独塔斜拉桥钢梁架设施工技术分析

何佳明 （中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

近年来，随着我国经济的迅猛发展，城市道路建设也逐渐完善。为了缓解交通压力，大量城市道路进行改扩建。城市道路跨越河流、公路等通常采用桥梁结构，而钢箱梁桥具有抗拉强度高、结构自重小、跨越能力强、结构美观等特点，成为了首选桥型。钢箱梁桥常用的架设方法有：支架法、顶推法、滑移法、悬拼法、浮运法等，悬拼法作为钢箱梁桥建造的主要方法之一，不受桥址水文条件、通航、墩高等限制，特别适合于跨越大江大河的钢箱梁桥架设施工。我国已建成的钢箱梁桥，如济南齐河公路大桥、宁波北环甬江特大桥、武汉青山长江大桥等均采用了悬拼法施工。独塔非对称斜拉桥由于地理条件、工期要求等，钢箱梁架设可能会综合两种或多种架设方法，例如边跨支架法+中跨悬臂拼装法、边跨支架法+中跨顶推滑移法等。本文针对独塔非对称斜拉桥（半漂浮体系）施工特点，结合工程所在的内河施工环境因素，介绍钢箱梁架设采用支架法+悬拼法的综合施工工艺以及内河钢箱梁浮运的关键技术。

1 工程概况

阜裕大桥拆除新建工程位于阜阳市城区东南部，靠近颍河和泉河交汇的三角洲公园和阜阳船闸。工程北起阜口路，跨越和谐路、规划颖滨路、北岸大堤、颍河、南岸大堤、河滨路至莲花路北侧，与河滨路形成全互通立交，道路呈南北走向，建设长度1.735km，其中桥梁长度1.127km。跨越颍河为阜裕大桥，也叫涡阳路颍河大桥，为城市主干路，主线车道设置双向6车道，辅道设置为双向4车道，桥面宽度为60m，主桥采用钢箱梁结构，总重约10000t。阜裕大桥桥跨布置为（35＋90＋166）m三跨独塔斜拉桥，全长291m，半漂浮体系。主跨166m跨越主河道（III级航道）；桥塔采用水滴型索塔，总高度95.6m，上塔柱斜拉索锚固区采用钢混凝土结合的锚箱结构，中下塔柱为钢筋混凝土结构；斜拉索采用高强度平行钢丝拉索，在梁端进行张拉；下部采用承台及群桩基础。阜裕大桥主桥平面起点至WSK1+349.385位于0.5%的直线段上，其余均位于缓和曲线上。桥面横坡为双向2.0%，纵断面位于R=4100m的竖曲线上。主桥梁体采用半封闭超宽双边钢箱截面，中心线处高度3.5m（标准节段顶底板外缘间高度）。标准断面宽度60m。边箱宽度12.65m；悬臂长度 8.95m；两箱室间净距16.6m。辅助墩设置混凝土压重，总重约4160t。钢箱梁纵向按照设计图纸共分为32节段；塔区梁段编号为T0，索塔以北梁段编号为N1～N11，索塔以南梁段编号分别为S1～S20。

图1 斜拉桥总体布置（单位：m）

2 总体施工方案

本工程钢桥梁桥位安装采用“支架法”+“悬臂拼装法”组合施工。钢梁在制造厂分段分块加工制作，通过汽车运输到施工现场，边跨S3～N11梁段采用260t履带吊，利用支架法进行安装；主跨S4～S19梁段在现场拼装码头拼装成整节段吊装单元，通过组合式浮箱浮运至钢箱梁起吊位置，采用2台160t架梁吊机整体悬臂拼装并进行斜拉索张拉施工。S20节段钢梁采用200t汽车吊站位于南岸混凝土梁面进行吊装，完成主桥全部钢梁架设。

