大跨度超宽桥面钢混组合梁悬臂拼装施工工艺研究

张忠文

（中铁一局集团桥梁工程有限公司，重庆401121）

1 引言

目前，国内对于钢混组合梁悬臂拼装的方法很多，但没有大跨度超宽桥面钢混组合梁悬臂拼装可借鉴施工工艺。该种组合梁体悬臂拼装类似龙门架设施工，但由于要在龙门桁架悬臂端架梁，桁架处于悬臂状态。本文采用了悬臂结构理论、龙门拼装施工工艺，研究出了大跨度、超宽桥面钢混组合梁悬臂拼装施工工艺。

2 工程概况

黄河公路桥主桥为40m+175m+410m+175m+40m 预应力钢混组合梁斜拉桥。主梁由边钢箱、横梁、小纵梁通过拼接板及高强螺栓形成钢构架，在钢构架上铺设预应力钢绞线桥面板，现浇湿接缝，与剪力钉形成整体组成钢-混组合梁体系。主梁全宽38m，边钢箱梁长12m，宽2.8m，高3.0m，横梁长32.7m，高3.0m，宽0.8m。斜拉索锚固在主梁上，如图1 所示。

图1 主梁布置图

3 方案比选

3.1 全回转吊机悬臂拼装

3.1.1 方案概述

主梁拼装采用全回转吊机悬臂拼装施工方案。主梁S0、S1、边跨节段采用支架法拼装，S2节段开始向两侧对称采用全回转吊机逐节段悬臂，边跨合龙采用支架法，中跨采用全回转吊机合龙。如图2 所示。

3.1.2 方案优缺点

方案优缺点包括：（1）吊机整体质量大，施工荷载大，不利施工阶段力学控制；（2）吊机下走行采用大下盘（走行在边箱梁上），结构庞大，重量增大，受力更大；（3）吊机下走行采用小底盘（走行在小纵梁上），增加临时走道梁加固和临时锚固，满纵梁受力要求，增加工序和费用；（4）影响湿接缝施工，锚固点必须后移位，增加工序；（5）满足全方位取梁、安装工况；（6）工作效率高，安全风险较低。

图2 全回转吊机悬臂拼装图

3.2 龙门吊机悬臂拼装

3.2.1 方案概述

主梁拼装采用龙门吊机悬臂拼装施工方案。主梁S0、S1、边跨节段拼装及边跨合龙同全回转吊机一致，S2节段开始向两侧对称采用龙门吊机逐节段悬臂拼装，中跨采用龙门吊机合龙，如图3 所示。

图3 龙门吊机悬臂拼装图

3.2.2 方案优缺点

方案优缺点包括：（1）两侧设置龙门轨道，对地形要求高；（2）施工临时占地大，费用较高；（3）跨度大，高度高，安装龙门吊机难度大，安全风险较大；（4）只能满足前端取梁；（5）能满足全方位安装工况；（6）工作效率较高，安全风险较大[1]。

3.3 节段悬拼提梁机悬臂拼装

3.3.1 方案概述

主梁拼装采用节段悬拼提梁机悬臂拼装施工方案。主梁S0、S1、边跨节段拼装及边跨合龙同全回转吊机一致的，S2节段开始向两侧对称采用桥面节段悬拼提梁机逐节段悬臂，中跨采用悬拼提梁机合龙。具体方案是：在边箱梁上设置可移动可锚固悬臂钢桁架走道，减轻吊机的自重（100t），解决了吊机自重大、安装及使用安全风险高、占地大、费用多、快捷移动、锚固困难、施工荷载超重的问题。在可移动可锚固悬臂钢桁架设走道设置可移动的横梁，在横梁上设置移动天车，采用不平衡吊机，能满足前端、后端、两侧、桥上、桥下取梁，也能满足上、下、前、后、左、右安装，同时也解决了全方位取梁工况和安装工况。如图4 所示。

图4 节段悬拼提梁机悬臂拼装

3.3.2 方案优缺点

方案优缺点：

1）边箱梁上设置可移动的轨道，节约材料，节省施工用地。纵移采用步履式前移，劳动强度低，操作便捷。利用边箱梁吊点也解决了锚固点难题。

2）在轨道上设置悬臂钢桁架体系，降低了高度，减轻吊机自重，增大临空面，施工空间大，有利于提高工作效率。

3）满足全方位取梁工况，喂梁方式也更为简单。

4）满足全方位安装工况，具具有±180°旋转功能、纵横向倾角调整功能可实现±3%斜坡调整，减小了人力调整。

5）最大限度地减少了操作动作，提高了可操作性，工作效率高，安全风险低[2]。

6）钢桁架形成的不变体系，为施工提供了有效空间，有利于施工质量控制。

3.4 方案比选

经上述优选，主梁拼装采用节段悬拼提梁机悬臂拼装施工方案，能够满足自重、吊重、施工空间，解决施工荷载超重、安全风险等难题，能够安全高效地进行工序转换，同时能够满足施工阶段梁体受力要求及梁体的拼装精度，有利于施工安全、质量、进度控制。

