吊装悬拼法在强风沙大温差大跨托管钢桥中的应用

庄绪飞

(中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162)

1 方案选定

大直径供水管道跨越既有主干渠，当主干渠不具备顶管施工时，往往采用专用托管桥跨越干渠。干渠河道断面往往比较大，托管桥跨度要求高，考虑到经济性、安全性及后期维护性，托管桥往往设计成钢箱梁。钢箱梁施工方法有落地式碗扣或盘扣支架拼接法、钢管桩柱支撑体系组成的支墩法拼装、吊车整体吊装等。支架上拼接法一般用在地势平坦且开阔地带，墩柱高度较低且原状地基较好的工况下。钢管桩+钢管柱支撑体系组成的支墩上拼接钢箱梁往往用在河道或软土地基不易搭设支架工况但地基处理成本高的情况，占地面积大。该工程托管桥主墩位于主干渠河道两侧坡脚处，边跨又位于既有公路上，支架和支墩拼装钢箱梁施工方法都受限，结合实际及施工安全性、经济性、合理性最终选定0#块钢梁采用在现场主墩下拼装成整体后双机抬吊，其他号块工厂预制成型，部分号块3块现场焊接为1块后整体吊装，跨中号块采用吊车与桥机悬拼组合的施工方法。

2 托管钢桥施工

2.1 钢桥结构形式及吊装方案概述

一般钢箱梁采取工厂桥段制造和工厂板单元现场拼接，现场桥段整体吊装的施工方式。为保证钢桥在施工中保持更好的线形及稳定性，加快施工进度，在施工现场场地条件允许及吊装机械满足要求的情况下尽可能将桥段合并焊接为整体后再吊装上桥悬拼为整体。底板上下缘弧线在一个桥段内按实际线型处理，不得按直线处理。

由于桥体中间跨内河岸上不允许承载汽车吊进行吊装作业，因此1#、2#桥墩之间的中间跨桥段吊装，汽车吊只能站在桥墩处附近吊装，吊装幅度达75 m，吊距太远，目前当地很难找到满足此类吊装要求的汽车吊，所以考虑采用汽车吊和桥面吊机配合，进行桥体桥段悬拼安装。

根据上述情况制定吊装方案：桥梁两侧80 m边跨0-1、2-3工作面可以满足汽车吊工作要求，因此用2台汽车吊抬吊先行安装，桥体分段在满足运输和吊装限制的情况下尽可能采用大块件。桥梁中间跨桥段采用32 t桥面吊机吊装，桥面吊机自重小于15 t，桥面吊机吊装桥段重量小于25 t，长度约6 m。具体现场吊装施工步骤如图1所示。

2.2 S0段吊装

一般钢桥0#高度在7 m以上，无法满足公路运输要求，所以利用260 t汽车吊配合MH10 t电动葫芦门式起重机在桥墩附近现场制作S0桥段，对于桥体线型利用现场布置的胎架保证。对于能够运输的板单元，尽量在工厂内制作加工成型。对于不能够运输的板单元，工厂需要按板单元外形尺寸进行预拼并记录外形尺寸，再拆解后运输至现场。现场拼装恢复外形尺寸后再进行焊接。桥段现场制作焊接严格执行厂内制作焊接工艺。

根据钢桥0#块重量大小及吊车起吊性能表选用合适吊装设备，该工程选用2台QAY260型汽车起重机进行双机抬吊，在桥墩和胎架上安装S0桥段主梁。S0桥段是上部结构主梁施工中的关键步骤之一，吊装重量较大，应严格控制施工质量。同时，为保证后续悬臂施工的进行，需对S0桥段与桥墩进行临时固结。在1#、2#墩处用钢管立柱形成临时支撑墩，桥墩与临时支墩间的刚性连接采用钢管焊接而成。

0#块吊装避开大风沙时段，风速超过6级暂不吊装，安装完毕后要设置临时加固措施。为防止大温差导致焊缝伤害及0#块填充混凝土收缩较大，要确保0#块底板填充配重混凝土在一天气温最低时进行一次性浇筑，在强风沙大温差环境下要采用微膨胀纤维混凝土，防止产生不均匀温差裂缝。

2.3 S0段的吊装用吊索钢丝绳验算

钢桥S0段往往是桥段中最重的，若同样型号吊机和同样型号吊索钢丝绳吊装S0段满足要求，其余桥段的吊装用的吊索同S0段吊装用的吊索钢丝绳也会同样满足要求。施工前要对吊索钢丝绳进行安全验算。