图2 钢梁架设施工总体布置

3 钢梁架设施工关键技术

3.1 边跨支架法架设施工技术

①钢箱梁边跨承重支架设计

9#、12#支架采用φ630×12mm钢管桩基础，剩余支架采用混凝土独立基础或预埋于桥墩承台中，独立基础下方换填水泥土，深度为1.4m，承载力不小于 160kPa。1#～8#支架采用 φ1000×20mm或 φ1000×30mm钢管立柱，10#、11#支架采用φ426×10mm钢管立柱，9#、12#支架采用φ630×12mm钢管为立柱，纵横向连接系均采用φ219×6mm钢管。钢梁与立柱之间布置抄垫块，用以调整钢梁标高。

图3 边跨承重支架顺桥向布置图（单位：mm）

②钢箱梁吊装

根据工程的总体进度要求，边跨钢箱梁安装时设置边跨合龙段，合龙段编号为N2梁段。钢箱梁吊装采用1台260t履带吊站位于钢箱梁中间横梁区域，采用退步法依次安装N11-N1梁段后，再依次进行主塔区域的T0→S1→S2→S3→N1梁段的安装，最终在N2梁段进行边跨合龙。钢箱梁横向宽度为60m，采用履带吊吊装作业时，先进行两侧的边钢箱梁施工，再进行中间的正交异性桥面板安装，最终进行两侧的悬挑单元安装。

3.2 钢箱梁组拼滑移浮运施工技术

①钢箱梁组拼滑移支架

组拼滑移支架上设置拼装区、存梁区及待浮运区，可实现分段分块钢箱梁在支架上采用“1+1”循环组拼模式进行梁段总拼、试拼一体化施工。平台采用φ630×12mm钢管桩基础，滑道梁下方钢管桩入土深度23m，钢梁组拼区下方入土深度为18m。桩顶设双拼HW600×300型钢做分配梁，分配梁顶部安装四拼HN700×300型钢滑道梁，单侧滑道梁长度为36m，分担梁与立柱、滑道均采用焊接连接；钢管桩之间的纵横向连接系杆件采用φ273×6mm钢管。

②钢箱梁浮运

将 10只长17.5m，宽3m，高1.8m的浮箱组拼成整体，组合后浮箱尺寸为35×15×1.8m，组合浮箱有效承运载能力500t。在浮箱上布置加强型贝雷梁并布置抄垫措施，梁段浮运时共有8处可调节高度的抄垫支点。为加强组合浮箱整体性，沿浮箱长度方向设置4排2HN700×300型钢与浮箱焊接固定。

主跨S4～S19节段钢箱梁采用悬臂拼装法。采用1台150t履带吊在钢梁组拼滑移平台上采用“1+1”匹配模式将钢箱梁分块单元组拼成整节段，将整节段钢箱梁滑移。S4～S19节段滑移至平台最前端待浮运位置，通过浮箱浮托起顶钢箱梁、运输至待架梁段正下方，通过钢绞线锚固，调整浮运梁段的位置。桥面吊机下放吊具，连接吊具与钢箱梁的吊耳，起吊钢箱梁整体就位。

3.3 钢箱梁整节段悬臂拼装工艺

根据施工部署，本工程主跨S4～S19共有16个节段需整节段悬臂拼装，S20无索段作为最终的合龙段，采用一台汽车吊站位于已施工完成的边跨现浇梁上吊装散拼。施工机械主要为2台160t架梁吊机和200t汽车吊。2台160t架梁吊机的前支点、后锚点均位于已安装梁段的纵腹板与横隔板交叉点正上方，其站位如图4所示。

图4 边跨承重支架横桥向布置图（单位：mm）

运梁浮箱初步定位后，将桥面架梁吊机吊具落至待吊钢箱梁的正上方，距钢箱梁顶50cm左右，在浮箱上收放锚缆进行二次精确定位，对正后，将吊机吊具与梁段吊耳销接，启动吊机使吊具受力。检查钢丝绳是否垂直，若不垂直，则应再行调整浮箱位置，直到吊装钢丝绳垂直为止，另外还应检测两侧对称吊装梁段是否连接好，确认无问题后方可起钩。