4 节段悬拼提梁机悬臂拼装施工技术

4.1 节段悬拼提梁机悬臂拼装作业流程

节段悬拼提梁机悬臂拼装作业流程包括：

1）利用大型吊机在支墩上拼装S0、S1号2 个节段，先安装钢边箱、再横梁、然后小纵梁、桥面板，浇筑湿接缝并进行临时锚固，安装S1号段斜拉索并进行第一次张拉；

2）在S1号段采用大型吊机对称安装节段悬拼提梁机；

3）采用节段悬拼提梁机对称进行钢梁架设、桥面板铺设、湿接缝浇筑、桥面张拉、斜拉索挂索及第一次张依次推进；

4）边跨S18用支架法吊机拼装，合龙采用节段悬拼提梁机合龙，按设计进行配重，合龙后进行荷载替换[3]。

4.2 节段悬拼提梁机构造、工作原理、作业工况及流程

4.2.1 构造

由主桁架、天车（纵移横梁、横移天车、吊具）、纵移机构、可调支撑、锚固结构、液压系统和电气系统等组成。

4.2.2 工作原理

主桁架、走行系统及锚点设计在梁体主要受力体系上，采用多方位喂梁施工，纵移采用步履式前移，通过提梁机主桁上横梁的纵向移动和天车的横向移动来实现提梁及悬拼安装。

4.2.3 作业工况及流程

作业工况分前方取梁、后方取梁、不对称悬拼、对称悬拼、合龙5 个工况进行钢混组合梁拼装。其重难点在于边钢箱梁的悬拼。由于边箱梁的吊点前后左右均不对称，故设计65t 不平衡旋转吊具。作业如下：

1）在边钢箱梁通过纵向横梁调节丝杠调整纵向不平衡力臂。纵向起吊图如图5 所示。

2）吊具与边钢箱相连，在横向将吊具上的转臂向外旋转180，确保边钢箱梁横向平衡。横向起吊图如图6 所示。

3）起吊到安装位置，纵横向的微调通过斜支撑液压油缸调整至边钢箱梁安装姿态。

4）吊具与钢箱梁松开前，将转臂转回初始位置，并用销轴固定。

5）起吊对称边钢箱梁时，吊具自动旋转180°即可。

6）起吊对称平衡物体时或空载进，吊具调整到平衡姿态。空载状态、平衡起吊如图7 所示。

图5 纵向起吊图

图6 横向起吊图

图7 空载状态/ 平衡起吊图

4.3 S0、S1 号节段梁施工

S0、S1号节段梁采用支架法施工，每组6 根630mm×10mm和3 根630mm×10mm 螺旋管桩。经最不利工况计算满足施工要求。采用大型吊机拼装S0、S1号2 个节段。

4.4 S2、S18 号节段梁施工

4.4.1 节段悬拼提梁机安装与调试

采用150t 位吊机按图4 中所示站位在S0、S1号2 个节段拼装节段悬拼提梁机。先安装纵移机构，再安装主桁架、可调支撑、锚固系统，然后安装天车纵移站在距后支腿2m 位置处，最后安装液压系统和电气系统。拼装完成后，将整机调平（用水准仪检测），调试及验收，合格后方可拼装梁体。

4.4.2 节段悬拼提梁机悬拼架设

节段悬拼提梁机悬拼架设流程包括：

1）拼装边箱梁，采用不对称工况作业，吊具锚固住边箱梁后，让吊具受力，调整吊具的平衡力臂，使吊物进吊后能保证平衡，起吊到安装位置处，通过吊具调整油缸调整边箱梁姿态，天车纵横移对位与已架设边箱梁对接，采用冲钉及高强度螺栓锚固，完成边箱梁的架设。

2）拼装横梁，采用对称工况作业，吊具旋转70°，横梁上平面与边箱梁上平面齐平后停车。通过纵移天车将外侧两根横梁分别吊至8m/12m 2 处位置安装。吊具旋转20°，通过吊具油缸调整横梁姿态，采用冲钉及高强度螺栓锚固，完成安装。

3）小纵梁通过横梁上3t 电动葫芦起吊对称安装，桥面板通过平衡吊具对称安装。湿接缝施工起吊通过3t 电动葫芦。湿接缝混凝土浇筑后等强、张拉，斜拉索挂索、张拉。

4）过孔，横梁开到整机后端距后支腿2m 处，松开后锚固，后锚固耳座留在锚点上，用撑杆撑住，只松开锚杆，4 个顶升油缸依次将整机顶起，通过可调支撑上的钩挂轨道脱离垫座3cm 即可，在支撑立柱下方填塞垫板直到填实为止，将顶升油缸收回，由支撑立柱支撑立柱支撑整机。纵移机构将轨道向前4m。锚固轨道，反方向驱动油顶，纵移机构向前推行4m。多次重复使整机到达下一架梁站位，锚固整机，准备下一孔的架设。重复第孔流程完成S2、S18号节段梁施工架设。

5 节段梁边跨与中跨合龙

梁体合龙顺序：先合龙边跨，再合龙中跨。先合龙两边钢箱，再横梁，最后小纵梁和桥面板。合龙段吊装工况和标准梁段一致。边跨合龙：主梁纵向移动采用2 台250t 油顶进行顶推作业，顶推到位后进行合龙。中跨合龙：根据将来选定的合龙温度推算合龙段长度应稍微加长，在对合拢段进行二次加工。合龙段的拼接，通过临时拼接板的螺栓孔来确定永久拼接螺栓孔，最后将临时拼接板换下，安装永久拼接板，合龙完毕。

6 节段悬拼提梁机拆除、桥面系施工及调索

合龙完成后在桥面上采用25t 吊机将节段悬拼提梁机拆除，直接装运输车运走。再进行桥面系施工，最后设计监控数据进行全桥索力调整。

7 结语

综上所述，针对大跨度超宽桥面钢混组合梁悬臂拼装施工，研究节段悬拼提梁机悬臂拼装技术。采用整体临时支墩、节段悬拼提梁机、墩顶临时锚固装置等一系列技术措施，解决全回转吊机重量大、龙门起重机不能悬臂施工、不对称吊点平衡起吊等一系列技术问题。在黄河桥实例中，与其他悬拼施工技术相比，节段悬拼提梁机技术工艺科学、安全、经济、高效，为类似工程的施工提供了经验。