山区大跨悬索桥钢箱梁安装技术探析

2022-08-14中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司辽宁大连116033

安徽建筑 2022年8期

刘志（中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司，辽宁大连 116033）

0 前言

跨江河大跨桥梁多采用跨越能力强、结构重量轻、抗风稳定性高的钢箱梁。施工现场多采用浮吊、龙门吊、缆索吊等吊装设备；多采用分段吊装、整体吊装、整体提升等吊装方法[1]；吊装后多采用顶推法、悬臂拼装法、平台滑移法等安装方法[2]。现场施工时应综合考虑场地条件、工艺水平，以及工期、成本等因素，确定最合适的施工方法。

在钢箱梁吊装施工时，对于环境复杂、无法一次性完成吊装的情况，需要因地制宜，采用不同的施工方法，并采取相应措施确保施工安全。许交武[3]在三汊矶湘江大桥采用顶推方法，验证了竖圆曲线一端顶推钢箱梁安装方法的可行性。牛亚洲等[4]总结了当前国内大型桥梁常用的钢箱梁安装方法，提出荡移法及支架法的重难点。徐志强[5]对钢箱梁段吊装过程及支架卸载过程进行有限元分析，并进行实时监测，保证施工方法可靠。油溪长江大桥主墩位于岸边，一侧地势陡峭，一侧地势平缓，依据现场条件对钢箱梁安装技术进行研究。

1 工程概况

油溪长江大桥全长1178m，全桥共4 联(2×40+760+4×40+4×40)，主跨为760m悬索桥，主缆矢跨比为1:9.5，根据地势，龙华南岸采用重力式锚，油溪北岸采用隧道锚，两岸锚碇点间距为1180m，立面布置如图1所示。

图1 油溪长江大桥立面布置图

钢梁全长757.2m，主跨钢箱梁共划分为51个吊装段，分为标准段和端梁段，最大梁段重量达210t。

2 钢箱梁安装技术

主桥钢箱加劲梁使用驳船通过长江主航道进行运输，到达桥位后借助全站仪及船载GPS进行精确定位，然后由缆载吊机垂直吊装就位。钢箱梁的吊装按照设计文件要求，并根据水位情况予以调整，首先完成中间部分梁段的吊装，其次接着两侧先存梁，最后再从顺接向两端逐步进行对称吊装直至合龙，合龙段在距主塔侧第3片梁段。

选用缆载吊机+滑移平台存梁定点吊装方式进行上部钢箱梁的吊装施工，南北岸边跨由于处于岸边浅滩，分别设置滑移存梁平台及临时存梁平台，钢箱梁由缆载吊机提升并荡移至平台，钢箱梁经平台滑移就位后再由缆载吊机进行定点吊装至设计位置，中跨钢箱梁由运输船直接航道范围定位缆载吊机垂直起吊安装。

2.1 缆载吊机荷载试验

在钢箱梁安装前，对缆载吊机进行荷载试验。试验前根据施工工况对缆载吊机吊架结构进行承载能力验算。现场对缆载吊机、吊架进行检测，确保结构安全，工作正常。根据结构计算校核结果，选择结构受力最不利位置布置应变计及变形测点，荷载试验时观测结构应力及变形状态，对吊机及吊架工作性能进行验证及评价。

①重物选择。油溪长江大桥钢箱梁节段最大吊装重量为210t，吊装安全系数取1.2，252t全部选用钢筋作为荷载。钢筋从南岸钢筋加工厂用9.6m板车倒运至主墩下方，然后采用25t汽车吊配合将钢筋放进试吊钢架里。每捆钢筋重量约为3t，大致为84捆钢筋，每次倒运钢筋必须过磅确认重量后加载。

②试吊钢架设计。缆载吊机分为2个扁担，处于上游主缆和下游主缆，钢架长度6m，宽度3.2m，长度方向顺桥向放置。钢丝绳选择8根9m长应力标准值1870MPa钢芯，承载力954kN，3倍安全系数。

③结构验算。钢架采用Midas civil建立有限元分析模型，钢架荷载试验经过计算，最大应力为173MPa，小于设计值215MPa，结构安全。有限元计算结果如图2所示。

图2 吊机钢架应力计算结果

④具体试验过程。吊机安装完毕后，将倒运下来的钢筋装进钢架，然后将钢丝绳挂在吊具上垂直起吊。分为3级加载，分别为70%，100%，120%。加到70%后起吊，检测吊机杆件的应力和变形，放下后继续加载至100%，重复以上流程，最终加载至120%。

