摘要 桂溪大橋是一座（50+110+50）m變截面曲線連續(xù)鋼箱梁橋，受到橋位兩岸地形地質(zhì)及河道環(huán)境限制，采用纜索吊裝法安裝鋼箱梁。文章較為詳細(xì)地介紹了纜索系統(tǒng)和地錨設(shè)計(jì)，鋼箱梁吊裝方法及線形調(diào)控措施。針對(duì)曲線鋼箱梁線形測(cè)量，給出了曲線梁幾何坐標(biāo)和鋼箱梁懸臂拼裝線形計(jì)算方法，基于Excel的ActiveX控件編制了程序。工程實(shí)踐表明，采用纜索吊裝法架設(shè)變截面曲線鋼箱梁是一種合理可行的施工方案，可為其他鋼箱梁施工提供參考。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；鋼箱梁；懸臂拼裝；纜索吊裝系統(tǒng)；線形控制

中圖分類(lèi)號(hào) U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0087-04

0 引言

連續(xù)鋼箱梁橋具有跨越能力大、自重輕、可靠性高、耐久性及抗震性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在100～300 m跨徑的公路橋梁中具有競(jìng)爭(zhēng)力。1850年，英國(guó)建成了世界上首座箱形梁橋。隨著鋼材品質(zhì)、設(shè)計(jì)理論和分析方法的提高，國(guó)外建造了數(shù)量眾多的鋼箱梁橋，如德國(guó)的杜塞爾多夫－諾伊斯橋，主跨206 m（1951年）、巴西主跨300 m的里約－尼特羅伊橋（1974年）。我國(guó)于2013年建成的崇啟大橋，為（102+4×185+102）m六跨變截面連續(xù)鋼箱梁橋，采用大節(jié)段整體浮吊施工方法[1]。除此之外，履帶吊機(jī)法[2-3]、頂推法[4]、龍門(mén)吊法[5-6]、架梁吊機(jī)法[7]、轉(zhuǎn)體法[8]等等。圍繞鋼箱梁制造[1，9]、分段吊裝中的變形監(jiān)測(cè)[10]，開(kāi)展了相關(guān)研究，指導(dǎo)了鋼箱梁橋的施工。桂溪大橋是一座主跨110 m的曲線鋼箱梁橋，受到橋位河道內(nèi)不能設(shè)立臨時(shí)墩的限制，通過(guò)對(duì)多方案的比選，采用纜索吊裝法作為鋼箱梁安裝方法。文中較為詳細(xì)地介紹了索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和鋼箱梁懸臂施工線形控制方法。

1 桂溪大橋概況

桂溪大橋位于四川省北川縣桂溪鎮(zhèn)，是九寨溝至綿陽(yáng)高速公路跨越平通河的一座變截面鋼－混凝土組合連續(xù)梁橋，主橋跨徑布置為（50+110+50）m，左右幅橋平曲線半徑分別為1 008.60 m和906.83 m，下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土空心墩，群樁基礎(chǔ)。

鋼箱梁采用變截面形式，箱梁高度由中支墩0號(hào)塊處的6 m按三次拋物線變化至中跨跨中的3 m，箱梁頂板寬16.6 m，底板寬度為3.6 m，橫截面由2個(gè)邊箱梁和中間開(kāi)口的2片工字梁組成，橫斷面如圖1所示。邊跨端頭橫聯(lián)采用3 m寬鋼箱橫聯(lián)，內(nèi)灌鐵砂混凝土以平衡邊中跨梁段。鋼箱梁主梁頂板采用12 mm和22 mm兩種厚度的鋼板，在順橋向在主梁腹板線處以及橫橋向橫聯(lián)斷面處板厚22 mm，其余位置厚12 mm，并且通過(guò)PBL剪力鍵與18 cm厚的現(xiàn)澆鋼纖維混凝土形成鋼－混凝土組合橋面板，橫坡為3%。

鋼箱梁采取廠內(nèi)制作，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后用短線法拼裝成安裝節(jié)段。單幅橋梁除主墩0#塊外，邊跨分為11節(jié)段、中跨23節(jié)段。單幅鋼箱梁總重約2 750 t，最大節(jié)段重為60 t。

