摘要：在桥梁工程建设中，钢桁梁是一种具有跨越能力大、安装速度快、便于运输、维护修复简单等优点的钢结构体系，得到了广泛的应用。且随着钢桁梁跨度的不断增大，其施工技术也取得了巨大的进步。因此，对大跨度钢桁梁安装施工技术展开研究具有重要的理论价值和实际意义。本文结合新建南沙港铁路跨洪奇沥水道钢桁梁柔性拱桥施工控制的实例，对大跨度钢桁梁架设技术展开了研究，探讨深水航道区大跨度钢桁梁安装的主要内容与方法，给出了该桥的安装总结。结果表明，施工钢桁梁所采用的支架结构形式，焊（栓）接工艺和吊装方法是简易高效，并且安全可行的深水航道区跨越方式，并对该类桥型的施工提出一些有益的建议，对于同类型桥梁施工提供一定的借鉴和参考价值。
关键词：钢桁梁；支架；施工监控；悬臂吊机；焊接
1工程概况
本标段洪奇沥水道特大桥主桥采用下承式钢桁梁柔性拱，主跨通航净空为300×24米。主跨采用下承式连续钢桁梁柔性拱结构，跨度按（138+360+360+138）m布置，全桥长998.8m（含两端支座中心线至梁端悬臂段各1.0m及梁端梁缝各0.4m）。主桥线路纵坡设计为平坡，平面位于直线上。
（1）桥式结构
本桥采用（138+360+360+138）m下承式钢桁梁柔性拱，两片主桁，桁高16m，宽跨比1/24，桁间距15m；拱肋矢高65.0m，矢跨比1 /4.67采用华伦式，节间长度为13.5m和14m，节间布置为（4*13.5m+15*14m+8*13.5m+18*14m+8*13.5m+15*14m+4*13.5m），全桥共72个节间在钢桁的三个中支点处向边跨侧2个节间和向中跨侧1个节间布置下加劲，下加劲高l6m。
图1 桥梁整体布置示意图（单位：mm）
全桥钢材总重2.74万吨，其中钢桁梁2.25万吨，钢桁拱为0.5万吨，吊杆168根。
全桥共72个节间，全桥主要杆件数1767根，其中上弦杆件134根，最重单重76.1t；下弦杆件138根，最重单重66.8t；下加劲杆件24根，最重单重52.2t；墩顶节点6个，单重分别为84.7t和90.3t；拱脚节点16个，最重单重85.2t。
2支架设计
2.1边跨（138m）临时墩布置
根据安装总体思路，在138m边跨下方设置5组临时墩，临时墩采用格构柱结构，每个横断面位置临时墩由左右两组临时墩组成，分别在主桁下弦杆正下方，组成临时墩的四个螺旋焊管之间用横联连接，增加临时墩的整体稳定性。所有的临时墩需进行受力验算，确保各工况结构受力安全。
图4 138m跨临时墩布置断面图（支架A、支架B）
在边跨处设置支架A、支架B临时墩，临时墩采用4管格构柱。支架A主钢管采用φ800×10、φ1000×10钢管，下部采用φ1200的钻孔桩；支架B主钢管采用φ800×10钢管，下步设小承台，承台下部为φ1200的钻孔桩；支架间纵、横向连接系采用φ325×6的钢管。
2.2中跨（360m）水中临时墩
根据安装总体思路，在两侧中跨360m跨下方共设置4组水中临时墩，水中临时墩布置间距为98m+164m+98m，预留有效航道宽164m，临时墩采用4管格构柱结构。
图6 360m主跨临时墩结构图
在中跨处设置临4组临时墩，单跨设置2组临时墩，临时墩采用转孔桩+钢管桩+钢管柱形式，河床下部采用1.5m直径的钻孔桩，φ1800×20的钢管打入河床下，上部采用φ1800×20、φ1000×12的格构柱。
图7 360m主跨航道防撞墩布置图
临时墩靠河道侧和上下游处设置钢管格构柱的防撞措施，格构柱主管采用φ1200×12钢管，连接系采用φ820×10。
2.3边跨压重
图8 边跨钢梁压重布置图
