论某桁架系杆拱桥合龙施工控制技术要点

胡小波

摘要 桥梁合龙施工质量对桥梁整体质量及后期运营安全具有重要影响。文章以某钢系杆拱桥中跨合龙工程为依托，对两种不同中跨合龙方案进行比选。论述优选方案的总体施工方法，建立桥梁有限元分析模型，探讨主拱、刚性系杆合龙条件，对主拱、刚性系杆合龙工况进行敏感性分析，实现主拱、刚性系杆无应力合龙，对同类工程具有借鉴意义。

关键词 桁架系杆;拱桥合龙;施工控制;技术要点

中图分类号 U441.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0047-03

0 引言

中跨合龙是桥梁工程建设施工阶段关键工序之一，实现桁架系杆拱桥主拱、系杆无应力工况顺利合拢，标志着桥梁建设正式贯通[1]。基于结构受力形式、现场施工环境、已有合拢条件等，选定适宜的合拢方案，是该施工环节的核心技术[3]。文章将研究分析桁架系杆拱桥合龙施工控制技术，具有重要的工程参考价值。

1 工程概况

某桥梁工程，主桥为三跨（190+552+19）m连续中承式钢系杆拱桥，采用双层桥面设计，桥面宽36 m，上层桥面中间为双向6车道，两侧为人行道;下层桥面中间为双线城轨，两侧为两个单向车道。

2 中跨合龙方案比选

主桥钢桁架，由架梁吊机从两岸向跨中悬臂吊装，中跨钢梁合龙有同步合龙、异步合龙两种方式，布置图分别见图1、图2。

（1）同步合龙：将中跨桁拱、钢系杆同步悬臂安装至中跨合龙，跨中悬臂端自重、全桥压重较大，悬臂吊装期间，最大倾覆力达570 000 t/（m·桁），悬臂抗风性能、稳定性较差，施工风险较高;主桁扣索索力不易控制，施工难度大，且施工控制杆件数量多，钢材用量大。

（2）异步合龙：先将桁拱悬臂安装至跨中合龙，根据中跨实际条件，合理设计临时系杆拱，再进行钢系杆合龙;中跨悬臂端自重、全桥压重较小，悬臂安装期间，悬臂受自重影响位移较小，最大倾覆力仅为418 000 t/（m·桁），远小于同步合龍方案，悬臂抗风性能、稳定性较高，施工风险较低;主桁扣索仅需两对，索力控制相对简单，施工难度适中。

（3）综上分析，异步合龙方案，可显著提高悬臂抗风性、稳定性，降低施工风险;主桁扣索、控制杆件更少，控制难度较小，施工难度较低，经济性较高，故该工程选择异步合龙方案。

（单位：mm）

3 总体施工方法

（1）主桥钢桁梁采用“先边跨，后中跨”的架设施工方案;边跨桁梁架设施工期间，设置3个临时墩;1、2号桁梁采用吊装安装，架设设备采用1 000 t·m塔吊;剩余桁梁架采用悬臂吊装安装，设备采用2 100 t·m爬行架梁吊机。

（2）主桁钢梁架设施工过程中，根据钢梁架设产生的倾覆力矩大小，合理配置边支点附近压重，确保钢梁受力平衡;边跨钢梁架设施工完毕后，将3个施工期间设置的临时辅助墩依次脱空。

（3）中跨架设施工，采用“先拱后梁”方案，施工设备为大型斜拉扣挂系统。

4 计算模型概况

以施工图纸标定的构件尺寸、材料为依据，利用有限元模型中梁、杆、索单元，建立桥梁主桥数值模型。

通过数值模型，对合龙口工况进行敏感性分析，设计合龙施工技术方案;根据实测值与理论值偏差，调整、优化合龙方案施工参数，确保主拱、刚性系杆实现无应力合龙。

5 主拱合龙控制技术

5.1 合龙分析

（1）施工过程中，采用改变边支点、中支点相对高差的方式，调整跨中钢梁弯矩、剪力、相对转角，使主拱跨中达到无应力合龙条件[3-4]，原理图见图3。

（2）合龙顺序：下弦桁拱→上弦桁拱→斜杆→平联。

5.2 合龙条件分析

（1）大桥的边界条件：1）该桥梁仅北中支点一个支点点位采用固定球形铰支座，且支座平面位置、高程已按设计参数设定;2）南边、中支点及北边支点处，均采用纵向活动球形铰支座设计，南中支座高程已按设计参数设定，支点纵向可调，边支点三向可调[5]。

