南宁大桥曲线钢箱梁吊装关键施工技术

欧 静

(中铁二局第五工程有限公司，四川成都 610091)

0 引言

南宁大桥位于南宁市东南，毗邻青秀山风景区，由跨越邕江的主桥、南北两岸引桥、引道及附属工程组成，桥梁总长734.502 m，其中主桥为大跨径曲线梁非对称外倾拱桥，单孔跨度300 m，桥面宽度35 m，由两条倾斜的钢箱肋拱、曲线钢箱梁、倾斜的吊杆及桥面系杆组成，按双向六车道设置(见图1)。

图1 南宁大桥主桥结构效果图

南宁大桥钢箱梁架设采用“缆索吊机吊装，拱肋支承”方案。由于永久系杆设置在钢箱梁内，主梁未合龙前，永久系杆无法安装张拉，钢箱梁吊装期间拱肋推力由设置在东西拱脚位置的临时系杆索平衡。由于东西拱肋外倾、不对称且钢箱梁位于半径1 500 m曲线上，如何平衡因箱梁两侧的吊杆呈非对称形式布置对箱梁节段产生的横向水平力，以及曲线节段钢箱梁吊装过程中的空间线形控制，是该桥施工需解决的关键技术。

1 曲线钢箱梁吊装总体方案

南宁大桥主桥受下游“西津船闸”最大通航宽度15.0 m限制，全桥钢箱梁划分为30个吊装节段，标准梁段长9.0 m，重136.6 t。通过对钢箱梁结构和节段吊装过程主体结构和塔架结构受力分析研究，钢箱梁吊装方案采用“9 m节段制造运输，9 m节段吊装”方案。节段工厂制造时进行了“10+1”匹配预拼装，钢箱梁竖曲线由18 m节段顶、底板不等长的方式形成梯形，以折代曲。

由于9 m节段吊装后单节段上只有1组永久吊杆和临时吊杆，无法维持节段空中稳定。钢箱梁节段空中稳定和线形调整是利用两个相邻9 m节段上的2组永久吊杆和临时吊杆来维持。采用9 m节段“空中二拼一”方案，两个9 m节段吊装就位后进行“空中二拼一”焊接，这样全部梁节段吊装合龙后，主梁为15个18 m梁节段。9 m钢箱梁节段吊装顺序为由中间向两边连续吊装(见图2)。

2 曲线钢箱梁吊装关键施工技术

2.1 节段空中精确对位技术

钢箱梁位于R=1 500 m平曲线和R=9 000 m竖曲线上，每个9 m节段空间位置都不一样。钢箱梁节段采用2组索道4吊点抬吊，运用PLC电气集中控制技术，既保证节段4吊点同步吊装，又方便节段对位前单吊点微调。节段吊装前，横移索鞍至每个9 m吊装节段所对应的位置，以确保节段横桥向位置准确。

图2 钢箱梁合龙段施工

当被吊钢箱梁顶面高于前一钢箱梁段顶面约30 cm高时，暂停吊运进入调梁阶段。安装钢箱梁上的永久吊杆和“×”形临时吊索，通过缓慢运行牵引索来控制前后走行小车、收放前后起重索来调整钢箱梁纵桥向的位置、倾斜角度(见图3)。

图3 钢箱梁吊装施工

如果箱梁平面位置有小量偏差可用链条葫芦将梁端缓慢收拢，使两相邻梁段上、下接口对正(缝隙误差5 mm以内)，相邻钢箱梁节段就位后，通过在钢箱梁顶、底面安装临时匹配件，进行节段连接。

钢箱梁匹配连接后，张拉永久吊杆和临时吊杆，同步缓慢松开吊钩。测量钢箱梁空间线形，调整吊杆索力直至节段线形符合设计要求。

2.2 节段空中稳定技术

钢箱梁节段在连接成整体形成稳定结构前，要经历9 m节段连接成18 m节段、18 m节段自身空中悬浮等不稳定结构状态。在钢箱梁吊装过程节段稳定空中通过外侧永久吊杆、“×”字形临时吊杆及箱梁节段间的临时匹配件来实现(见图4)，具体实施方案如下:

钢箱梁吊装顺序为先吊装跨中15号梁段，由于15号节段只在梁段中间设有一组永久吊杆及临时吊杆，松吊后，仅靠一组永久吊杆及临时吊杆无法维持空中稳定。因此在15号梁段上增设一组临时吊杆。15′号吊装就位与15号节段匹配连接后，形成18 m梁段。张拉调整18 m节段上的2组外侧永久吊杆和“×”形临时吊索，同步拆除15号节段上的临时钢绞线拉索。

图4 施工阶段钢箱梁受力关系图

吊装14号、14′号节段的空中稳定则是通过分别与15号、15′号节段匹配连接成整体，然后张拉14号、14′号节段上的一组外侧永久吊杆和“×”临时吊索来实现节段的临时稳定。13号、13′号节段吊装分别与14号、14′号节段匹配连接形成18 m梁段后，解除14号与15号、14′号与15′号之间的临时匹配件，形成独立的18 m梁段，通过2组外侧永久吊杆和“×”临时吊索维持节段空间平衡。

2.3 空间线形控制与调整技术

2.3.1 线形控制与调整难题

曲线钢箱梁吊装过程采用外侧永久吊杆和“×”字形临时吊索维持节段空间稳定和线形调整。线形控制与调整存在以下难题:

