东莞市城建工程管理局 广东东莞 523000
摘要:本文结合某工程实例，对大跨度钢桁梁的架设方案进行了分析，对大跨度钢桁梁架设关键技术展开了研究，并从塔区梁段、标准梁段及合龙段的施工技术三方面详细介绍了大跨度钢桁梁架设技术，旨在为类似工程施工提供参考借鉴。
关键词:钢桁梁；架设；关键技术
0 引言
随着我国社会经济的快速发展，我国的交通行业也得到了迅速的发展，公路、铁路桥梁工程的建设也越来越多。在桥梁工程建设中，钢桁梁作为一种跨越能力大、安装速度快、便于运输、维护修复简单等优点，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，对大跨度钢桁梁架设施工技术展开研究具有重要的理论价值和实际意义。
1 工程概况
某大桥工程主跨400米，钢桁梁桥长达760米，主桥上部结构为钢桁梁，由中心间距26米，桁高6米的两片“N”形主桁，横梁，平联及桥面系结构等组成。主桥桥面系为钢-混组合梁，其中钢纵横梁与钢桁梁通过钢桁梁顶部连续支座结合，桥面系纵向连续，联长760米。南北岸引桥上构为预应力混凝土梁。全桥钢桁梁共划分为65个节段，其中6个塔区梁段(南北岸合计)，2个边跨合龙段，1个中跨合龙段，其余为标准梁段。
2 钢桁梁架设方案分析
2.1 国内外常见方案
目前国内外架设斜拉桥钢桁梁，常用的架设方法分为桥面起重机双悬臂架设法、单悬臂支架架设法及顶推法等。就3种方案简要对比如下。
(1)双悬臂架设法优点为利用塔-索-梁三者施工过程整体平衡不需搭设临时辅助墩结构优势，架设工作面多出1倍，逐节段架设梁段并挂设张拉斜拉索便于控制线型等；缺点为桥面起重机数量投入多，初始工作面难以展开等。
(2)单悬臂架设法优点为可从边跨处拼装，与主塔施工并行(但前提是边跨上构已完成且有大型拼装场地条件)此为最大优势，桥面起重机等大型设备投入少，易形成连续作业等；缺点是临时墩数量多，对地形要求很高，施工监控难度大等。
(3)顶推法优点与单悬臂架设法相近，设备主要为顶推装置等；缺点为临时墩等结构数量大，线形控制困难，且钢桁梁为杆件组成结构，受力转换频繁，需对弦杆加强处理等。
2.2 架设方案分析
(1)架设总体方案
大桥所处地形复杂，极端恶劣地形处(南岸主墩)陡坡达80°，与过渡墩之间地势剧烈起伏，临时墩高度高，且搭设临时墩等结构需单独建立施工便道，对山体进行大范围爆破开挖处理，施工投入很大，安全性极难保证。故此种施工环境下单悬臂法与顶推法并不适用。
(2)施工大型设备
悬臂架设采用桥面起重机，该设备优点为:机械化程度高，可根据起重机起吊能力采用组件吊装或整体吊装。通过桥面轨道运输系统，钢桁梁和桥面系均可采用同一台起重机流水作业施工，施工场地紧凑，工作效率较高。
(3)架设单元
钢桁梁为杆件通过精确对位的高强螺栓连接结构，精确度要求很高。单根杆件从吊至桥面直到空中安装功效极低，设备起吊能力不能充分利用，高空频繁起吊安全性大大降低，桥下施工场地十分有限，不宜作零散杆件的堆存场；整体节段又较重，需更大能力的起吊设备，风险高、效率低。综合考虑，钢桁梁可按桁片方式组拼，且桁片单元更为适中:质量满足设备起吊能力，吊运方向可转向调节适应各种情况，综合效益最高。
(4)材料运输
由于桥面距河面超过300m，河流不通航且河流宽度范围有限，常规水上桥梁采用的水上航运梁段，垂直提升的方案无法实现，只能陆路运输。将梁段杆件散运至塔底，利用塔身桥面处的设备提升至桥面，运至悬臂端安装。
综上所述，双悬臂架设法尽管需桥面起重机数量多，但不需拼装场门式起重机等设备，施工中采用以桁片为单元的桥面起重机双悬拼架设法，通过塔底运输至桥面，对称运输至悬臂端安装等方案符合本桥施工实际情况。
3 钢桁梁架设关键技术
3.1 塔区梁段施工技术
3.1.1 方案选定
塔区梁段安装前，桥面起重机无法站位锚固，且受塔区梁段上方的主墩上横梁影响塔式起重机与桁吊吊装范围受限，无法直接吊装梁段就位，因此及安装方案取拖拉法，安装设备考虑使用附着式桥式起重机。下横梁施工空间有限，距塔底较高(143m)，需安装空中拼装支架。
3.1.2 拼装支架设计
