山区特大跨径钢桁梁斜拉桥主梁施工架设技术

吴建民

（广西河荔高速公路有限公司，广西 河池 550005）

1 工程概况

720 m 钢桁架梁斜拉桥是北盘江特大桥的主要形式，主桥桥跨长度设置为1 232 m，使用过渡墩和胡寨大桥连接的方式来处理贵州侧主桥，使用3×34 m 预应力混凝土连续箱梁作为云南岸引桥的主要类型，桥梁长度设置为1 340 m。H 形索塔是主塔的主要形式，贵州岸索塔的高度设置为270 m，云南岸索塔的高度设置为247 m，使用群桩基础，同时使用过渡墩和辅助墩作为群桩基础和空心薄壁墩。轻型桥台是云南岸桥台的主要形式，采用扩大基础的方式来处理贵州岸过渡墩。

2 山区特大跨径钢桁梁斜拉桥主梁施工架设方案

北盘江特大桥从北盘江大峡谷跨过，节段构造设计、钢桁梁拼装精度、起重吊装能力、施工场地和运输条件的要求比较高。该特大桥边跨设计高程与地面的间距保持在约90 m，主跨跨中桥面与谷底的间距大约达到了600 m，这就给整个工程的施工造成了严重的困扰。

在全面分析北盘江大桥吊装能力、施工起重、桥下无构件运输条件、两岸边跨施工技术和施工场地等信息后，最终确定的施工方案为中跨桥面吊机悬臂架设、边跨顶推施工的施工策略，同时完成总体构造设计工作。

3 方案选择

3.1 双悬臂拼装

双悬臂拼装施工时，钢桁架架设施工从主塔开始，使用附着式起重机和塔式起重机将0 号块支架搭设好，3 个节段钢桁梁和桥面板在支架上完成拼装施工，从而形成初始工作平台，桥面起重机拼装施工要在初始工作平台上完成施工。拼装好桥面起重机以后，使用平板车运送构件到达塔下指定位置，接着使用塔式起重机和附壁起重机把构件运送到桥面位置处。在钢桁梁杆件拼装成桁片单元时，需在工作平台上完成拼装施工。

3.2 单悬臂拼装

3.2.1 临时墩方案

单悬臂拼装使用临时墩方案后，舍弃以往使用的对称悬臂拼装方法，使用临时墩与支架相结合的方法，从边跨开始拼装施工。从该桥梁工程的实际情况出发，使用门式起重机在支架上完成前三节段钢桁梁的散拼施工，在铺设桥面和拼装后续节段钢桁梁时，使用的主要设备为70 t 全回转起重机，施工顺序为从两侧过渡墩向钢桁梁合拢。在使用该方案时，需设置临时支墩3 个、拼装支架1 个，使用有限元计算分析以后，获得悬臂拼装最大跨度为36 m。

3.2.2 扣索方案

为了控制临时支墩的数量，详细分析了整个工程的施工条件、施工难度系数等问题，最终决定使用扣索的方法完成施工任务。使用该方案以后，临时支墩的数量得到了减少，每侧各减掉临时支撑1 个，为了最大限度地满足钢桁梁的施工受力要求，使用了扣索塔架。在使用有限元计算分析以后，悬臂跨度的最大值设置为48 m。

3.3 边跨顶推中跨悬拼

在边跨顶推施工的过程中，需将钢桁架顶推拼装平台搭设在辅助墩与过渡墩之间，并将门式起重机轨道平台安装到平台两侧。整体节段拼装施工时，需在施工平台上使用门式起重机完成拼装施工，将钢桁梁向主塔方向拖拉移动时，使用多点拖拉的方式。边跨顶推施工结束以后安装边跨桥面结构，70 t 桥面起重机在主塔附近完成拼装施工，接着架设好中跨钢桁梁。

4 方案比较

4.1 施工安全性

使用有限元计算分析各施工方案，主桁架应力极值详见表1。

表1 各施工方案应力极值

经详细分析表1 后发现，双悬臂施工中主桁架应力非常小，边跨顶推方案和扣索单悬臂拼装方案的主桁架应力比较大。

4.2 临时结构用量

各方案临时结构用量的具体情况详见表2。

在详细分析表2 后发现，使用双悬臂施工方案的过程中，使用到机械设备类型很多，临时结构用量较少，使用临时结构的数量较多，单悬臂施工方案的设备数量较少。在综合研究各项经济指标以后，得出的结论为双悬臂施工成本投入最少。

表2 各方案临时结构用量

5 钢桁梁架设施工技术

5.1 缆索吊机

缆索吊机架设法主要是使用缆索吊机将钢桁梁节段吊起的施工方法，将钢桁梁拼装场地设置在索塔中跨侧，做好钢桁梁杆件的拼装施工，从而使其构成钢桁梁节段，移动拼装施工完成，钢桁梁节段到达指定位置[1，2]，使用缆绳完成起吊施工，使其与吊杆完成销接施工，与安装的桁架完成铰接施工。

5.2 设计与安装缆索吊机

缆索吊机的组成成分包括锚固系统、塔顶支撑索鞍、跑车及吊具、支索器、牵引索、起重索和主索，将起吊系统设置在缆索吊机左、右幅各一套，在上横梁上设置支撑索鞍，中跨主索的间距设置为14 m，在两岸隧道锚的边坡上锚固主索。在两岸隧道的平台上放置牵引卷扬机和起重卷扬机，主索工作状态的最大垂跨比设计为L/12（L为主缆在主孔内的垂度）。

