明珠湾大桥建设中的主桥钢梁架设施工工艺

2023-03-09董丞上

工程建设与设计 2023年4期

董丞上

（中山市交通项目建设有限公司，广东中山 528403）

1 引言

钢结构桥梁施工技术理论成熟、实践经验丰富，在现代桥梁建设中取得广泛应用。钢桁梁的自重轻、结构强度大、抗震性能突出，桥梁质量得到保障。钢桥架设方式多样化，需从工程现状出发，挑选适宜的架设施工工艺，依据科学的方法将架设工作落实到位。因此，需要深入分析钢桁梁架设施工工艺，理清施工思路，严格把控技术要点，安全、高效地架设钢桁梁。

2 工程概况

广州明珠湾大桥主桥为96 m+164 m+436 m+164 m+96 m+60 m的6跨连续双层桥面中承式钢桁拱桥，钢梁为3片N形桁式结构，拱肋上弦、下弦均为二次抛物线形。拱肋跨中析高11 m，中间支点高52.52 m。钢节间长度以12 m居多（主墩边跨侧4个节间和中跨侧7个节间按14 m控制），共设81个节间。桥梁布置图如图1所示。

图1 明珠湾大桥主桥总体布置图（单位：m）

3 边跨钢梁架设及合龙施工工艺

3.1 边跨平弦钢梁架设

万顷沙侧边跨共设8个节间平弦钢梁（A1~A9），次边跨有13个节间164 m钢梁（A9~A22），悬臂部分A9~A15与边跨同步架设成型，共6个节间72 m平弦钢梁，半伸臂以70 t架梁吊机和临时支墩联合作业的方式安装到位。边跨平弦钢梁的架设作业流程如下：

1）于25号~26号墩96 m跨间搭设1~3号临时支墩，起到支撑作用。其中，下弦E2~E4节点由临时支墩1支撑，E5、E6节点由临时支墩2支撑，E7节点由临时支墩3支撑。在妥善布置临时支墩后，维持节点的稳定性[1]（见图2）。

图2 钢梁架设布置图

2）通过250 t浮吊架设起始A3~A5节间钢梁，抄垫临时支墩支点以维持平稳性，在已架设钢梁上弦将架梁吊机配置到位，要求吊机保持稳定，运行中无异常晃动，利用架梁吊机架设至A9节点处，上26号墩抄垫至设计标高。为限制钢梁的横向和纵向位移，在26号墩处设临时锚固装置。

3）架梁吊机调头反向移至A3节点，于该处将边跨剩余的A2钢梁、A1节间架设到位，25号墩在抄垫后于该处设临时锚固装置，以防架设到位的钢梁发生横向移动。

4）回正架梁吊机，移动至A9节点并完成剩余次边跨钢梁悬臂的架设作业。

5）钢梁起顶，拆除E2~E7节点的临时支墩，微调钢绞线，检查25号、26号墩钢梁支撑的位置，确保无误。按照与前述类似的思路，完成南沙侧边跨平弦钢梁架设作业。

3.2 主墩钢梁双悬臂架设

根据待安装的构件配置作业设备，顺利将构件安装到位，例如，用70 t爬坡架梁吊机架设主墩中跨侧钢梁，用250 t大型浮吊和墩旁托架完成边跨侧的架设作业。中跨侧拱肋架设56 m，至S26节点停止；边跨侧钢梁架设80 m，至A16节点停止；主桁架设70 m，至A27节点停止。具体作业流程如下：

1）于主墩27号、28号墩旁搭设墩旁托架，配置正式支座，由托架和支座支承钢梁，开始架设墩顶节间钢梁主桁A21~A23和拱肋S21~S23，架设期间加强对钢梁线形的检测与调整，做到准确到位。

2）27号墩边跨侧托架的临时支点顶梁21 mm，中跨侧临时支点落梁21 mm，钢梁预顶落结束后若确认位置无误则随即采取锁定措施，维持钢梁的稳定性，以防钢梁发生横、纵、竖向的移动。

3）于钢梁拱肋上弦S22~S23处布设70 t爬坡架梁吊机，中跨侧向中跨方向架设4个节间主桁钢梁A23~A27和拱肋钢梁S23~S26；边跨侧架设的是主桁A21~A16和拱肋S21～S16，架设设备采用250 t大型浮吊。主跨双悬臂拼装时，由专员在现场指挥，协同控制两悬臂端的重量，维持平稳状态[2]。

3.3 合龙口位移状态的调整

首段钢梁拼装成型后，将主墩钢梁顶落，转至指定位置并锁定；边跨侧钢梁在合龙前顶落并纵移到位。按照如下方法精细作业，调整边跨合龙口的姿态：

1）顶落量的控制。27号主墩钢梁边跨侧起顶量和中跨侧下落量均为21 mm；28号主墩钢梁边跨侧按照46 mm的要求完成起顶和下落作业。经过起顶和下落后，检测钢梁的姿态，若无误则随即锁定，保证钢梁的稳定性，避免后续出现移动。

2）竖向高差及端面转角的调整。钢梁合龙口的竖向高差须在10 mm以内，调整作业联合采用边墩、辅助墩顶、落梁的方式进行；随后微调25号、31号墩落梁300 mm，26号、29号墩分别起顶153 mm、421 mm。

3）轴线偏差的调整。分粗调、微调两个阶段进行调整，直至轴线偏差得到有效控制，具体而言，横移粗调用横向千斤顶完成，再用横向顶拉装置微调。

4）纵向间隙的调整。水平纵移利用水平千斤顶完成，25号、26号墩纵移78 mm，29~31号墩纵移135 mm，随后利用纵向顶拉装置精细化调整，直至误差在许可范围内为止。