为确保钢梁悬臂架设过程中抗倾覆稳定系数K＞1.3的需要，对边跨侧端头第一个节间的钢梁逐步进行压重，每侧压重总量为350吨。钢梁架设时边跨压重采用混凝土块压重方案或拉锚方案；若选用混凝土块压重方案，混凝土块标准尺寸为1×1×2m，边跨的压重量较大，对施工过程中的钢梁受力有较大影响，须严格按设计要求进行分批压重。
2.4中墩支撑托架
239#墩墩顶4个节间钢梁具有节间长度长（长度14m）、、安装精度高、杆件自重大（最重杆件90.3t）等特点。墩顶节间是主跨钢梁的起始点，其安装定位控制水平直接影响主跨钢梁的线形，也是边跨和中跨合龙口误差的最直接影响因素。
239#墩采用墩旁托架和钢梁固结方案，在钢管支墩托架上设置纵横移装置，以调节钢梁标高、中线里程。墩顶4个钢梁节间拼装完毕后，对钢梁标高、平面位置进行一次精确调整，之后将墩旁托架和钢梁锁定，支撑托架采用组合钢管做为临时墩与承台、钢梁进行固结。
图9 239#墩钢梁支撑托架立面布置图
在承台上部设置锚固梁，采用预应力钢绞线与承台进行锚固并张拉，托架主管采用φ1500×24的无缝螺旋钢管，纵横向连接系采用φ800×16的钢管，在墩顶设置顺桥向预拉钢绞线，安装完毕后，顺桥向进行张拉。托架上部设置钢箱分配梁和垫梁。
2.5钢梁提升站
因239#墩～240#墩需留160米宽左右的通航孔且航道繁忙，所以悬拼钢梁无法从水中或栈桥上取梁。根据总体施工方案中跨小里程侧半跨钢梁可通过239#墩小里程侧的桥面吊机在栈桥上将钢梁提升到下弦上，因此全桥共需设置1座钢梁杆件上桥提升站，位于240#墩上。
图11 239#～2340#大里程侧钢梁上桥示意及提升站设置图
在240#墩大里程方向的第二个节间上弦设置提升站，其主要作用是将钢梁、拱肋等构件从运输船提升至钢桁梁上弦表面的运梁车上，满足通航跨360米构件的安装运输需求，提升站外挑11.3m，设置2道箱型横梁（1200×900），2道箱型走道梁（800×1200），外挑部分走道梁与钢桁梁的上下弦斜拉（H480×300×16×24），满足钢构件提升的受力要求，在走道梁上部设置一台70t的天车，天车下步设置P43轨，天车行走轨道长度为21m。
图12 上料提升站设计简图
3钢梁水平运输装置
在钢梁下弦横梁上表面设置水平运输装置，根据桥梁结构，在靠栈桥侧（偏心设置）设置运输装置，轨道为P43长度为350m。运梁小车采用电驱动，运梁通道布置见图13、14。
4起重设备
4.1码头桅杆吊
（1）设备职能
在大小里程各设一座临时供料码头，码头设置起重桅杆吊，桅杆吊主要职能为钢构件的卸船作业。
（2）设备选型
钢桁梁构件通过船运输至现场，需进行卸船的杆件重量在（除墩顶、拱脚部分杆件外）60t以内，BWQ75桅杆吊臂长28.5m，作业半径24m，最大起重量为40t；作业半径16m，起重量为75t，最大起升高度为48m，选用BWQ75吨的桅杆吊进行作业，能满足本桥钢构件卸船要求。
4.2全回转架梁吊机
（1）设备职能
本桥共计需用4台全回转架梁吊机，主要职能为钢桁梁杆件的安装、钢桁拱支架体系的安装和拆除、钢桁拱杆件的安装作业。
（2）设备选型
根据工况：选用75吨全回转架梁吊机，可满足本桥钢构件的吊装要求。
4.3梁上运梁台车
（1）设备职能
根据钢梁架设思路，需在钢桁梁下弦横梁上表面配置运梁小车，进行239#-240#通航跨钢桁梁等钢构件的水平运输。
（2）设备选型
钢构件重量（除墩顶、拱脚部分杆件外）60t以内，按构件重量，配置70t的运梁小车，能够满足本桥钢构件的水平运输。
4.4提升站天车
（1）设备职能