5.3 安装钢桁主梁

使用顶推方案处理北盘江主桥上构钢桁梁边跨，使用桥面吊机拼装策略处理中跨。辅助顶推使用的钢导梁长度设置为54 m，使用变高桁架结构模式，端部高度设置为6 m，后端高度设置为8 m，与主桥钢桁梁相同，节间长度设置为8 m。闭口箱形断面是导梁主桁架斜腹杆、下弦杆、上弦杆的主要形式。将两片主桁架横向布置好，钢桁梁与桁间距相同，使用Q345C 钢材制作钢导梁。

在6#辅助墩、7#过渡墩中间位置设置钢结构顶推施工平台，使用钢筋混凝土扩大基础处理平台基础，钢管桩的横向、纵向间距分别设置为3 m 和10 m。使用钢管斜杆和水平杆连接纵向钢管，确保钢管立柱始终保持稳定的状态。将长度为4 m的4I63a 工字钢分配横梁设置在主跨侧前3 根钢管顶部位置处，将长度为4 m 的3I63a 工字钢分配横梁设置在7#过渡墩和后2 根钢管顶部位置处，使纵向钢滑道梁得以有效支撑。

在引桥三跨箱梁上设置拼装场地，在6#辅助墩与7#过渡墩间设置拼装平台，将顶推平台与主桥7#过渡墩连接成为一个整体。使用钢筋混凝土扩大基础处理平台基础，钢管桩使用的钢管类型为φ630 mm，纵桥向间距设置为10 m，横向间距设置为12 m。横桥的受力主梁由2 根I63a 的型钢构成，与顶推平台贯通后形成横向钢梁连接体。

三角形型钢支撑体系是5#和6#辅助墩墩顶部位的主要结构体系，矩形钢滑道梁的长度设置为15 m，梁高设置为1 m，宽度设置为0.9 m。矩形钢结构斜撑高度设置为0.8 m，宽度设置为0.9 m，腹板的厚度为4 cm，底板和顶板的厚度设置为5 cm。混凝土墩身预埋锚板与斜撑焊接在一起，使用型钢水平杆支撑纵向锚板。辅助墩顶部设置支座和工字钢支撑横梁，将纵向限位挡块设置在支座两侧，使辅助墩墩身能够承受水平力，将钢滑道梁底面与挡块焊接在一起，钢结构质量设为72 t。

双悬臂式钢滑道梁结构体系是4#主墩的主要结构类型，矩形钢滑道梁的长度设置为15 m，宽度设置为0.9 m，梁高设置为1 m，设置的腹板数量为4 道，底板与顶板的厚度相同，为5 cm。将支座和4I63a 工字钢横向支撑横梁设置在主墩混凝土横梁顶面位置处，将精轧螺纹粗钢筋设置在外侧2 道支撑横梁位置处，使钢滑道受滑靴作用产生的抗拔力得到高效的抑制。

使用40 t 的轮胎式运梁平车作为中跨运梁平车，使用桥面吊机完成中跨钢桁梁桥面的吊装施工，吊机类型为52 t 吊重的180°旋转吊机，逐段完成拼装施工。

5.4 斜拉索挂索

φ15.24 mm 高强低松弛镀锌钢绞线成索是该桥斜拉索的主要类型，OVM250 斜拉索体系是锚具的主要类型。施工流程：施工准备→检查、安装上下锚具→安装HDPE 圆管→钢绞线单根挂索→循环调索→安装减震块、锚头盖板→锚具防护。

斜拉索的数量比较多，索塔以混凝土结构为主，需要设计出整套适合施工现场情况的塔外平台，将安全防护栏安装在钢锚箱横梁上来充当塔内平台。使用垂直升降悬挂式平台作为塔外平台，升降施工由3 t 卷扬机完成，卷扬机被设置在塔外平台一侧，塔外平台的定位滑道由索塔固定的钢丝绳充当，平台抵达施工点位置时卷扬机被锁死，塔外施工人员临时固定定位滑道与平台，认真检查塔外平台的安全问题，确保万无一失再施工。分析施工现场的情况发现，塔柱不封顶也能进行斜拉索施工，采取分节段的方式升降塔外平台，在塔柱封顶以后将塔顶钢支架制作好，前期可根据实际情况选择合适的吊点。

单根张拉控制的钢绞线索力具有较强的均匀性，受累计误差的影响，整束索力与设计值会有偏差存在，调整时借助整体张拉完成调整施工。在塔内张拉端完成整体张拉施工，利用塔吊将连接套、张拉杆、千斤顶和撑脚等设备吊运到塔内平台上，借助活动平台将其移动到指定的施工位置，在安装固定张拉螺母、撑脚、千斤顶、张拉杆和连接套时，适应的主要设备为手拉葫芦。千斤顶安装误差控制在5 mm 以内。

5.5 引桥

3×34 m 后张预应力箱梁结构是北盘江特大桥云南岸引桥上构的主要形式，浇筑施工要分2 次完成，底板混凝土和腹板1.45 m 位置要第一次浇筑施工，翼缘板混凝土第二次浇筑施工；将钢管支撑加设在支架中间位置，墩柱上预埋的牛腿完成两端施工，贝雷梁是纵向主梁的主要类型，方钢是横向分配梁的主要类型。

6 结语

在双悬臂施工过程中主桁应力非常小，与其他方案比较具有较强的优势。比较顶推施工技术、单悬臂施工技术与双悬臂施工技术，双悬臂施工技术耗时较长，但是其前期工期压力较小，加之钢桁架片供应不足，使得中跨悬拼施工受到了一定的影响。从施工现场的情况分析，顶推施工和单悬臂拼装施工要修建施工平台和便道，投入成本比较高。所以，在详细分析山区特大钢桁梁斜拉桥特征和施工现场情况以后，决定使用双悬臂对称施工技术，最终显著提升了整个工程的施工效果。