S0段吊装重量为135 t，两端各需要一根长14 m的钢丝绳，每根钢丝绳上为33.75 t。选用《钢丝绳通用技术条件》GB/T 20118—2017标准中直径62 mm的抗拉强度为1 960 MPa的纤维绳芯的钢丝绳，最小破断力为2 490 kN。

根据公式[FG]=AFG/K，其中,[FG]为钢丝绳的允许拉力,kN；FG为钢丝绳的钢丝破断拉力总和，kN；A为换算系数，换算系数取0.82；K为钢丝绳的安全系数，钢丝绳的安全系数为6。钢丝绳的允许拉力为[FG]=A×FG/K=0.82×249/6=34.03 t>33.75 t，满足吊装要求。

S0段的吊装选用2台QAY260型汽车起重机进行双机抬吊。QAY260型汽车起重机出杆35 m、回转半径为9 m、起重量为72 t,两台起重机的吊装总重量为144 t，满足最大吊重135 t的要求。

2.4 边跨其余桥段的吊装

除中跨部分桥段位于河道上方不能采用吊装直接吊装拼接，其余桥段吊装按照施工步骤(见图1)进行吊装。S1～S3段至S12～S10段吊装也选用选用2台QAY260型汽车起重机进行双机抬吊。

为了防止安装时桥体失稳，在边跨提前安装3 000×3 500支护胎架。安装时支护胎架上承重梁与桥体隔板位置对应，高度以现场支护胎架基础与桥体安装线型实际距离为准，胎架承重梁与桥体安装线形之间预留20 mm间隙，以便就位时用千斤顶进行微调。

利用2台260 t汽车吊在S0桥段两侧安装边跨S1～S3、S4～S6桥段和中间跨的S1～S3桥段。为了防止桥体失稳，先安装边跨，再安装中间跨。桥段调整到位后,先将临时联结件紧固，并点焊联结，检测桥体线型，满足线性监测值后方可按照焊接工艺施焊。利用2台260 t汽车吊安装边跨后续S7～S12桥段，直至边跨合拢。

2.5 采用桥面龙门吊安装跨中号块

采用龙门吊吊装的吊装段为S4段、S5段、S6段、S7段、S8段、S9段、S10段、S13段，最大吊装重量为20 t。吊装选用一台ZTC800E653汽车起重机，出杆34 m、回转半径为9 m、起重量为29 t,满足最大吊装重量为20 t的要求。

现有已安装完毕桥体的S0桥段上安装32 t桥面吊机轨道及桥面吊机，由于工程位于强风沙大温差环境，桥面吊机停止作业时必须停在S0段处，并将大车与桥体锚固，小车也通过吊钩与桥体锚固。桥面吊机大车运行时，吊机小车必须停在吊机跨中。未防止大温差焊接导致桥梁钢板变形，所有焊接作业都要在最低温度的凌晨2点左右完成。在风速大于6级时停止吊装上桥及桥面吊机行走。大风天气焊接作业要设置防护棚。

32 t桥面吊机整机自重小于15 t。为了保证安全、提高效率，确定在地面整体安装调试合格后整体吊装到S0桥段已安装好的轨道上。拆除时也整体吊下，在地面拆解。

桥面吊机轨道中心与桥梁腹板中心重合，轨道中心距3 480 mm，轨道采用p38轨道，间隔1 000 mm将轨道压板断焊固定于桥体上盖板上，轨道端部按标准规定焊接车档和红外线限位。随着轨道的延伸，车档和红外线限位相应拆除移位。拆除时将焊点打磨平整，不得损伤桥体母材。

利用80 t汽车吊将中跨桥段S4～S13依次吊运放置到S0桥段上，用32 t桥面吊机将该桥段吊运到吊机跨内并放置到吊机下横梁上，以便降低吊机重心。此时放松吊机钢丝绳，只起到防止桥段位移和倾覆作用。注意桥面吊机起吊作业时必须与桥体锚固防止倾覆。桥面吊机运行过程中必须用锁具将桥段与吊机固定，防止桥段滑移发生危险。吊机拉运桥段沿轨道运行至安装位置并重新与桥体锚固。

3 托管钢桥安装过程监测

3.1 应力监测目的

根据托管钢桥构造和强风沙大温差工况下大跨托管钢桥中悬臂拼装的施工特点,在整个施工过程中大桥将经历一个从悬臂到成桥、从静定到超静定的体系转换过程。随着悬臂梁段长度的不断增加，桥墩、悬臂梁变形也会逐渐增大。为确保成桥状态下满足设计要求，需要对每个节段设置相应的预拱度。应力是截面强度的具体体现，随时监测应力变化，确保其在设计可控的范围内，是保证大桥成桥后安全营运的基础。钢桥安装过程通过高程、应力、温差监测，可确保成桥线形、标高，满足使用要求。

