济南黄河特大桥主桥刚性梁架设工艺

■ 陈一钊

京沪高速铁路济南黄河特大桥是京沪高速铁路工程北京—徐州段济南枢纽的主要环节和国家重点工程。主桥为（112+3×168+112）m下承式、等高度、连续、刚性梁柔性拱桥，为四线铁路，ZK活载，下弦铁路桥面采用参与主桁共同受力的正交异形板整体桥面，刚性主梁采用带竖杆的等高度三角形桁架，桁高16.0 m、宽30.0 m，节间14.0 m，柔性拱肋按圆曲线布置，矢高30.0 m，矢跨140.0 m，矢跨比1/4.67，钢桁梁结构主要由主桁、铁路桥面系、平纵联、横联及桥门架、支座等组成。

1 钢梁架设准备

1.1 预拼场设计

钢梁预拼场必须平整，道路畅通，具有良好的排水系统。存放场和预拼场需设置临时存放台座，且要求牢固可靠，避免因不均匀下沉导致杆件扭曲和倒塌，场内应硬化；还应按规定设置高强度螺栓临时库房、油漆及工具库、实验室等。

预拼场杆件存放台座断面尺寸为400 mm×400 mm，预拼场内需要进行横联预拼。横联预拼台座高度根据上平联节点板N7（a～m）的宽度确定，约为70 cm，为了保证预拼时横联各杆件轴线在同一平面位置，横联杆件HL40支撑台座平面标高比上平联支撑台座高7 cm，台座位置要不影响各节点处高强度螺栓施工。

1.2 龙门跨度、高度确定

龙门的设计荷载根据最大杆件质量确定为80 t。根据方案评审确定运梁走道布置在钢梁上弦主桁杆件上。因此，4#、5#墩跨线龙门高度的确定要考虑主桁上弦标高、运梁车顶面至上弦顶的高度、杆件高度及杆件提升所需的最低高度，确定跨线龙门高度为50 m。

1.3 4#、5#墩临时支墩设计施工

4#、5#墩采用φ1 500 mm单桩单柱临时支墩，根据墩柱受力进行桩长及配筋计算。施工时，墩顶标高比钢梁底设计标高低20 mm，然后用钢板进行抄垫，比设计标高高3 mm，用于抵消其发生的沉降。E1—E7设计梁底标高根据预拱度计算：E1=+50.233 m、E2=+50.270 m、E3=+50.287 m、E4=+50.305 m、E5=+50.282 m、E6=+50.259 m、E7=+50.228 m。根据地质勘察资料及通过对钢梁支架架设时4#、5#墩临时墩的最大荷载情况，进行桩基及墩柱设计。设计桩长为36 m，为方便施工，采用与正式桩基相同的反循环钻孔灌注桩施工。桩基和墩柱采用相同配筋率。

1.4 跨中临时墩设计

跨中临时墩设计除要考虑受力外，还要考虑起顶设备的摆放布置。计算可知：跨中临时墩设计为空心墩，基础采用4根φ2.5 m钻孔灌注桩基础，承台尺寸为10 m×10 m×3 m，平面尺寸8 m×3 m。

2 预拼场预拼

为了不影响高强度螺栓的扭矩系数，保证施工质量，杆件预拼时不允许使用高强度螺栓作为预拼螺栓，均采用普通螺栓进行预拼。所有杆件预拼前栓接面及拼接板必须洁净、干燥、无油污。

2.1 上、下弦杆件预拼

上、下弦杆件预拼时只栓带与其连接的拼接板和填板。拼接板栓带在后安装的杆件上，腹板、底板内外侧均按设计位置栓带，杆件顶板内拼接板栓带在设计位置，外拼接板退后栓带。栓带均采用1～2个普通螺栓将其带上。上弦杆件起吊前需将施工脚手架预先安装。

2.2 斜杆预拼

工形斜杆无拼接板。箱形斜杆预拼时，将所有拼接板及填板按设计位置栓带，栓带均采用1～2个普通螺栓。X1杆件箱内拼接板小而多，不能提前预拼，只将其放在斜杆上口箱内，安装时直接安装。

2.3 横梁预拼

横梁预拼时，将与桥面板、横联连接的拼接板全部栓带；与桥面板连接的腹板、底板上拼接板退后栓带，底板下拼接板按设计位置栓带；与横联连接的拼接板按设计位置栓带。

2.4 横向联结系及斜桥门架预拼

横向联结系及斜桥门架采用现场预拼整体吊装法安装。横向联结系及斜桥门架预拼杆件分别包括整体6.5 m和6.4 m高桁架所有杆件，除与竖杆分别连接杆件HL41和HL23预拼时只将其栓带上外，其余杆件预拼后进行线性测量符合要求，高强度螺栓全部终拧完毕后整体吊装上桥。

竖杆与上、下弦连接无拼接板，运输至工地时已将其与横联拼接板栓合，现场不需预拼。

3 钢梁杆件安装工艺

3.1 上、下弦杆安装

（1）上、下弦杆采用4根千斤绳4个头用吊耳起吊，吊耳安装在弦杆顶面接头拼接板螺栓孔上；栓捆时注意杆件上标识的质量和重心位置；栓捆后试起吊，调整杆件前后左右水平度；经检查确认无问题后正式起吊。

（2）拼装脚手架起吊前应挂在弦杆上，拼装接头前后各一片并应安放脚手板，接头对准后移向接头位置用于拼装；脚手架在拱桁杆陡坡上安装时要在弦杆顶面固定，阻挡脚手架下滑。

