徽水河大桥主梁安装施工关键技术研究

赵伟

摘 要：徽水河大桥是S11芜黄高速公路的重要工程，该桥采用了低塔组合梁斜拉桥结构，为了研究组合梁斜拉桥采用塔吊进行不对称吊装施工的可行性，以徽水河大桥为依托开展了主梁基于塔吊施工关键技术的研究。研究表明在塔梁固结条件下，低高度组合梁斜拉桥结构的钢主梁重量较小，利用塔吊采用先中跨后边跨的方式进行不对称拼装合理可行，吊装时故根据塔吊的吊装能力和作业半径合理选取吊装重量，对于额定吊装重量过大区域可采用散件拼装的方式采用先主梁后横梁的方式进行安装。

关键词：组合梁;斜拉桥;塔吊安装;不对称悬臂施工

0 引言

斜拉桥是一种常见的桥梁结构形式，具有良好的跨越性能和承载能力，被广泛地应用在跨江、河及峡谷中。钢板组合梁斜拉桥是在中小跨径斜拉桥中较常见的主梁形式，但低高度组合梁和低桥塔形式形结合的低塔组合梁斜拉桥的应用较少[1-2]。

斜拉桥桥塔较低时一般为部分斜拉桥结构体系，拉索和主塔只承担桥梁结构的一小部分重量，其他荷载均由主梁自身承担，因此主梁的刚度一般较大。对于主梁刚度较小的低塔斜拉桥工程的研究和工程实践均较少[3-4]。

对于中小跨径斜拉桥的施工方法一般包括悬臂施工法、转体施工法和支架施工方法。对称悬臂施工法是最常见的施工方法，利用悬臂挂篮或悬臂吊机进行主梁的浇筑或安装，可适应于跨河、跨谷施工，适应性相对较好。转体施工主要适应于跨线桥梁施工，先平行被跨越路线施工后旋转至设计位置。支架法施工采用支架完成主梁施工后进行拉索安装，这种方法适合于采用支架搭设较为便利的地形地貌[5]。

传统的对称悬臂法、转体法和支架法施工，主梁在施工过程中一般塔梁两侧的重量拉索主梁上的重量基本平衡。采用不对称悬臂拼装施工方法的相关研究和应用均较少。为了研究低塔组合梁斜拉桥采用不对称悬臂拼装法进行施工的可行性，本文以S11芜黄高速徽水河大桥为依托对组合梁的不对称悬臂施工法进行研究。

1 依托工程概况

1.1 项目总体概况

S11芜湖至黄山高速公路路基工程施工WHLJ-9标起讫桩号为K81+225～K92+190，线路全长10.965 km，其中ZK85+557、YK85+563徽水河大桥左幅全长175 m，右幅全长205 m（引桥30 m）。徽水河大桥为左右幅分离式布置，两幅路基净距约为20 m，单幅桥面宽度为12.25 m，见图1。左、右幅大桥采用相同的结构形式，主桥跨径布置为（48+80+40）m，采用塔梁固结体系。主梁采用钢板组合梁形式，索体采用钢绞线拉索，拉索为空间扇形索面布置，小桩号侧桥塔设置5对拉索，大桩号侧桥塔设置4对拉索。拉索在塔上通过鞍座连续跨越锚固，梁端采用钢锚箱锚固。

1.2 桥梁结构特点

主梁采用钢板组合梁结構，钢主梁为两根“工”字型钢纵梁和“工”字型钢横梁组成，钢梁主梁横向间距为11.75 m。

钢纵梁梁高为1.5 m，标准横梁梁高为1 m，钢横梁间距为3.6 m，钢纵梁和钢桁梁之间均采用焊接形式进行连接。

主桥桥面板全宽12.25 m，板厚25 cm，支撑在由钢主梁及横梁组成的梁格体系上。混凝土桥面板与钢主梁通过布置于钢主梁及横梁顶面的φ22圆柱头剪力钉结合后共同受力。桥面横坡由支撑预制板的钢主梁间的高差形成。桥面板分为预制和现浇两部分，现浇部分为预制板间现浇缝、钢主梁顶现浇带。预制板与钢梁接触部分在钢梁边缘粘贴宽7.5 cm，厚1 cm的丙烯三元橡胶条进行调平和止浆。

主桥拉索采用环氧涂层钢绞线拉索，拉索在梁段采用钢锚箱进行锚固，锚箱外挂在钢主梁外侧。拉索在塔上采用夹持型鞍座进行锚固，拉索穿过鞍座锚固在桥塔两侧，用鞍座的夹持力提供抗滑锚固效果。

2 主梁不对称悬臂拼装施工方法

徽水河大桥地处皖南山区，大桥跨越徽水河及G205国道，两侧均为陡峭的峡谷，施工建设条件复杂，传统的支架法施工和利用桥面板吊机进行悬拼对称安装工艺均较难适应本项目的建设。考虑到本项目主梁采用钢板组合梁结构，钢主梁自重较小，且桥梁的跨径不大，在项目建设时桥塔施工的塔吊选型综合考虑主梁吊装的需求，选用塔吊型号为川建M1000塔吊，最大起吊能力50吨。

