赣江特大桥钢箱梁合龙施工关键技术研究

吕品晶

（中国铁建十六局集团第五工程有限公司 河北唐山 064000）

大跨混合梁斜拉桥边跨采用刚度较大的混凝土梁结构作为配重，主跨采用钢箱梁来减轻自重[1]，因此大跨度混合梁斜拉桥有桥下结构自重小、跨越能力强、结构美观、架设周期短的优点，而主跨钢箱梁的架设质量和施工精度对桥梁的线形及内力具有关键意义。钢箱对于日照、温度等环境因素较为敏感，容易受到环境和施工荷载的影响发生变形，因此斜拉桥主跨钢箱梁如何精准合龙成为了桥梁建设中需要关注的重点和难点。该文以赣江特大桥为背景，通过数值模拟和理论计算，对合龙施工进行了分析，确定了合理的施工方案。

1 工程概况

赣江特大桥地处章江、贡江两江汇合口下游1.9 km，位于赣江的起始河段，全长2 155.64 m（主桥为35+40+60+300+60+40+35 m混合梁斜拉桥），主梁由混凝土箱梁、组合梁和钢-混结合段组成。组合梁采用箱形组合梁型式，设置弧形风嘴，桥面宽16.3 m，梁高4.5 m（组合梁中心线处）。共分23个节段（钢混结合段2段，标准梁段20段，合龙段1段），其中合龙段为4 m。

2 合龙施工方案

2.1 合龙施工方法

混合梁斜拉桥在施工过程中，受限于无法达到理想的施工状态，因此在进行合龙施工时，合龙口必然存在偏差，根据不同的误差处理方法，混合梁斜拉桥中跨的钢梁合龙方法主要分为“配切合龙”与“加载合龙”两种[2,3,4]。“配切合龙”即根据合龙口实际长度进行合龙段的加工。此方法施工简便，达到预定温度时进行合龙段施工即可，但是由于温度变化的影响，会导致合龙后会改变构件的无应力状态[2]，会对成桥的整体状态有一定影响。“加载合龙”即通过对梁体施加外力使主梁合龙口的宽度达到预定设计状态，在不改变合龙段的状态下使两者匹配。此方法不会导致结构内力发生改变，但是施工时需解除梁体的临时约束，并通过顶推设备对梁体进行施力，施工较为复杂。

结合本桥实际情况，考虑到“加载合龙”在进行施加外力过程中，可能会导致斜拉索角度发生改变，不确定性较高，且施工繁琐等因素，本工程选择采用“配切合龙”进行施工。

2.2 合龙施工流程

因赣江桥合龙段预制桥面板长度7.4 m，标准段桥面板长11.4 m，大于合龙段长度4 m，无法从合龙口吊装上桥安装。因此在安装合龙段前应先把合龙段及合龙段前一段预制桥面板提前吊装到桥面上存放。待钢梁安装后再用桥面吊机安装对应桥面板。具体施工步骤如下：（1）用两台桥面吊机从两侧对称安装钢箱梁及桥面板，水流东西两侧分别安装至M11’、M12’节段，并将合龙段的桥面板吊至M12节段放置，将M12’节段的桥面板吊至M11’节段放置，如图1所示；（2）更换吊具，利用两台桥面吊机共同吊装M12’节段钢箱梁；（3）水东侧桥面吊机安装M12’节段桥面板，并完成M12’节段钢绞线张拉；（4）对合龙口进行连续48 h观测，观测频率为1 h。采用坐标观测和钢尺两种方式测量合龙口间距各测控点高程；（5）根据观测结果确定合龙段下料长度以及合龙施工时间，之后利用水西侧桥面吊机进行节段匹配。节段匹配连接完成后，将钢梁进行调平，并使用马板进行环缝固定；（6）钢梁合龙完成后，进行临时固结拆除，拆除顺序为：35#临时固结→36#临时固结。

图1 M12’节段钢箱梁安装示意图

3 合龙施工关键技术

3.1 合龙口连续观测

钢箱梁合龙口对温度变化较为敏感，施工时发温度变化可能会使合龙口与合龙段无法匹配。为了防止此类风险的发生，需要对合龙口进行连续48 h观测。通过监控合龙口主梁高程、合龙口的宽度以及主梁轴线偏位情况，观测时要配合观测构件温度场。观测频率为1h/次，观测部位包括钢箱梁的顶板、底板、斜腹板、竖腹板等重要部位。根据观测结果确定对合龙口宽度随温度变化规律，确定合龙口宽度。

