大跨度系杆拱主梁安装控制技术

徐振华

（宁波通途投资开发有限公司，浙江宁波 315000）

0 引言

随着现代桥梁技术的不断发展，城市桥梁不仅要满足其交通功能，更是一件展示力与美的艺术品。宁波明州大桥主桥作为一座主跨450 m的双肢中承式系杆拱桥，力线流畅，造型美观。其主跨拱肋空中拼装采用了缆索吊与斜拉扣挂结合的施工方案，相应的其中跨主梁的施工过程，不仅包含了主梁缆索吊装的过程，还包含了拱上临时扣索的拆除过程，中跨水平拉索的张拉和卸载过程，以及主梁吊装就位后的吊索调索过程。本文以该桥主梁现场安装的施工控制为工程背景，主要介绍中跨主梁的施工控制特点、方法、内容及成果。

1 工程概况

宁波明州大桥是一座特大型中承式系杆拱桥，跨径布置为100 m+450 m+100 m=650 m，全钢结构。拱肋分为上、下两肢，上肢拱为矩形断面；边跨下肢拱采用二次抛物线，净矢高为4.5 m，矩形截面；主跨下肢拱采用悬链线，矢跨比=1/5，拱轴系数为1.6，矩形截面；中跨主拱呈“凸”形断面。主梁宽度为46 m，高度为3.2 m；边跨主梁采用单箱多室钢箱梁，中跨主梁采用分离的双箱结构形式。全桥总体见图1。中跨主梁截面见图2和图3，两侧为分离单箱，中间采用横梁连接，主梁通过斜向吊索悬挂在拱肋下。

图1 明州大桥主桥总体示意图

图3 明州大桥中跨主梁加劲截面

2 中跨主梁安装方案

2.1 方案总体介绍

明州大桥中跨拱梁施工依靠缆索吊机系统和扣挂系统协同展开工作。缆索吊机系统采用双塔三跨方案，主要构成有：塔架、主缆、牵引索和起重索、起吊天车、塔顶风缆系统。扣挂系统主要有：扣塔、前扣索、后锚索、张拉与锚固系统构成。中跨主拱安装施工时，由缆索吊机系统负责将拱肋由运梁船上吊起，运输到空间定位点，再转由扣挂系统进行空间固定。中跨主梁吊装过程中，由缆索吊机系统负责将主梁由运梁船上吊起，空间运输到空间定位点，转由永久吊索悬挂主梁。图4为缆索吊机系统和扣挂系统在主梁吊装过程中的示意图。

图4 缆吊和扣锚索系统工作示意图

需要注意的是，中跨拱肋在扣挂系统的支撑下，其竖向荷载实际通过扣挂系统最后转由临时扣索承担，如果在主梁吊装过程中，不及时拆除扣挂系统，那么主梁的自重也将通过扣索传递到扣塔上去，这将严重增加临时扣塔的承载要求。

永久结构在拱肋合龙后，在空间上已形成基本的稳定体系，扣挂系统具备了拆除条件，但是这个时候如果拆除扣索系统，那么拱肋自重将沿拱轴的切向方向转化为轴力传递至拱脚，形成巨大的水平推力，这是拱脚基础无法承担的。因此，在扣挂系统拆除之前，必须张拉中跨水平拉索，平衡拱桥的水平推力。

拱上扣索的拆除包括KM1～KM17扣锚索的拆除工作，中跨主梁的吊装包括LZ2～LZ20主梁节段吊装工作，（扣锚索和主梁的编号均为从边跨到中跨顺序增大，两岸对称），水平拉索张拉包含16根水平拉索分步张拉到指定成桥索力的工作（包含半张、超张和卸载），这三种不同的施工工序各自都对应了大量的细分工况，因此，实际主梁的安装过程将是这三种施工工序相互穿插，共同建设的过程。

在主梁最终吊装完毕后，主梁的空间线型以及吊杆的索力，与期望中的成桥状态存在一定差异，因此需要完成最后的吊杆索力调整工作。

2.2 主梁吊装方案[1-2]