（2）钢梁架设初始位置：1）通过将边支点预降2.3 m的方式，使合龙口呈倒八字状，先合龙下弦桁拱，再进行上弦桁拱合龙，使杆件在合龙施工期间，处于受拉状态;2）根据合龙口偏差监控分析，将南岸钢梁向跨中预偏65 cm。

（3）通过合理设定桥梁边界条件、钢梁架设初始位置，为桁拱跨中无应力合龙提供了有利条件。

5.3 合龙口误差敏感性分析

（1）主拱合龙口误差纠偏措施：1）通过抬升或降低边支点高程的方式，调整合龙过程中产生的高程、转角误差;2）通过纵向顶推E15节点的方式，调整合龙过程中产生的纵向误差;3）根据合龙口误差大小、成因等，合理利用温差、临时设备调整误差[6]。

（2）合龙施工前，依次架设每个节段，并在每个节段架设完毕后，测定主桁悬臂端节点坐标，根据观测数据对合龙口误差进行敏感性分析，为合龙方案选定、调整优化提供支撑。

（3）降低南岸边支点10 cm工况下，合龙口竖向误差较大，表明合龙口竖向误差对边支点升降较为敏感，故可采用升降南岸边支点的方式，对合龙口竖向误差进行调整纠偏，见表1。

（4）通过对E15节点（南中支点）施加2 000 kN水平顶推力，E15节点位移10.0 cm，合龙误差9.8 cm，表明合龙口纵向误差对E15节点位移敏感，故可通过水平顶推E15节点的方式，调整合龙口纵向误差，见表2。

（5）结合实际工况，通过水平顶推南中支点的方式，虽然可以较好地调整合龙口纵向误差，但由于合龙施工时，南岸竖向反力较大，且主桁拱尚未成型，水平顶推南中支点，易对主桁拱结构稳定性造成影响，施工安全性难以保证，故应优先使用其他微调措施，采用其他微调措施，无法达到合成口纵向误差调整目的时，再采用顶推南中支点调节。

（6）采用升降南岸边支点的方式，不会对主桁拱结构稳定性造成影响，且在调整竖向误差时，有利于调整合龙口转角，故可采用该措施调整合龙口竖向误差。

5.4 主桁合龙时结构物理参量情况

（1）合龙时主桁控制杆件应力见表3：A10-A11杆件南、北两岸理论应力、实测应力，E3-E4杆件南、北两岸理论应力均小于施工容许值，但E3-E4杆件南岸实测应力略大于施工容许应力值;经调整南岸边跨配重，E3-E4杆件应力得到改善。

（2）合龙时索力情况见表4。1号边跨、中跨，2号边跨、中跨上下游索力理论值与实际值偏差、桁偏差均在5%以内。

（3）上下游索力偏差、桁偏差均在控制范围以内，合龙口无强迫位移，表明主拱实现了无应力合龙。

6 刚性系杆合龙控制技术

6.1 刚性系杆合龙条件

（1）在桁拱合龙后，中跨刚性系杆安装施工前，通过安装临时系杆，并对其进行张拉施工，使中跨桁拱形成系杆拱结构。

（2）刚性系杆合同施工过程中，对合龙口产生的纵向位移，可通过调整临时系杆索力的方式，或通过水平顶推南中支点的方式，对产生的误差进行纠偏调整。

（3）合龙顺序：上刚性系杆→下刚性系杆→轻轨平联→轻轨纵联。

6.2 刚性系杆合龙口误差敏感性分析

（1）合龙口误差纠偏措施：1）通过调整边支点高程的方式，调整合龙口竖向误差;2）通过调整临时系杆索力、顶推E15节点的方式，调整纵向误差;3）根据合龙口误差大小、成因等，合理利用温差、临时设备调整误差[7]。