在主梁安装时利用塔吊对主梁进行吊装，根据塔吊的起吊能力和起吊半径的能力，靠近塔根部分节段利用塔吊整体安装，远离桥塔位置的节段利用塔吊进行散件安装。采用塔吊施工时，每个桥墩两侧的主梁无法实现同步对称安装，需要采用非对称安装的方法进行施工。

基于塔吊施工的特点，本桥的安装施工工艺如下：

（1）每个钢梁节段的纵向长度为7.8 m，横梁间距为3.6 m，对应桥面板分为2块3.6 m。单个梁段的基本施工流程为n号块钢梁起吊安装完成，n号拉索安装并进行一张，n号块桥面板安装并浇筑湿接缝，湿接缝达到设计强度后进行n号拉索二张。依次完成1号塔对应的1～5#梁段安装和2号塔对应的1～4#梁段安装。

（2）基于塔吊安装特点，各梁段的安装顺序采用先中跨侧主梁安装后边跨侧主梁吊装。以2号梁段为例，先利用塔吊整体起吊安装中跨侧2号主梁，并定位于1号主梁焊连;后利用塔吊起吊边跨侧2号钢梁并进行定位安装。

（3）由于塔吊安装于桥塔根部靠近中跨侧，故中跨侧所有钢梁均具备塔吊整体起吊安装的条件。边跨侧4号、5号钢主梁需要采用散件拼装进行吊装。散拼吊装按照先内侧、后外侧，先向塔侧、后背塔侧的顺序，依次吊装主纵梁和横梁。

3 不对称悬臂拼装过程受力分析

3.1 主塔抗裂性能分析

由于采用不对称悬臂施工的方式，施工过程桥塔两侧梁段重量不平衡，桥塔可能会出现较大顺桥向弯矩，从而产生较大拉应力，造成桥塔混凝土开裂问题，有必要通过数值模拟对桥塔弯矩分布及其抗裂性能开展分析。

有限元计算结果表明，不对称吊装过程中，1#桥塔散拼安装完成边跨5#钢梁、但中跨5#钢梁节段尚未安装时，桥塔纵桥向弯矩最大，见图2-a），最大弯矩为3 610 kN·m，从塔顶到桥塔上横梁（塔梁固结处）纵桥向弯矩逐渐增大，从桥塔上横梁到塔底纵桥向弯矩水平基本不变。由于此时边跨侧重量较大，因此桥塔中跨侧受拉。相应阶段的桥塔中跨侧应力情况见图2-b），可见，在不对称吊装荷载的作用下，桥塔最大拉应力约为2.4 MPa，拉应力数值较小，从名义应力水平判断，其抗裂性可满足要求。

3.2 主梁受力特点分析

由于采用塔梁固结体系，因此钢主梁受力特点表现为塔梁固结处应力略高于其他区段。不对称吊装过程中，钢主梁应力基本均在100 MPa以下。施工过程中，1#桥塔和2#桥塔最后一对斜拉索张拉阶段钢主梁应力最大，最大应力约为109 MPa，见图3，发生在塔梁结合处下缘。

4 结论

结合徽水河大桥的建设条件和结构特点，对低塔组合梁斜拉桥采用塔吊进行主梁安装施工的关键技术进行研究，研究得到以下主要结论：

（1）徽水河大桥建设条件复杂，组合梁的钢梁部分重量较小，可采用塔吊進行钢梁的安装。钢梁采用塔吊安装时可根据塔吊的吊装能力和工作半径选择采用整体安装或散件拼装。

（2）有限元计算结果表明，本桥采用不对称悬臂拼装施工过程中主塔受力状态较好，在不对称荷载作用下桥塔满足抗裂性要求，施工过程安全可靠。

（3）研究形成的徽水河大桥主梁的安装施工方法很好地利用塔吊实现了主梁的便捷施工，适应了建设条件的研究，并降低了主梁的安装成本，可为类似结构的施工提供借鉴。

参考文献：

[1]戴颖.组合梁斜拉桥主梁悬臂施工过程的体系转换分析[J].广东土木与建筑，2020，27（11）：41-44.

[2]刘耕，邢丙东，赵庆伟，等.钢-混组合梁斜拉桥施工过程静力特性研究[J].公路与汽运，2020（2）：122-126.

[3]方龙，邢键.钢-混组合梁斜拉桥悬臂散拼施工关键技术[J].价值工程，2019，38（4）：102-105.

[4]石强，蔚永旺.组合梁斜拉桥桥面板滞后施工可行性研究[J].施工技术，2019，48（13）：120-124.

[5]林致胜，刘兵，张楠，等.组合梁斜拉桥施工仿真分析[J].科学技术与工程，2009，9（21）：6585-6588.