缆载吊机吊具预压和试吊与缆载吊机试验试吊同时一起完成，吊具采用加载20%（48t）的力进行预压，预压完成后再进行缆载吊机的3级加载，分别为70%，100%，120%。缆载吊机完成试吊的同时吊具也完成试吊，试验结果满足规范要求。

2.2 钢箱梁支架预压试验

钢箱梁支架采用端梁进行预压，端梁节段有约190t和211t两种，标准节段重209.6t。端梁在支架上荡移和滑移过程中，对支架沉降量、变形量进行监测，并在后续每片梁的荡移和滑移过程中定时对支架的沉降量、变形量进行监测，如发现异常提前进行检查和暂停钢箱梁荡移滑移施工，检查无误后再进行施工。

2.3 端梁段钢箱梁安装

端梁段没有吊索，在钢箱梁标准节段吊装期间，依据岸边地势建立两级吊装转运平台，于南北岸塔柱及上横梁上设置临时支撑系统，端梁段吊装时起吊荡移后将其转移至中横梁及端梁段临时支撑系统，最后吊装合龙梁段完成全部钢箱梁吊装。

2.3.1 端梁段钢箱梁安装计算

主塔施工期间，在两岸主塔中横梁的临江面预埋端梁段临时锚固系统的预埋件，中横梁浇筑拆模后借助横梁上预留的施工操作平台及时施作端梁段临时存梁托架。桥塔存梁支架主要采用HW400×400型钢焊接结构，其上弦处采用15.2mm预应力钢绞线锚固于主横梁上，并在下横梁顶部设计预埋件竖向约束存梁支架。存梁托架用于存放端部加劲梁（长11.1m，自重175.775t），并完成与相邻加劲梁拼接。

端梁段重175.775t，实际中四个支点受力，每个支点力大小为：175.775/4=44t，考虑加劲梁在存梁时，冲击系数（1.2）及四点不均匀系数（1.2），即每个支点实际最大可能受力F1为44×1.2×1.2=64t。按照最大缆载吊机吊物极限倾斜度18°，及最重梁段 210t计算，F1×cos18°=210t，F1×sin18°=F2,则 F2=210t/cos18°×sin18°=68.32t，即水平牵引拉力为68.32t。钢箱梁滑移采用四氟滑板滑块结构，四氟滑板摩擦系数0.15，滑动时拉力为0.15×210t=31.5t。故水平牵引系统选用两台10t卷扬机，两套4倍动滑轮组进行牵引，选用抗拉强度为1850MPa，直径为28mm的钢丝绳（6倍安全系数）。

2.3.2 端梁段钢箱梁安装过程

①北岸端部钢箱梁梁段由缆载吊机提升，缆载吊机行走至主缆低位平台边缘梁段位置，垂直起吊端梁段至低位支架顶面标高50cm以上，通过低位两台10t卷扬机水平牵引至低位支架滑块上。

②将钢箱梁滑移至低位支架靠岸侧位置，缆载吊机同步走行至主缆高位平台边缘梁段位置，继续起吊端梁段至高位支架顶面标高50cm，通过塔顶门架两台10t卷扬机经高位支架靠岸侧转向轮后水平将钢箱梁牵引至高位支架滑块上。

③将钢箱梁滑移至高位支架靠岸侧位置，缆载吊机同步走行至主缆高位平台靠岸侧边缘梁段位置，继续起吊端梁段至存梁支架顶面标高50cm，通过塔顶门架两台10t卷扬机经引桥侧转向轮后水平将钢箱梁牵引至存梁支架上，安装端梁段。

3 钢箱梁安装施工监测

在钢箱梁正式吊装前，利用大桥高程控制网，测量出两岸主塔塔顶高程、主塔向跨中方向的倾斜度以及主缆跨中高程或垂度。并在钢箱梁吊装期间主塔进行相关的变形监控监测，以确保工程安全及钢箱梁安装精度[6]。

3.1 基础沉降观测

主塔基础沉降变形监测延续主塔施工期间的监测数据，进入上部结构施工后，在每节钢箱梁节段吊装前后均进行一次数据测量，根据沉降观测点不同位置沉降变化，绘制沉降曲线，以反映吊装对基础沉降影响。

3.2 塔身摆动观测

主塔在日照、温度和风力等外界条件变化的影响下，会发生扭摆，在上部结构施工过程中应通过塔身及塔顶上的观测点相对于工作基点在不同时刻点位的水平位移进行摆动观测，得到主塔随着上部结构施工梁段拼装数量以及温度、日照、风力等因素变化的摆动特征。并据此判断钢箱梁吊装过程对主缆受力分布影响及主塔偏位影响，确保主塔垂直度[7]。