在上述主梁安装方案中，主梁吊装是其中最重要的一个环节。明州大桥中跨主梁与卢浦大桥一样均为吊杆支承的漂浮体系。在河道全断面通畅的情况下，卢浦桥采用的是使用拱上吊机从主跨跨中段开始吊装，再向两岸逐步起吊和拼装主梁[1-3]。明州大桥桥址处河道仅跨中部分具备拖船运输和起吊的通航能力，所有梁端都要从河道中间起吊，因此主梁所有梁段均在中跨通过缆索吊机起吊，空中运送岸侧，转由吊索悬挂后，再逐步由岸侧向跨中进行拼装，最终在跨中实现合龙。图5为两侧吊装完毕，最后跨中吊装合龙时的照片。

图5 中跨主梁吊装合龙

本桥在主梁吊装施工大致可分为以下几个步骤：

（1）缆索吊机在主跨跨中处待机就位；

（2）主梁梁段拖船运至跨中处，通过缆索吊的起重索起吊；

（3）将主梁起吊至桥面高度后，移动至岸侧拼装位置；

（4）主梁在吊索悬挂状态下，依托前一个吊装节段，进行空间定位，调整坐标高度，确保梁段间平顺衔接；

（5）吊装下一个节段，重复上述过程；

（6）主梁各梁段两两拼焊后，采用临时连接件连成整体；

（7）逐步施工至中跨跨中合龙点；

（8）吊装合龙段，完成主梁合龙。

值得一提的是，每一个主梁节段在空中吊装就位后，先通过一对临时吊杆和一对永久吊杆共同作用，悬挂在拱肋下，（每个主梁节段仅设有一对永久吊杆），为提高吊装过程中的安全性，应尽快将主梁悬挂荷载转至永久吊杆上。每完成一个节段环口焊接，前方的环口和后方的永久吊杆就可以形成一个稳定体系，便可释放一对临时吊杆。而环口的焊接工作较为缓慢，如果等待前个阶段的环口焊接完毕后，再吊装下个节段主梁，将严重延误工期。因此在梁段吊装过程中，每完成两个节段的空间定位后，先将两个节段拼焊在一起，实现4根永久吊杆悬挂的安全体系，便继续下一个节段吊装。

3 中跨主梁安装流程和内力状态

与前所述，主梁的吊装，扣锚索的拆卸，水平索的张拉，都将改变拱肋的受力状态和主拱基础的水平力推力情况。因此在施工工序安排过程中，需要对结构内力的变化进行全面控制，尤其是拱脚的临时水平推力不能超过基础的承载能力。

鉴于拱肋合龙后结构内力可弹性叠加，计算分析采用了模块化的处理方式，分离各个施工步骤，对施工顺序进行合理组合，控制结构内力。

在表1中，列出了整个主梁的安装过程中，各个施工步骤以及对拱脚水平力的影响。表中主梁编号从岸侧到江心顺序为LZ1～LZ20，临时塔上的扣锚索编号从岸侧到江心顺序为KM1～KM17。主梁节段和扣锚索布置可参见图4。

从表1中数据的变化中，可以清晰地看到，随着扣锚索的拆除和主梁的吊装，拱脚水平反力不断增大，需要不断通过张拉水平拉索平衡拱脚水平力。整个施工过程中，最大拱脚水平力为12 125 kN，满足基础的承载能力要求。成桥恒载状态下，拱脚水平力为70 kN，满足系杆拱桥无水平推力的设计期望。

从拱肋的应力状况来看。在整个施工过程中，主拱拱脚应力为105 MPa，状况良好；最大应力出现在拱肋上下肢合龙点下，为121 MPa；均在设计的控制范围内。

后期通过吊杆索力调整，跨中主梁标高与理论值偏差普遍低于50 mm，且为向上的正偏差，最大偏差为80 mm，出现在跨中位置。满足桥梁的设计要求，见图6。

表1 主梁安装施工工序表和拱脚水平反力状况

4 结语

明州大桥作为国内最大跨度的双肢系杆拱桥，施工工艺技术新颖，施工控制难度大，其主梁的施工工艺与常规拱桥有较大不同，同时涉及了缆索吊机系统和扣挂系统的施工特点。在中跨主梁的吊装过程中，通过对水平索力以及施工步序的控制，较好的控制了拱脚水平力和其他结构的内力状况，最终的主梁的成桥线形也满足设计要求，较好地完成了大桥的施工控制目标，可作为同类工程施工和设计的参考。

[1]李茂兴.卢浦大桥主桥施工技术[J].施工技术,2003,32(11):40-43.

[2]臧卫.世界最大跨度的拱桥——卢浦大桥安装关键技术[J].上海建设科技,2001(5):29-30.

图6 主梁标高误差（单位：mm）