1)节段空间定位无法采用吊杆定长法施工。每个18 m节段通过8根吊索进行调整，每调整一根吊索，其他吊索索力均会发生变化。

2)18 m梁段合龙后全桥104根吊杆为多次超静定结构，索力调整尤为复杂。

3)钢箱梁合龙前，受体系温差的影响，钢拱肋线形不断变化且跨中与边跨呈非线性变化，钢箱梁节段定位空间坐标难以确定。

2.3.2 安装过程线形控制目标

主梁合龙线形达到设计理论线形;体系转换完成，成桥状态下拱肋线形和主梁线形与设计理论线形一致或误差很小;吊杆、系杆索力与设计索力整体偏差控制在5%以内，单根吊杆索力与设计索力最大偏差在10%以内。单束系杆索与设计索力最大偏差在10%以内。

2.3.3 过程控制与调整

为保证主梁安装线形达到控制目标，分以下几个过程进行控制调整。

1)9 m形成18 m节段线形调整。

通过施工仿真分析，计算出每个18 m钢箱梁吊装定位空间坐标及永久吊杆和临时吊索索力，用于指导钢箱梁安装施工。18 m节段吊装就位后依靠外侧永久吊杆、临时吊索来控制三维坐标。主梁合龙后还须完成二期恒载，结构体系转换后实现成桥状态。因此，在主梁吊装就位、节段连接之前需要设置预拱度来保证最终的成桥线形。同时主梁吊装节段标高还需考虑体系温差和拱肋受力不断增加，主拱肋下挠的影响。

理论上分析，采用永久吊杆和临时吊索定长法进行主梁节段空间坐标控制最为方便、准确。但由于现场无法准确测量出吊杆张拉端坐标，且每根吊杆索长存在制造误差。因此18 m节段空间线形调整采用以下方法:

9 m节段匹配时先张拉外侧永久吊杆至设计索力，张拉部分临时吊索索力。18 m节段形成后，测量18 m节段空间线形，根据空间三维坐标实测结果反复调整临时吊杆索索力和永久吊杆索索力直至达到设计状态。18 m节段线形调整必须解除与其他节段之间的临时连接。

2)主梁合龙前18 m节段线形调整。

为方便节段线形的调整，合龙前如果18 m节段全部临时连接，全桥共需52根永久吊杆和52根临时吊索，为一庞大的超静定体系，每根吊杆的调整都会造成其他吊杆索索力和梁节段线形的变化，难以实现主梁线形调整效果。因此合龙前18 m节段线形调整必须解除与其他节段之间的临时连接。

此时除拱脚处合龙段主梁未吊装外，全部主梁自重荷载已经施加在拱肋上，拱肋空间线形只受体系温差的影响。主梁设计合龙温度18℃ ～20℃，因此合龙前主梁18 m节段线形调整均安排在夜间或无日照时间段进行。

3)内侧永久吊杆安装及二期恒载后主梁线形控制。

主梁合龙后，拆除临时横向联结系和侧向缆风索，安装张拉永久系杆索，同步拆除临时系杆索;安装张拉内侧永久吊杆，拆除“×”临时吊杆索，同步调整外侧永久吊杆索索力。

此时钢箱梁受力体系发生了大的改变，由永久吊杆和弯曲系杆维持结构的空间几何位置和受力平衡。但此时在结构体系未转换前的吊杆索力作用下，主梁空间线形可能会产生变化，因此有必要在这个阶段根据实测拱、梁线形和吊杆、系杆索力值进行修正，以保证主梁线形达到设计状态。

此时吊杆和系杆索力可以用千斤顶和“频率法”进行精确量测，吊杆索力的调整可采用“拔出量”法进行，以避免多次超静定结构调索造成的困难。“拔出量”法的具体操作如下:根据实测的吊杆、系杆索力，拱、梁实测线形进行修正模型计算，计算出满足成桥目标状态下的吊杆、系杆索力值。

计算出吊杆索力实测与修正值差值，反算出吊杆张拉端锚杯拔出量。考虑到张拉拔出量较小，采用将长度转换到锚杯螺母的转动角度，此法可保证拔出量精度控制在1 mm之内。

从跨中向两边依次用“拔出量”法对需要调整的吊杆索索力进行调整(见图5)。

图5 “拔出量”法调整索力

3 结语

南宁大桥曲线钢箱梁合龙后横向和竖向线形误差都在允许范围内，梁线形误差均为0.029/300=L/10 345;吊杆索力均匀且达到设计索力，平均误差2.3%，系杆索力平均误差4.6%，满足设计要求，成桥状态良好。钢箱梁采用“9 m节段加工运输，9 m节段吊装，空中匹配成18 m梁段”的吊装方案。吊装过程中，独具匠心地设计了“×”形临时吊杆，利用外侧永久吊杆和“×”形临时吊杆实现了节段空间平衡和线形调整。该技术成功攻克了大跨径曲线节段钢箱梁吊装及线形控制难题，为类似工程施工提供了有益的借鉴。

［1］ 张数仁.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］ 孙晓红.钢管混凝土拱桥施工监控与拱肋吊装控制［D］.福州:福州大学硕士论文，2004.

［3］ 唐君宏.匝道高架桥连续箱梁切割拆除吊架法施工技术［J］.山西建筑，2013，39(10):183－185.

［4］ 刘彬斌.外倾式钢箱拱桥稳定性能研究［D］.上海:同济大学硕士学位论文，2006.