3.2 监控内容

根据现场施工进度提供0#块及后续其他号块安装标高；主梁施工时提供主梁前端定位标高；施工过程中桥墩变形情况；若干施工阶段下各控制截面的应力或应变；成桥状态各控制截面的应力、标高；施工过程监控仿真计算。

3.3 监控精度

主梁线形符合设计要求；梁段长度误差±10 mm；梁高、梁宽、顶板厚度、腹板厚度、腹板间距0～10 mm；小里程方向与大里程方向钢箱梁主梁对称点高程差20 mm；主梁各施工控制节段标高误差 mm；主梁横桥向各对称点标高误差4 mm；合龙段两侧梁段允许高差±5 mm；主梁的中心线偏差±10 mm；成桥竖向线形误差(10 ℃设计基准温度)±30 mm。

3.4 施工监控

钢箱梁连续梁桥监控重点在于上部结构悬臂施工过程中的节段安装标高设置、截面应力监测，以及合龙段施工和桥面线形调整。

安装标高是确保成桥线形的关键，也是施工监控的重点。因此要做好高程测量点的布置和保护，焊接后的变形与理论计算值偏差达到预警值时要及时纠偏，桥面上不得额外堆放材料。对高程测量数据，首先要认真分析，找出误差原因，必要时给予修正。

截面应力是监测桥梁结构安全的保证。这就要求监控人员在每个节段钢箱梁起吊前、安装匹配后、焊接后及时测量应力值，并与理论分析值进行比较，当发现有超范围数据时，必须停止施工及时分析原因，如确实是截面应力超限，应立即上报，并启动“施工控制中异常情况处理流程”。

托管桥由于其跨度大(主跨150 m)，为控制桥梁线形，需要采取合理的措施进行控制。在强风沙大温差天气施工钢桥，合龙温度是连续梁桥的重要技术参数，尽可能在设计规定的合龙温度范围内进行。对截面应力，受到自重、温度、焊接应力、焊接变形等因素的影响，实测数据中包含测试其应力增量值。该增量值与理论计算值有较好的可比性，从而可以判断结构的安全性。箱梁节段理论高程往往与实测值存在差异，在分析造成差异的原因外，通过适当途径进行修正。托管桥施工监控在焊接完成后，立即测量应力状况，分析处理数据后及时提供下一节段安装标高。检测应力应变高程出现异常时立即停止现场施工，分析原因，按照既定预案进行纠偏，满足允许偏差后方可继续施工。

4 托管钢桥施工特点及应用前景

与其他钢桥类似施工方法相比，托管钢桥采用的是大吨位大高度0#块现场地面拼装焊接成整体后双机抬吊，小吨位短桥段的三块拼接为一块后双机抬吊焊接成型，跨中采用桥面吊与地面吊组合吊装法。地面吊将桥段吊至桥上0#块，桥面吊将桥面运至跨中相应部位后悬臂吊装焊接成整体，最终先边跨后中跨合拢。该施工方法占用桥下部分场地，但吊车使用率高，具有钢材用量少、施工速度快、安全系数高等优点。而且桥下0#块及其他号段支撑台架可周转循环再利用，大大降低了施工成本。双机抬吊和桥面吊悬臂拼装均可做到纠偏容易，保证桥面线形美观的优点，可广泛应用于强风沙大温差大跨托管钢桥施工。

目前，我国大截面河道上上跨输水管道施工中广泛设计拖管钢桥，当托管桥跨度较大，且跨中位于河道上方时，往往边跨采用吊装悬拼法，中跨采用地面吊配合桥面吊悬臂拼装法施工，其施工方便性及经济性十分明显。该施工方法不仅成功完成了强风沙大温差复杂工况下的吊装、焊接、配重混凝土浇筑等施工，还节省了成本，加快了速度。大力推广吊装悬拼施工方法，在未来钢桥施工中将发挥巨大经济和社会效益。

某省近期二步供水工程跨干渠托管桥顺利施工完成，吊装悬拼法较好解决了钢桥施工质量要求高、线形控制精度要求高等施工难度，满足吊装焊接结构的强度、刚度、安全性、稳定性。该施工方法具有安全可靠、施工成本较低、施工速度快、部分材料可周转利用等优点。