2 纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 安裝方案選擇

目前鋼箱梁安裝方法主要有浮吊法、履帶吊法、頂推法和纜索吊裝法。浮吊法適用于跨越大江大河以及水位較深地帶的橋梁，如江蘇崇啟大橋[2]。履帶吊法需要在河道內(nèi)設(shè)置施工平臺(tái)，但桂溪大橋跨越的平通河中有受?chē)?guó)家保護(hù)的裂鰒魚(yú)，河道內(nèi)嚴(yán)禁設(shè)置臨時(shí)墩，該方案不成立。頂推法適用于等截面的箱梁，桂溪大橋?yàn)樽兘孛驿撓淞?，采用頂推法施工，不僅要在鋼箱梁底緣設(shè)臨時(shí)調(diào)平支架，而且也需在河道內(nèi)設(shè)臨時(shí)支墩。由于前述三種施工方法都不能滿(mǎn)足桂溪大橋鋼箱梁安裝，因此只能選擇纜索吊裝法。

2.2 桂溪大橋纜索系統(tǒng)設(shè)計(jì)

桂溪大橋綿陽(yáng)岸連接隧道，進(jìn)/出口側(cè)地形陡峭，地勢(shì)高、地質(zhì)條件差，難以布設(shè)索塔，結(jié)合地質(zhì)鉆探資料和計(jì)算分析結(jié)果，決定采用獨(dú)塔兩跨式纜索布置方案。九寨溝岸受地形和既有公路的影響，左、右幅橋的纜索吊裝系統(tǒng)采用不同的跨徑布置：左幅為（82.39+250）m，右幅為（140+280）m。右幅橋纜索吊裝系統(tǒng)布置如圖2所示。

目前國(guó)內(nèi)不少大跨度橋梁節(jié)段吊裝多采取主索橫移法，以節(jié)省主纜用量，降低工程造價(jià)。由于桂溪大橋鋼箱梁處在平曲線上，綿陽(yáng)岸又采用洞錨構(gòu)造，不具備橫移條件，因此設(shè)計(jì)了兩組纜索吊裝系統(tǒng)。主索平面布置如圖3所示，以右幅橋跨中鋼箱梁外弧線1/6箱體分割線為布置基準(zhǔn)，并兼顧已經(jīng)架設(shè)的引橋，將兩組主索中心距確定為24 m。

綿陽(yáng)岸主纜錨碇采用洞錨結(jié)構(gòu)，九寨溝岸設(shè)塔架，主索錨固在鋼管混凝土轉(zhuǎn)換梁上，轉(zhuǎn)換梁通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索錨固，如圖4所示?？紤]到在吊裝和非吊裝階段主索對(duì)轉(zhuǎn)換梁產(chǎn)生的張拉與松弛，采用了專(zhuān)門(mén)的防退錨裝置。

塔架由貝雷梁組拼組成，為增強(qiáng)貝雷梁之間的連接，專(zhuān)門(mén)加工了連接盒，如圖5所示。

鋼箱梁采用由萬(wàn)能桿件構(gòu)成的扁擔(dān)梁抬吊，如圖6所示。針對(duì)平曲線上不同安裝鋼箱梁段，需事先測(cè)量好該節(jié)段就位時(shí)在扁擔(dān)梁上所處位置。

3 鋼箱梁懸臂施工線形控制方法

3.1 鋼箱梁懸拼施工方案

首先安裝墩頂處的0#段鋼箱梁，待安裝就位后，與預(yù)埋在橋墩中的精軋螺紋鋼臨時(shí)固結(jié)，然后依次對(duì)稱(chēng)安裝橋墩兩側(cè)的鋼箱梁段，圖7所示為1#鋼箱梁的安裝。由于纜索吊裝一次只能吊裝一個(gè)節(jié)段，勢(shì)必存在不平衡狀態(tài)，因此安裝時(shí)不平衡梁段控制在1個(gè)之內(nèi)，不平衡重量不大于80 t。待安裝兩側(cè)10個(gè)節(jié)段后，先安裝邊跨合龍段，并澆筑鐵砂配重混凝土，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后解除主墩上的臨時(shí)固結(jié)，安裝跨中梁段，直至中跨合龍。

鋼箱梁安裝時(shí)，先用沖釘將底板連接板和腹板連接板初步固定，安裝部分高強(qiáng)螺栓，按照監(jiān)控指令進(jìn)行高程和橫坡調(diào)整，調(diào)整到位后，安裝剩余高強(qiáng)螺栓并初擰，頂板用碼板固定，在終擰的同時(shí)完成頂板焊縫的焊接。桂溪大橋鋼箱梁設(shè)計(jì)橫坡均為3%，橫坡控制時(shí)先用纜索吊左、右側(cè)吊鉤進(jìn)行初調(diào)，再用5 t手拉葫蘆進(jìn)行精調(diào)。

