桁梁拉結(jié)起來，以此達到緊密錨固。

吊掛系統(tǒng)布置在主桁架的前端，用于懸掛鋼梁。主要由上橫梁、千斤頂、吊掛索及下錨固組成。上橫梁設(shè)置在主桁架的前端，與主桁架間設(shè)置有滑動面，可以實現(xiàn)縱橋向移動；上橫梁上設(shè)置4臺650 t連續(xù)千斤頂，并分別對應(yīng)安裝有吊掛索對鋼梁進行懸吊，千斤頂下方設(shè)置有滑動面，可實現(xiàn)吊點橫橋向移動；下錨固設(shè)置在鋼桁梁上弦桿橫梁處，通過拉桿錨固的形式將吊掛索分配梁固定在上橫梁上。

縱橫移系統(tǒng)布置在吊架主桁的上方，主要由縱橫向千斤頂和反力座組成，通過千斤頂油缸的伸縮對鋼梁進行調(diào)整。鋼梁吊架布置示意見圖6。

圖6 鋼梁吊架布置圖

3.2.5鋼桁梁合龍定位技術(shù)

本橋鋼梁合龍均為焊縫連接，對合龍前桿件間的間距要求高，所以合龍前必須對鋼梁合龍口的姿態(tài)進行調(diào)整。鋼梁合龍參數(shù)主要包括合龍口兩端鋼梁的縱、橫、豎三向偏差及轉(zhuǎn)角相對偏差。

為確保鋼梁在合龍焊接過程中的穩(wěn)定性，提高鋼梁合龍前橫向抗風(fēng)能力，在已架鋼梁的前端安裝合龍定位裝置。定位裝置不但能增強鋼梁的橫向抗風(fēng)能力，還可以對合龍口進行橫向精確調(diào)整，確保合龍精度。

鋼梁合龍定位裝置主要由外套筒、內(nèi)套筒、連接橫梁、后橫梁、縱橫向千斤頂?shù)冉M成。內(nèi)套筒在千斤頂?shù)淖饔孟驴梢匝乜v橋向伸縮。

外套筒為箱型結(jié)構(gòu)，安裝在已架鋼梁合龍口端部下弦桿內(nèi)外側(cè)，通過連接橫梁和后橫梁連成整體。內(nèi)套筒設(shè)置在外套筒的內(nèi)部，通過縱向千斤頂?shù)目刂瓶梢栽谕馓淄矁?nèi)回縮或伸長。在回縮狀態(tài)下內(nèi)套筒不得接觸待架鋼梁下弦桿，在鎖定狀態(tài)下內(nèi)套筒與待架鋼梁下弦桿接觸長度為約25 cm并鎖定，同時可以利用前端的橫向千斤頂微調(diào)梁端的橫向位置。鋼梁合龍定位裝置示意見圖7。

非首孔鋼梁架設(shè)后，鋼梁一端支撐在墩頂，另一端懸吊在吊架上。鋼梁初步定位后，測量鋼梁縱、橫向偏位情況，對鋼梁的的整體狀態(tài)進行調(diào)整。

鋼梁的調(diào)整按照縱橋位移→豎向高程及轉(zhuǎn)角→橫向位移的順序進行。主要利用墩頂調(diào)整裝置千斤頂和吊架縱橫移系統(tǒng)千斤頂對鋼梁的縱、橫橋向位置、高程和轉(zhuǎn)角進行調(diào)整，最后利用梁端的合龍定位裝置對鋼梁橫向微調(diào)并鎖定。調(diào)整后的鋼梁合龍口縱橋向誤差控制在2 mm以內(nèi)，高程誤差控制在1 mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)角控制在0.000 1 rad以內(nèi)，橫橋向誤差控制在1 mm以內(nèi)。

圖7 鋼梁合龍定位裝置圖

鋼梁的整體狀態(tài)調(diào)整完成后，還需要對每根桿件的合龍口狀態(tài)進行測量。由于鋼梁制造誤差等原因，單根桿件的合龍口狀態(tài)還會存在誤差，此時需要對合龍口處的桿件施加一定的外力，強迫桿件端部產(chǎn)生少量位移，從而消除偏位。因所施加外力很小，產(chǎn)生的附加應(yīng)力可以忽略，不會影響成橋后桿件的應(yīng)力狀態(tài)。利用有限元分析軟件對合龍口桿件端頭分別施加50，100 kN豎向和水平向荷載，進行敏感性分析，得出外力與位移的關(guān)系，分析結(jié)果見表2。

表2 合龍口桿件敏感性分析匯總表

通過外力調(diào)整措施的實施，將桿端的誤差范圍控制0.5 mm以內(nèi)。

鋼梁的合龍口調(diào)整完成后，根據(jù)合龍時環(huán)境溫度及鋼梁實際長度，測量確定合龍口桿件長度并配切、坡口。合龍桿件利用鐵駁運至現(xiàn)場后，由鋼梁吊架上的電動葫蘆起吊合龍桿對位。

合龍口按照下弦、斜桿、上弦的順序進行合龍焊接。下弦桿平順對接后，迅速用馬板進行鎖定，兩側(cè)同步施焊，然后依次對斜桿和上弦桿對位鎖定，兩側(cè)同步對稱接焊。

4 結(jié)語

本文主要介紹了大跨度連續(xù)鋼桁梁整孔架設(shè)施工關(guān)鍵技術(shù)，本橋鋼梁具有全焊接結(jié)構(gòu)、吊重大、施工復(fù)雜等特點。通過優(yōu)化鋼梁的制造、存放、運輸、下河方案，有效保證了鋼梁的制造、運架速度，確保了鋼梁的施工質(zhì)量；利用起吊船進行鋼梁架設(shè)，解決了鋼梁的運輸及架設(shè)問題，減少了疏浚數(shù)量，經(jīng)濟效益明顯；大噸位柔性吊具及鋼梁吊架等新技術(shù)的采用，降低了浮吊起重量，方便了操作；提出的創(chuàng)新性合龍裝置，不但解決了鋼梁合龍前的橫橋向抗風(fēng)穩(wěn)定性，同時增加了合龍的調(diào)整措施，提高了合龍精度。

通過以上關(guān)鍵施工技術(shù)的應(yīng)用，安全、高效地完成該橋鋼梁的架設(shè)，本橋鋼梁已于2020年10月全部架設(shè)完成，施工質(zhì)量滿足技術(shù)規(guī)范要求，取得了良好的效果。