（2）每完成两节系杆安装，进行一次误差检测，通过对比实测值与理论值偏差，分析误差敏感性，结合具体工况，采取合理纠偏措施。

6.3 实际合龙情况

（1）合龙实测误差情况见表5。

（2）纠偏措施：1）纵向误差，通过水平顶推E15节点纠偏，合龙口缩小约6.8 cm;2）竖向误差，通过调整吊杆及抬升南边支点纠偏，将南边支点抬高11 cm;3）横向误差，通过摆动桥面吊机力臂纠偏。

7 安全控制措施

（1）成立安全管控小组。在项目内成立专职安全管理工作的小组，各管理部门、各管理人员肩负管理范围内的安全管理“一岗双责”，构建“大安全”工作格局。同时，全面提升项目管理人员安全意识，多措并举提升其安全管理水平，实现齐抓共管安全的工作局面。

（2）做好三级安全教育。目前一些项目三级安全教育流于形式，针对性不强，应根据各工序、各工种的不同，差异化开展安全教育，提升安全教育的实效性，凸显安全教育效果;加强安全培训。目前项目一些管理人员专业受限，安全知识不足，受限于工作经历，对项目安全风险源辨识不足，风险源动态管理不佳。后续工作中，应强化项目管理人员的安全理念，动态管理风险源[8]。

（3）强化制度执行。根据项目施工特点，制定并持续完善安全生产管理制度，强化制度执行力，提升制度执行的刚性，将安全生产管理制度落实落地，彰显制度权威，提升制度思维，确保生产施工中按章操作，有效规避各项风险。

8 结论

该文依托具体工程，研究了桁架系杆拱桥合龙施工控制技术，结论如下：

（1）主拱合龙口纵向误差可采取水平顶推南岸中支点的纠偏措施;竖向误差可采取升降南岸边支点的纠偏措施。

（2）刚性系杆合龙口纵向误差可通过水平顶推南岸中支点调整纠偏;竖向误差可通过抬升南边支点、调整吊杆纠偏;横向误差可通过摆动桥面吊机力臂纠偏。

（3）工程建设施工阶段，应根据合龙口误差敏感性分析情况、实际偏差情况等，结合合龙工况，在保证结构稳定性、施工安全的前提下，合理选择误差纠偏措施，为无应力合龙创造良好条件。

参考文献

[1]曾东明， 黄浩. 中承式系杆拱桥吊杆疲劳性能研究[J]. 湖南交通科技， 2017（3）： 110-113+196.

[2]王青蕊. 钢筋混凝土系杆拱桥施工阶段稳定性研究[J]. 铁道建筑技术， 2020（11）： 92-96.

[3]张也， 徐飞扬， 杨鸿达， 等. 集中荷载下钢木组合梁试验研究及有限元分析[J/OL]. 北京林业大学学报： 1-10[2021-07-26].

[4]李明， 吴凯. 钢管混凝土系杆拱桥大节段拼装施工受力计算及关键施工技术研究[J]. 现代交通技术， 2016（5）： 36-39.

[5]顾晓毅， 袁建兵. 大跨度钢桁架拱桥拱梁结合关键节点设计[J]. 城市道桥与防洪， 2021（5）： 93-95+15.

[6]张大鹏. 中承式钢桁架系杆拱桥设计与施工关键技术研究[J]. 施工技术， 2021（11）： 46-50.

[7]魏珍珍. 浅谈大跨度钢管混凝土系杆拱桥关键施工技术[J]. 工程机械， 2021（7）： 115-118+13.

[8]莫志强， 李海鸥. 跨既有高速公路连续钢箱梁滑移施工合龙控制技術研究[J]. 公路， 2021（4）： 159-164.