根据钢梁架设思路，在241#墩旁设置一台杆件上桥提升站。其主要作用是将钢梁、拱肋等构件从运输船提升至钢桁梁上弦表面的运梁车上，满足通航跨360米构件的安装运输需求。
（2）设备选型
提升杆件的重量在14.3t～63.9t，由此，选择一台70吨的天车进行提升作业，能够满足钢构件的提升需求。70t的天车下部设置P43轨，天车行走轨道长度为21m。
（3）设备参数
提升站采用额定起重量70t的天车，天车上布置一台8t卷扬机，滑轮组倍率为10倍，起升速度为5m/min，天车走行由电机驱动，走行速度为2m/min。
图15 提升站天车布置简图
4.5履带吊
选用300吨履带吊，主要进行边跨237#-238#钢梁拼装支架、前3节间钢梁吊装、桥面吊机吊装；边跨240#-241#钢梁拼装支架、桥面吊机拼装支架的吊装施工，并进行桥面吊机的组装工作。
4.6浮吊
（1）设备职能
浮吊主要用于拼装239#主墩墩旁托架、墩顶支座、墩顶4个节间钢桁梁、拱脚构件安装，架设238#、240#墩顶支座、墩顶三角区加劲杆件、拱脚处构件安装。
（2）设备选型
根据浮吊的吊装内容，选用300吨浮船吊进行吊装施工。
5吊装方法
5.1总体吊装方法
（1）两边跨：
在237#～238#、240#～241#墩间搭设边跨临时墩，237#墩处采用300吨履带吊安装前3个节间，并在3个节间上方用履带吊组装75t桥面吊机，桥面吊机组装验收合格后，向跨中方向进行悬臂拼装。在241#边跨端头设置桥面吊机拼装支架，用来进行桥面吊机的拼装，并与钢桁梁端头设置临时杆件，用以桥面吊机从拼装支架上走行至钢桁梁上弦；采用全回转桥面吊机进行前4个节间钢梁杆件的架设，完成后桥面吊机采用悬拼法从边跨向中跨方向进行钢桁梁的悬拼施工，至合龙口位置，其中238#、240#墩顶和拱脚部分超重杆件采用浮船吊进行吊装。
（2）两主跨：
在（238#～239#、239#～240#）间各搭设两个水中临时钢管支墩，水中墩钢管柱采用300吨浮船吊进行吊装；在239#墩停靠300吨浮船吊，进行中墩托架、墩顶4个节间钢梁及上部桥面吊机的安装。桥面吊机验收合格后，用桥面吊机向两侧对称悬臂拼装钢梁。
（3）钢桁梁合龙：
在主墩及临时墩上设置大吨位千斤顶通过顶落梁来调节钢桁梁高程和转角，通过温度或纵移的措施来调节合龙间距，在设计要求的合龙温度下进行钢桁梁的合龙施工。
（4）钢桁梁主要分成三个区域进行安装：
区域一：从小里程边跨起点至第一主跨合龙段，共23个节间；区域一的安装顺序是从小里程边跨起点向360m主跨跨中安装。
区域二：从第一主跨合龙段至第二主跨合龙段，共26个节间；区域二的安装顺序是从239#主墩对称向360m主跨跨中安装。
区域三：从第二主跨合龙段至大里程边跨终点合龙段，共23个节间；区域三的安装顺序是从大里程边跨终点向360m主跨跨中安装。
5.2钢梁安装施工工艺
（1）杆件的预拼
因现场场地因素制约，工地不设预拼场，杆件预拼工作在工厂完成。杆件预拼前，应根据设计图绘制螺栓标注图和预拼图，核查杆件编号和数量，在基本杆件上标出起吊重心位置、螺栓长度区域线、安装方向及单元重量。
拼装冲钉的公称直径应与工厂试拼中钉孔重合率相匹配，拼装冲钉的公称直径宜小于设计孔径0.2㎜。冲钉材质选用35号或45号碳素结构钢，且需进行热处理后方可使用。冲钉圆柱部分长度必须大于板束厚度，冲钉使用过程中需进行检测，如不符合偏差要求，需予以更换。
杆件预拼后应满足以下要求：
1）预拼单元重量不能超过吊机额定起吊重量。
2）部件数量、编码及方向应符合设计图、预拼图。
3）板厚小于32mm组成的板束，板层密贴性应满足0.3mm插片深入缝隙深度≤20mm的规定。