3.4 钢梁合龙的流程及要点

分下弦杆、斜腹杆、上弦杆几部分考虑，根据稳定性和准确性的要求采取合适的合龙方法，具体做如下分析：

1）下弦杆的合龙。下弦合龙杆件E15~E16与边跨侧钢梁E15节点连接，为维持连接的稳定性，打设50%冲钉和30%高强度螺栓。经过对钢梁的调整后使偏差不超过10 mm，待温度稳定后做精细化的调整，直至偏差在0.5 mm以内为止，此时打入圆孔钢销，完成连接处理。

2）斜腹杆的合龙。斜腹杆E15~A16与边跨侧钢梁E15节点连接，依然按照与下弦杆合龙相同的方式打设冲钉和高强度螺栓，以便固定。上弦合龙杆安装到位后，调整位置，确认无误后采取连接措施。

3）上弦杆的合龙。上弦合龙杆件A15~A16连接至边跨侧钢梁A15节点，为维持稳定采取补足50%冲钉和30%高强度螺栓的方法。根据钢梁间隙和高差检测结果，用顶拉调整设备做细微的调整，偏差被控制在0.5 mm以内时，打设圆孔钢销以便固定。

4 中跨合龙技术

4.1 抗倾覆压重设计

悬臂施工过程中可能存在较大的倾覆力矩，易影响悬臂的稳定性，导致安装质量变差，甚至诱发安全事故。为此，用钢筋混凝土块进行压重，单重有26 kN（2.6 t）、39 kN（3.9 t）两种规格供选择，布设位置安排在三主桁桥面上方。万顷沙侧25号墩顶中线沿钢梁跨中方向布置长36 m的压重36 MN（3 600 t），26号墩以及南沙侧29号墩分别沿着墩顶中线向两侧布置长12 m、18 m的压重，总压重分别为22.5 MN（2 250 t）、36 MN（3 600 t），30号墩顶中线沿边跨跨中方向布置36 m压重，总压重18 MN（1 800 t），按照前述方法完成各部位的压重布置作业后，保证吊索塔架垂直度偏差≤1/1 000，同时合龙过程中最大悬臂阶段抗倾覆系数≥1.5，在此前提下可维持结构的稳定性，保证施工安全[3]。

4.2 微调装置的设计

在拱肋与主梁合龙口设置微调装置，用于调整钢梁合龙口的间距，具体如图2所示。微调装置的组成包含千斤顶、钢绞线、牛腿及锚固装置，调整幅度为15 mm，通过对微调装置的合理应用后，能够促进箱梁的主动合龙，避免长时间等待温度变化的情况。微调装置的材质采用Q345C钢，用全熔透焊接工艺连接至箱梁腹板顶板，维持装置的稳定性。拱肋与主梁合龙口施工过程中，将微调装置布设在每根弦杆上、下翼缘板处，每套微调装置适配的是1台250 t千斤顶。拱肋与主梁合龙口所需的微调装置总量为12套，由专员精细化操作，达到多点同步合龙微调的效果。

图3 合龙口微调装置

4.3 拱肋合龙

上、下拱肋合龙杆件安装到位后，利用26号、29号墩顶的顶、落梁装置对合龙口高差与轴线加以调整，根据“杠杆原理”调整拱肋合龙口的高差，其中将27号、28号墩作为支点。在26号、29号墩分别落梁0.05 m、0.07 m，消除原本南沙侧拱肋与万顷沙侧的0.02 m高差。在确认拱肋的高差得到有效的控制后，于27号墩三桁结构底部设纵向顶推装置，施加16 380 kN的顶升力，完成上、下拱肋多点同步对位操作，与此同时，将拱肋合龙口的间距减小至0.02 m。经过一系列的调整后，将各处偏差控制在工程许可的范围内，达到合龙锁定的基本条件。

4.4 主梁合龙

拱肋合龙后，进入主梁合龙环节，用27号墩顶支座的顶推装置施加顶升力，在力的推动作用下顶推位移0.05 m，顶推后检查合龙口里程差，若实测结果显示里程偏差减小至0.015 m时，进一步检测合龙口转角、高差及里程差，根据实测结果做细微的调整，保证各部分偏差均被控制在许可范围内。对于合龙口杆件的竖向高差、转角与里程差，采取释放吊杆索力和微调装置组合的方法做细致的调节，以便达到合龙锁定的条件。

4.5 合龙口锁定

钢梁中跨的合龙过程中，为提升可控性，在腹板拼接板、合龙口杆件腹板处分别布设φ80 mm、φ30 mm的圆孔，构成合龙铰。施工人员按照计划将合龙杆件吊装到位，吊装过程中操作人员严格听从指挥，控制吊装姿态与吊装幅度，保证吊装精准到位。连接边跨侧接头，暂时对腹板拼接板做临时固定处理，使其初步保持稳定，随后根据现场环境采取精细化调整措施，例如，夜间22:00时现场环境温度相对稳定，对合龙的影响较小，借助此时机用微调装置对拱肋合龙口的间距进行调整，使该间距稳定在合理的范围内。合龙口腹板拼接板向边跨侧移动，借助此调整措施消除钢桁梁杆件栓孔的位置误差，经过调整后使临时销孔保持重合，此时开始对合龙口进行锁定，即联合采用“打入销钉、安装50%冲钉、30%高强度螺栓”的方法，通过多类设施的应用，保证锁定后的结构有足够的稳定性。合龙口杆件锁定到位后，将27号墩纵向限位解除，赋予墩结构适量的灵活性，以便使结构适应温度变化，减小温度应力对结构产生的不良影响。