3.2 合龙段配切长度及合龙时间确定

通过对钢箱梁连续观测来确定合龙时间、合龙温度及合龙段配切长度。

（1）合龙时间。由于钢梁焊接时间比较长，故合龙段钢梁与两侧主梁固定采用码板+钢梁腹板焊缝共同受力的形式。经计算合龙口轴力与温度的关系如式：

式中，N为码板轴力，单位：kN，为负值时表示受拉，为正值时表示受压；T为主梁的温度；T0为合龙温度。

钢梁合龙计划时间为8月30日，根据天气预报当天环境温度为24℃～33℃，日落时间为18:00，合龙时间确定为20:00～8:00。

（2）合龙时温度。根据工人腹板焊接时间，一侧焊接时间为4 h，所以最终合龙温度为凌晨3:00时的温度。

（3）合龙时钢梁长度。钢梁合龙设计温度为19℃，设计长度为4 000 mm。合龙前对跨中合龙后长度随温度关系进行为期2 d的连续观测，并选择在当天温度最低，且温度稳定情况下合龙口长度（应考虑焊接工艺需求）作为合龙段钢梁下料长度。跨中合龙口的长度可由下式计算得出：

式中，L为合龙口长度；L0为设计长度4 000 mm；T为主梁的温度；T0为设计温度19℃。

3.3 合龙段吊装及焊接

由于合龙段尺寸较小，吊装方式采用单侧起吊，起吊前对36#主塔侧第11对、第12对索进行索力调整，使主梁达到适合合龙段吊装的状态。合龙段施工应选在温度稳定、风速较小等天气良好的时间进行，一般桥面高程处阵风风速不超20 m/s[5]。合龙段施工在夜间进行，应在白天将合龙段吊装至合龙口底部，并做好稳定措施，防止在空中停吊时出现失稳现象。

3.4 合龙段焊接

合龙段装配时，先将一侧与主梁进行匹配连接，然后调整另一端位置，通过对比轴线以及高程将合龙段与主梁调整匹配。节段间用匹配件匹配连接完成后，需在底板、顶板、腹板上用临时马板固定，并将局部有变形错台位置码平，从而完成节段间顺利匹配连接，待环缝焊接完成后割除。在桥面吊机吊装条件下，码板仅用于钢梁对接钢板的调平，仅受到很小的应力。

4 应用效果分析

4.1 主梁变形分析

大跨度桥梁施工的施工质量，很大程度上会表现在梁体线型上，为了验证合龙施工预期施工精度，采用有限元软件建立了赣江特大桥钢箱梁合龙施工全阶段模型，对主梁竖向变形以及合龙段转角进行了计算，结果见表1。

表1 主梁变形分析表

从以上计算结果可得，大桥合龙段标高误差及钢梁合龙的转角满足施工与规范要求。

4.2 索力分析

大跨斜拉桥在施工时需要经历多个施工阶段以及体系转换后才能达到设计成桥状态[6]。斜拉索作为斜拉桥的关键构件，在不同施工条件、不同施工进度下确定斜拉桥施工状态方面起关键性作用，通过调整索力来控制各施工阶段的施工状态是斜拉桥的一大特点。经施工阶段模拟结果可知，赣江特大桥钢箱梁合龙施工在各施工阶段的索力均为超过设计的成桥索力，且最后的理论成桥索力与设计的成桥索力偏差最大为3.5%，偏差普遍在2%以内（见图2），满足施工与设计规范要求。

图2 索力偏差值

4.3 主梁应力分析

根据计算模型，对主梁-钢混叠合梁各施工阶段的主梁应力进行了计算，可作为确定桥梁施工状态的依据，及时地了解并控制在各施工阶段过程中的主梁最大应力。

根据计算模型结果可知，主梁各截面最大应力分别出现在钢梁顶面以及桥面板底面，主梁各主要截面应力极值见图3。

图3 主梁各截面应力极值

从图3所示结果可看出，在各施工阶段，主梁-钢混叠合梁的钢梁与混凝土桥面板均为受压状态，未出现受拉的应力，且跨中两侧主梁受力较为均匀，施工效果较好，满足施工规范及设计要求。

5 结语

（1）讨论了“加载合龙”和“配切合龙”的施工特点，并确定了适合赣江特大桥钢箱梁合龙的施工方法为“配切合龙”；（2）提出了合龙段配切长度以及合龙时间的计算公式，结合实际施工情况给出了合龙施工的具体时间及合适的施工温度；（3）合龙段为单侧起吊，在起吊前对36#主塔侧第11对、第12对索进行索力调整，防止出现主塔两侧索力索力不平衡问题，确保合龙段起吊时的结构安全；（4）通过对合龙施工各施工阶段的计算模拟，从主梁的线型、索力及应力三方面对“配切合龙”施工进行了效果分析，验证了此施工方案的合理性和科学性。