4）纵梁预拼，平面对角线允许偏差为±2mm，纵梁间尺寸的允许偏差为±1mm。
5）栓孔重合率应达到《铁路钢桥制造规范》（Q/CR9211-2015）对工厂试拼质量要求。
（2）钢梁安装原则
1）确保钢梁悬臂架设中抗倾覆稳定系数K＞1.3，以压重进行配重平衡，满足跨中合龙时最大悬臂安装需要。
2）在膺架上拼装钢梁时，不仅要确保膺架有足够的承载力及预留压缩下沉量，还应重点关注钢梁的拼装拱度曲线。在自由状态下进行主桁前一节间的拼装，即下弦杆前端拼至前一膺架的支点时，膺架支点不得受力。待主桁杆件完全闭合，节点高强螺栓完全终拧后，才能用钢板抄死下弦杆前端节点底面与膺架支点垫块。待该节间高强度螺栓全部100%终拧后，再拼装下一节间。
3）在钢梁第一节间的下弦杆拼装时，必须在下弦杆悬臂端布置临时支点。
4）悬臂安装时临时支座设置。第一孔钢梁在膺架上拼装，在238#（240#）墩上设临时固定支座，临时固定支座的做法是在正式的活动支座上采取适当的措施（如加设止推垫板）将其临时锁定。设置临时固定支座时，要确保能承受安装产生的设计反力和具有足够的摩擦力，严禁涂油，以防止钢梁滑移。
5）悬臂安装时钢梁位置调整：钢梁在悬臂安装至桥墩后，如前支点横向偏移较大时，在起顶前应进行横移调整到位。钢梁横移调整偏位前，下平联和上平联节点螺栓必须终拧完毕，以防钢梁受横向水平力的影响造成钢梁轴线发生曲折。
（3）钢梁安装要点
1）捆吊：拴捆前检查预吊杆件是否符合拼装顺序，拴捆时应留意杆件质量大小和重心位置标注。杆件采取专用吊具拴捆起吊，起吊中使弦杆等保持水平，竖杆保持竖直，斜杆保持40～50°的倾角。拼装脚手架提前挂于节点侧，随同杆件一起试吊后再提升起吊。
2）对杆件就位对孔时，用小撬棍在栓孔基本重合的瞬间（相错在10mm以内）插入孔内拨正，再微微起落吊钩，使杆件转动与其它孔眼对合。按照弦杆先对近端孔眼，竖杆先对下端孔眼的原则，先将斜杆按较陡状态吊装稳住，待下端对合后再缓慢降低吊钩对合上端。对合弦杆孔眼时，使用扁铲式小撬棍引导，必要时可用牵引装置或导链滑车拉入节点板内。
3）穿入钉栓对好孔眼后，在栓孔周围打入四个定位冲钉，随即安装4～6个高强度螺栓，确认板缝无异物后，即拧紧并安装剩余栓孔的冲钉和螺栓。
4）为保证拼装拱度，杆件拼装时要按孔眼总数的50%冲钉均匀分布打入和上足25%～30%的高强螺栓，并作一般拧紧后方能松钩。松钩后立即补足剩余孔眼的高强度螺栓，并作一般拧紧。然后将这部分高强度螺栓按施拧工艺逐一初拧和终拧，终拧后的高强螺栓经检查验收合格后，用油漆进行标志。第二步将冲钉换成高强度螺栓，并作一般拧紧。一次卸下的冲钉数量，最多不超过冲钉总数的20%。将全部冲钉换成高强度螺栓后，对其进行初拧和终拧，终拧后的高强螺栓检查合格后，同样用相应油漆作标志。螺栓施拧由栓群中心向四周进行，以利于板束压平及减少螺栓间相互影响。
5）为保证钢梁的拱度，在钢梁悬臂架设过程中，要求主桁栓合进度不得落后于拼装进度二个节间，即正在栓合的节点与正在拼装的节点距离小于两个节间。吊机移动前，必须经过值班工程师签证，确认符合上述规定。
6）为增强钢梁整体刚性，断面联结系、上下平面联结系的高强度螺栓终拧，亦不能落后于拼装进度3个节间。当进入封锁阶段后不能落后于拼装进度2个节间。对影响主桁栓合的平纵联杆件，可采取暂时拔移待主桁栓合完毕后再复位，但不能同时拔移两交叉连接杆件，避免联结杆件支撑作用失效。