3.2 曲梁線幾何線形計(jì)算

桂溪大橋左右幅主橋均處在平曲線上，為了能夠在鋼箱梁安裝階段快速得到任意測(cè)點(diǎn)的幾何線形，采用極坐標(biāo)法計(jì)算主梁幾何線形，將緩和曲線、圓曲線組合而成的曲線統(tǒng)一到導(dǎo)線測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)中。如圖8所示，以ZH為坐標(biāo)原點(diǎn)建立曲線支距坐標(biāo)系，A0為ZH～JD的方位角，α為JD的轉(zhuǎn)角。

3.2.1 緩和曲線段幾何坐標(biāo)計(jì)算

當(dāng)測(cè)點(diǎn)i位于ZH～HY段內(nèi)時(shí)，i點(diǎn)在ZH點(diǎn)切線坐標(biāo)系x_ZH_y中的坐標(biāo)（xi，yi）及i點(diǎn)切線的傾角βi按道路工程有關(guān)緩和曲線公式進(jìn)行計(jì)算[11]。

利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式，求得i點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)中的坐標(biāo)（Xi，Yi）和該點(diǎn)切線方位角Ai的計(jì)算公式如下：

（1）

（2）

式中，T——切線長(zhǎng)度；Z——曲線單元的左右偏轉(zhuǎn)，Z=?1為左偏，Z=+1為右偏。

同理可計(jì)算i處在YH～HZ段的坐標(biāo)（xi，yi）、i點(diǎn)切線的傾角βi和坐標(biāo)（Xi，Yi），但坐標(biāo)（X0，Y0）需轉(zhuǎn)換到HZ點(diǎn)，方位角A0和曲線長(zhǎng)度li按式計(jì)算：

（3）

式中，L——緩和曲線和圓曲線之和；Li——i點(diǎn)到ZH點(diǎn)間的長(zhǎng)度。

3.2.2 圓曲線段內(nèi)幾何坐標(biāo)計(jì)算

i在HY～YH段時(shí)，坐標(biāo)（xi，yi）及i點(diǎn)切線的傾角βi按式計(jì)算：

（4）

式中，li=Li?ls，Li——i點(diǎn)到ZH點(diǎn)間的長(zhǎng)度。

3.2.3 鋼箱梁橫斷面上任意一點(diǎn)的幾何坐標(biāo)計(jì)算

左、右幅橋鋼箱梁設(shè)計(jì)坐標(biāo)按下式計(jì)算：

（5）

式中，dj——道路中心線至鋼箱梁橫向測(cè)量斷面j的距離，見(jiàn)圖8。

3.3 鋼箱梁懸臂拼裝線形計(jì)算

鋼箱梁采用切線拼裝施工，需要考慮前一梁段安裝后產(chǎn)生的變形對(duì)后續(xù)梁段的線形影響，如圖9所示，設(shè)梁段i的長(zhǎng)度為L(zhǎng)ic，梁段i?1安裝后在i端產(chǎn)生的豎向位移為vi，轉(zhuǎn)角為θi，則梁段i懸臂拼裝時(shí)的控制高程見(jiàn)公式（6）：

（6）

式中，HiT——梁段i在懸臂端的安裝高程；HiD——梁段i在懸臂端的設(shè)計(jì)高程；δi——梁段i在懸臂端的制造線形；——由梁段i?1在懸臂端產(chǎn)生的虛位移。

3.4 鋼箱梁安裝幾何坐標(biāo)計(jì)算程序

鋼箱梁安裝過(guò)程中需要隨時(shí)對(duì)幾何坐標(biāo)和高程進(jìn)行測(cè)量，尤其是軸線線形控制。為了能快速計(jì)算出任意測(cè)點(diǎn)處的幾何坐標(biāo)和高程，采用Excel的ActiveX控件，編制了鋼箱梁安裝幾何坐標(biāo)計(jì)算程序，事先將主梁交點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)控制高程、鋼箱梁節(jié)段長(zhǎng)度、制造線形、橋梁縱坡等輸入到程序中，施工現(xiàn)場(chǎng)只需選擇擬安裝的梁段號(hào)，程序自動(dòng)計(jì)算出幾何坐標(biāo)和高程值。

4 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)桂溪大橋大跨徑曲線鋼箱梁施工，提出了用纜索吊裝法架設(shè)方法。針對(duì)橋位兩岸地形地質(zhì)及河道環(huán)境的限制條件，設(shè)計(jì)了獨(dú)塔2跨式纜索吊裝系統(tǒng)，較好地實(shí)現(xiàn)了曲線鋼箱梁的安裝。

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