为了使钢箱梁段能精确安装到设计位置，桥面吊机起勾应平稳，分级稳步加载使梁段均衡，起吊至接近桥面时，应缓慢减速直至起吊箱梁比桥面略低，微调桥面吊机，使箱梁边、纵对齐。梁段的安装定位应在环境温度变化较小的时候进行，根据监控单位发出的指令值，测定并控制钢箱梁的安装高程。使钢箱梁节段端部与已架钢箱梁节点前端准确对位。对位完成后，进行钢箱梁匹配连接，在钢箱梁节段吊装就位并临时连接后，检测桥梁线形、桥梁中心线、长度及接口匹配情况。

在桥面架梁吊机、钢梁自重、拉索作用下，已安装悬臂梁段与起吊梁段产生相反方向的变形，其变形情况如图4所示。钢箱梁起吊到位后，先将钢梁边箱腹板位置对齐，并安装腹板临时连接件，然后从腹板位置向箱梁中心位置利用焊接码板及安装嵌补段使吊装梁段部分重量传递给已安装梁段，使吊钩荷载降低，桥面吊机前支点反力随着减小，已安装梁段与待安装梁段高差随之减小，随后重复进行焊接码板与嵌补段安装、吊钩卸载过程，使梁段变形减小至合理范围，开始进行全截面焊接。调整之后变形情况如图5所示。

图5 组拼滑移支架立面图（单位：mm）

完成钢箱梁环形对接口焊接及U肋、板肋嵌补段焊接并检测合格后，进行斜拉索的第一次张拉，完成张拉后架桥机松钩、卸除后端锚固进行架桥机移位、锚固，根据监控指令继续吊装下一梁段，直至全桥悬臂拼装施工完成。

3.4 钢梁合龙施工技术

①合龙工况

首先利用1台260t履带吊站位于地面采用支架法由北向南依次N11～N3节段钢梁，再利用1台260t履带吊站位于地面采用支架法由南向北依次S3～N1节段钢梁，然后进入边跨合龙工况，N2节段作为合龙段，利用260t履带吊采用支架法进行架设，合龙工况如图6所示。

图6 组拼滑移支架浮运区横立面图（单位：mm）

图7 钢梁浮运示意图（单位：mm）

图8 钢梁悬拼法架设示意图（单位：mm）

图9 调整后梁段变形

图10 边跨合龙工况图

本桥合龙应选在气温变化较稳定的阴天。并考虑近期气象条件情况，合龙口锁定后，尽快采用匹配件及码板进行定位固定，待合龙段钢箱梁对接箱口焊接完成并检验合格后立即解除边跨主墩的支座约束，固定端位于主塔处，完成体系转换。

②偏差控制

竖向偏差：在承重支架柱顶设置竖向千斤顶，根据实测合龙口竖向偏差值，利用柱顶千斤顶对已安装梁段高程进行调整来消除合龙口竖向偏差。

轴线偏差：在合龙口两侧的已安装梁段顶面设置交叉对拉葫芦，利用对拉葫芦将轴线偏差消除。

纵向偏差：合龙段S20在厂内加工时，将小里程侧（向塔侧）长度增加20mm，合龙时根据实测数据对S20梁段配切并在温度稳定期间安装以调整纵向偏差。

4 结语

通过对阜裕大桥结构形式、地理气候条件、现场条件的综合分析，提出独塔斜拉桥采用钢梁浮运法+整节段悬臂拼装施工方案。该桥于2020年9月3日开始钢桁梁架设，计划2021年11月15日实现全桥合龙。施工中从大型临时支架布置、钢梁拼装浮运、大节段悬拼限位、跨中合龙等方面出发，充分考虑独塔斜拉桥的施工特点，理论分析结合施工监测，解决了超宽幅钢箱梁斜拉桥单向悬拼架设施工难题。钢梁浮运法+整节段悬臂拼装综合施工技术在独塔斜拉桥的成功应用，减少了大量高空作业时间，降低了安全风险，有效节约了施工工期，达到了为项目创效增益的效果，对类似桥梁工程有重要的参考价值。