7）当主桁下弦梁拼装距墩顶最后一个节间时，将其中一侧主桁杆件尽快拼装到墩顶，单桁成闭合稳定结构状态，但保持悬臂不接触支点状态，与支点保持2～3cm间隙，立即拼装另一主桁和其他杆件。待整体形成稳定结构及各节点高强度螺栓终拧达到50%后，方可将支点空隙抄实，但不允许起顶。等到再悬臂拼装出3个节间，加劲弦杆件全部闭合，并将主桁主要节点、支点处桥门架、起顶横梁高强螺栓全部终拧后，此桥墩支点方可起顶调梁。
8）悬臂安装监控测量：钢梁悬臂安装时节点挠度及中线的测量，要求每安装一个大节间，各节点测量一次挠度和一次中线，并与计算值比较，以此判断钢梁制造精度和安装质量，从而确定锚孔坡度，确保钢梁拼装到前方支点时，下弦梁底与墩顶支点间有足够的净高度，预留起顶设备安装空间。同时分析验算下步是否需要横移钢梁。此外，还应观测各墩顶支点位移变化情况，并与设计值比较，及时调整。同时要对关键杆件进行应力值检测并与计算值及时对比，以便及时进行分析，防止出现超应力。在主桁合龙时测定若干杆件应力，以便了解掌握合龙过程中的应力即时变化情况，检验结构安全性。
9）悬臂安装钢桁梁时，前方墩顶支座标高，应根据悬臂端的最大挠度、锚孔梁坡度、及工厂制造拱度、墩顶设备高度等因素确定。临时支点应设置良好的顶落及纵横移设备，纵横移设备应设置双向顶架，各面均可施顶，一面顶移一面制动保险。临时支座和保险支座设置不宜过高，设置时要充分考虑支座在风力、静动力、温度作用下的稳定性，主要受力支点临时支承在工字钢组、钢垫块、钢轨等组成的支座上时，应考虑钢梁转角产生的偏心反力对支座和钢梁节点的影响。
5.3钢桁梁跨中合龙
钢梁合龙，通过顶落梁、纵移、温度变化等措施实施钢梁合龙。
图17 合龙顶拉设备设置
钢梁合龙总的施工步骤是先合龙238#～239#墩跨，再合龙239#～240#墩跨。
合龙前，239#墩墩顶钢梁保持不动，使237#、241#墩墩顶钢梁下落一定高度，238#、240#墩墩顶钢梁顶升一定高度，并整体纵移，进而消除合龙口两端转角和竖向位移误差（为使237#、241#墩钢梁在合龙前有下落空间，237#、241#墩顶部分支承垫石先不浇注，钢梁正式支座先不安装，安装时使用临时支座。238#、240#墩支承垫石先浇注并安装正式支座），之后按设计杆件长度安装，先合龙下弦杆接口，再合龙上弦以及斜杆接口。
合龙后，起顶237#、241#墩钢梁，浇注支承垫石剩余部分，并将临时支座更换为正式支座；238#、240#墩顶钢梁起顶抽出钢垫板，之后落顶使钢梁和正式支座连接。
6施工监控
桁架结构几何及应力监测是钢桁梁施工监控中最重要的指标之一，包括主梁高程、主梁轴线、主梁的水平及竖向变位、钢桁梁各主要弦杆及腹杆无应力加工长度（含螺栓孔群中心距监控）、临时塔架偏位、基础沉降、合拢段宽度及配切角度等监测内容。
7结论
（1）钢桁柔性拱跨度为360m，目前为同类型结构国内最大。受河道影响，需将钢桁梁进行悬拼吊装作业，最大悬拼距离98m，因此选择一套成熟的施工工艺以确保现场安全、质量。
（2）本桥采用大悬臂拼装，钢梁合龙点多（钢桁共两个合龙口，分别在两主跨中间），合龙点空间坐标的变化因素多，合龙精度要求高，施工难度大，因此选择一套成熟的施工组织体系是十分必要的。
（3）施工监测的内容多，需选择一套成熟的监控方案以确保现场安装精度。
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论文作者:周新贵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/26
标签：钢梁论文; 节间论文; 支座论文; 悬臂论文; 桥面论文; 下弦论文; 支点论文; 《基层建设》2019年第9期论文;