桥拼装支架的主要组成结构为:横梁两侧对称布置8片I56焊接的三脚架，其中外侧的三脚架因需安装滑移轨道及直接承受上部钢桁梁的质量，结构有所加强，三脚架顶部纵梁设有与钢桁梁平行的纵坡。三脚架上部通过精轧螺纹钢两两对拉，下部通过插入预埋于下横梁钢套件的牛腿固结。三脚架上部铺设I25作为拼装平台分配梁，分配梁上部安装顺桥向3拼工45滑道梁及顶部滑板作为钢桁梁拖拉时的滑移轨道。支架的主跨端部安装牛腿及千斤顶结构并在千斤顶内穿入精轧螺纹钢用以连接钢桁梁拖拉点。提前在滑移轨道上将滑块及顶升千斤顶就位。
搭设下横梁拼装支架为整个上构施工的首要条件，支架搭设完成后，初始平台建立为后续施工奠定了基础。
3.1.3 附着式桥式起重机
传统的施工方案为主墩附壁起重机+桥面门式起重机组合安装，但附壁起重机受其结构功能所限，仅能起吊单根杆件，考虑到后续双悬拼施工时起吊单元为桁片，研制出50t“附着式桥式起重机”，结合传统设备的优势，并满足以下特点。
(1)起吊能力满足起吊主桁片需求(46t)。
(2)较易于安装拆除，安装与主墩施工可同时进行，缩短工期。
(3)具备横移功能，起吊时作业区在钢桁梁竖向投影范围外侧，起吊至桥面后转移作业区至钢桁梁投影范围内侧(钢桁梁上部)。
(4)塔区施工空间十分有限，附着式桥式起重机高度控制至为关键:既要满足竖向起吊桁片的高度空间，又需与1号斜拉索避开空间干扰。附着式桥式起重机性能优于附壁起重机与门式起重机的组合，不仅解决了塔区梁段安装塔式起重机等设备受限，桥面起重机无法投入使用的问题，也为接下来的标准梁段双悬臂拼装施工起到了重要作用。附着式桥式起重机结构如图1所示。
图1 附着式桥式起重机结构
3.1.4 塔区梁段拖拉法安装
受主墩上横梁影响，塔区梁段(每个主墩3个)无法在原位安装，采用拼装支架的拖拉装置拖拉就位。利用桁吊将桁片从塔底提升至桥面，并横移至拼装支架上与滑块固定，将所有构件组拼为整体节段后向前拖拉。塔区3个梁段拖拉完成后挂设并张拉1号斜拉索。
拖拉过程简述如下。
(1)利用桁吊从侧面起吊B17节段片体，并横移至拼装支架。在拼装平台上组拼完成。
(2)利用千斤顶拖拉滑移B17梁段，当前面的滑块靠近垫石时停止滑移，利用顶升千斤顶顶起梁段，更换中跨轨道滑块，接力完成。
(3)拖拉B17梁段直至B16起吊安装空间形成，吊装B16节段并与B17匹配对接，重复以上步骤拖拉B17与B16组合段向中跨侧前进，过程中仍按以上步骤完成体系转换。
(4)3个塔区梁段匹配与拖拉就位后，利用主墩内侧与钢桁梁之间的千斤顶精确调整钢桁梁轴线偏位，进行塔梁临时固结。
(5)挂设并张拉1号斜拉索，塔区梁段安装完成。
3.1.5 拖拉施工关键控制点
(1)千斤顶规格数量:3个塔区节段钢桁梁总重379t，采用4台150t千斤顶竖向顶升千斤顶，顶升能力共600t；滑移摩擦系数取0.3，最大滑移摩擦力约为3790×0.3=1137kN，采用2台150t纵向拖拉千斤顶；另配置2台千斤顶精确调整钢桁梁轴线偏位。
(2)北岸钢桁梁边跨向主跨拖拉时，过程为“下坡”，为防止钢桁梁突然启动而向前滑移，需在其后部设置反拽绳索；南岸钢桁梁边跨向主跨拖拉时:过程为“上坡”，受重力分量影响，拖拉力较大，需密切关注轨道在操作过程中是否异常，以5cm为一拖拉行程，左右幅同步缓慢进行。
(3)由于横梁顶设有垫石，梁段及滑块拖拉过程中与垫石多次干扰，需顶起梁段后更换滑块位置进行受力体系转换，过程中始终保证钢桁梁节点受力。
3.2 标准梁段施工技术
3.2.1 双悬拼桥面起重机安装
对于钢桁梁双悬拼施工，初始梁段安装完成后，已具备一定的初始空间，但相对于机身尺寸较大的桥面起重机而言，仍十分有限。2台桥面起重机分别安装，桥面起重机施工关键技术如下。
(1)桥面起重机构件自重大，以附着式桥式起重机为主要安装设备，塔式起重机辅助，安装位置在塔区梁段边跨侧。
(2)为保证拼装支架及以上结构稳定性，先安装中跨桥面起重机走行机构、底盘等下部结构，走形至主跨后转向再安装朝向边跨的三角架及吊臂等上部结构，中跨桥面起重机拼装完成。
(3)中跨桥面起重机拼装中跨梁段，边跨对称体系暂未形成，塔梁之间转动约束能力有限，因此需在边跨侧施加临时配重，以保证结构两侧平衡。
(4)中跨桥面起重机转向安装边跨梁段，中跨桥面起重机安装边跨梁段时大臂角度受附着式桥式起重机主梁限制，暂将主梁拆解，拆解前需将B14梁段及边跨桥面起重机超出塔式起重机起重能力构件吊至桥面，完成后挂设张拉2号斜拉索。
(5)使用中跨侧桥面起重机及塔式起重机安装边跨侧桥面起重机，至此进入双悬拼标准梁段施工阶段。
3.2.2 桁片移动式储存平台
前已指出，采用塔下的履带式起重机在预拼平台上将主桁散件预拼成半成品桁片，再由桁吊吊升至桥面后，由运梁小车运至悬臂端桥面起重机处拼装，每个对称节段施工周期共需安装4片主桁，2片横梁，塔下场地条件可设置2套主桁预拼胎架。但是受正中桥面影响，桁吊只能在塔外侧轨道大梁悬挑的有限范围起吊，竖直对应1套胎架及桁片，另一套胎架上的桁片预拼完成后需转运至桁吊悬臂端吊钩投影范围再起吊，而主桁片较重，通过履带式起重机等大型起吊设备移动有困难。这一过程仅能预拼2片主桁，若剩余2片主桁待之前2片逐次悬拼完成后再继续预拼，十分耗用时间，浪费设备，显然不合理。因此需考虑在既保证距离钢桁梁悬臂端安装位置较近，又保证同时对称悬拼的桥上设置储存平台。同理为保证安装效率横梁的预拼后也需在桥上设置储存平台。移动式储存平台示意图如图2所示。
图2 桁片移动式储存平台平面布置
移动式储存平台平台平面尺寸为30.0m×4.5m，一侧靠主塔，另一侧临施工通道，2片主桁可同时利用履带式起重机在平台上预拼，由于主桁1吊点位于起吊范围内，预拼完成后吊升至桥面，可将主桁2移至桁吊起吊范围，而主桁桁片较重，若提高履带式起重机性能以转移主桁片并不经济，通过设置具有预拼、存放与移动功能的移动式储存平台则很好地解决了这一问题。主桁2直接在移动平台的胎架上预拼，主桁1，2拼装完成后由桁吊吊至桥面临时储存，便可继续安装剩余2片主桁。
3.3 合龙段施工技术
3.3.1 钢桁梁线形敏感性分析
通过荷载参数、刚度参数和温度参数的施工全过程敏感性分析，可以得到各探讨参数变化对各施工工况及成桥阶段的主桁线形的敏感性。
索梁温度变化和斜拉索弹模为主梁线形的主要敏感因素；桥面自重和钢桁梁自重为主梁线形的较敏感因素；钢桁梁弹模、索塔弹模和斜拉索重量为不敏感因素。因此在合龙过程中，将调节敏感因素作为主要施工手段。
索梁温差对成桥线形及中跨合拢前线形影响最大，中跨合拢前需加强温度对主梁线形的影响。线形测量及中跨合拢应在日落3h后凌晨日出之前进行。
桥面起重机移动对合龙口竖向高程及转角调整最为敏感，竖向高程及转角大幅度调整时采用桥面起重机前后移动和索力放张调整措施，精细调整时采用临时荷载压重措施。
3.3.2 钢桁梁边跨拖拉
综合考虑，现场温度起伏范围较大，温度法合龙对温度环境依赖大，合龙时气温与结构温度难以达到桥梁设计温度。选取拖拉法作为合龙的主要施工方法，并结合温度法的调节优势辅助合龙。
根据温差计算，钢桁梁最大需向边跨侧拖拉约15cm，现场实测情况:合龙前72h，对合龙口距离进行定时连续观测。选择夜间作为安装时段进行计算利于减少顶推量。20:00～22:00气温开始下降，合龙口距离逐渐拉长。依据现场量测计算得出的拖移距离为:设计合龙口距离－实测合龙口距离0.02m(调整量)=8.128－8.046+0.02=0.1m，考虑钢桁梁与墩身安全性，确定拖拉量10cm，确保杆件吊入合龙口(见图3)。
图3 中跨合龙时拖拉反力座结构图(拖拉状态)
4 结语
综上所述，钢桁梁作为当前的一种桥梁结构形式，在桥梁工程中得到广泛的应用，其架设技术水平的高低直接关系到桥梁工程的施工质量及使用性能。本工程结合工程的实际情况，采用双悬拼施工方案，缩短了工程的施工工期，降低了工程施工的安全风险，取得了良好的成效，对类似桥梁工程架设施工具有重要的参考价值。
参考文献:
[1]李闻.复杂条件下大跨度钢桁梁桥施工技术研究[J].高速铁路技术.2014(02)
[2]陈强,葛凯,黄鸿建,马宏亮.大跨度钢桁拱桥架设方案优化[J].钢结构.2014(05)
论文作者:李广赐
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/3
标签：桥面论文; 起重机论文; 拖拉论文; 悬臂论文; 千斤顶论文; 结构论文; 线形论文; 《防护工程》2017年第36期论文;