（3）上、下弦杆一般采用水平插入法安装，当吊装后端接头拼接板接近先装弦杆端头时，用小撬棍拨正对接端头，使其插入拼接板，然后将导链滑车前端插入上拼接板预留螺栓孔，导链滑车施力对拉，吊机随之起落，弦杆插入安装快到位时，先打入对位尖冲钉，然后在栓孔群四周打入4个定位冲钉，随即安装4～6个高强度螺栓，确认板缝间无任何杂物时拧紧螺栓，同时安装其余栓孔的各25%冲钉和螺栓吊机松钩。拼装螺栓和冲钉数量根据拼装图配备，装入螺栓桶包随杆件一起发送起吊。

（4）上弦杆的A9、A19、A21、A21＇、A19＇、A9＇等节点弦杆安装时，因该节点斜杆为“口”形，四向内外都有拼接板，弦杆正常情况无法水平插入，如果按正常先架设竖杆，上弦斜杆箱形对接口会被提前安装的竖杆挡住。因此该类上弦大节点安装时，待上弦安装完成后再安装竖杆。

3.2 斜腹杆安装

（1）斜腹杆使用单点捆绑起吊。

（2）斜腹杆捆绑处用卡环卡双股φ22 mm千斤绳作为防溜绳，下端用环钩钩住斜杆腹板，防止起吊千斤绳向上滑移。斜腹杆起吊前应在上端挂钢筋梯，方便施工人员拆卸卡环。

（3）斜腹杆起吊保持40°～50°倾角。杆件起吊就位后，对孔时在栓孔基本重合瞬间（相错在10 mm以内）将小撬棍插入孔内拨正，然后微微起落吊钩，使杆件转动对合其他孔眼，首先打入对点冲钉，接着打入定位冲钉和一般冲钉。按工艺安装施拧高强度螺栓。

3.3 竖杆安装

（1）竖杆在上端安装吊耳，使用φ32.5 mm千斤绳双头起吊安装。

（2）竖杆起吊前应在上端挂钢筋梯，以便施工人员拆卸千斤绳和吊耳。

3.4 横梁安装

（1）下弦横梁每个节点1根，在顶面安装吊耳，采用2点4根千斤绳平吊安装就位。

（2）杆件起吊安装对位必须四角调平，安装对点后迅速打入对点冲钉，补充剩余冲钉完全定位后，松钩前将高强度螺栓初拧。如果两主桁间距稍小横梁无法放入，可用32 t螺旋千斤顶借助横梁将其顶开，使横梁顺利放入。

3.5 桥面板安装

（1）桥面板使用φ38.5 mm千斤绳挂在桥面板安装吊耳上起吊。

（2）桥面板采用分块吊装，每节间3块，采用由上向下放落的方法进行安装。

（3）放落至位置后先对点纵梁，打入对位冲钉和一般冲钉，再把栓带的拼接板对位，安装螺栓。桥面板安装先纵梁后纵肋。

（4）桥面板安装时，边跨每处高强度螺栓施拧位置均有通道兼做施工平台，悬臂拼装时采用永久下弦检查车及增加一吊机下挂平台作施工平台。

3.6 吊杆K撑安装

吊杆K撑各杆件采用小钩散拼安装就位。

3.7 横联安装

（1）横联采用整体垂直吊装，首先将上平联横撑对位上弦杆节点连接板，用橇棍拨正打上尖冲钉，左右同时进行。

（2）横联两端与竖杆安装松钩后，用70 t架梁吊机提吊横梁中心点，将吊杆上端对位施打冲钉，安装完成。

3.8 桥门架安装

斜桥门架采用预拼整体安装，安装时使斜桥门架约成40°角，先使其与上平联横撑杆件螺栓孔对正后，用小撬棍拨正，穿入普通螺栓慢慢松钩，使斜桥门架角度与斜杆齐平，然后穿入M24高强度螺栓，用电动扳手施拧将斜桥门架拉至设计位置。

4 钢梁安装

4.1 支架上钢梁安装

（1）5#墩支座安装。提前对5#墩支座垫石的平整度、标高、锚栓孔预埋位置进行复核，保证支座锚栓顺利放入锚栓孔。安装支座时，先将支座底座横、纵中线用红油漆进行标记，将支座垫石的十字中心线用墨线弹出。使支座底座横、纵向中线与支座垫石十字中线重合。支座摆放好后需临时固定支座上摆和滑动面，使其不能转动和滑动。

（2）首节钢梁安装。由于钢梁首节下弦杆件E0节点中心长度只有2.78 m，需与E1在预拼场预拼后方能进行安装。E0—E1连接节点需要高强度螺栓进行终拧。E0—E1在预拼场的连接线性对后续杆件安装影响很大，必须确保拼装线性准确。为了方便快速安全拼装E0—E1，在预拼场提前设置4个支撑台座，使得E0—E1对接后线性符合要求。E0—E1拼接好后即可上桥架设。架设前，提前将支座横向中心点及E1下垫块、主桁中心点用红线标出。起吊安装时，使得杆件中点与垫块及支座上的标识线完全重合后松钩。 E0—E1杆件安放完毕后，即进行安装E0处横梁，按顺序安装余下杆件。

E0—E1节间杆件安装顺序：E0E1组合下弦杆→E0端横梁→E1横梁→E0E1桥面板→E0A1端斜杆→E1A1竖杆S1→A1上弦杆→A1横联吊杆K撑→A1横联→E0A1桥门架。

支墩上E2（A2）—E8（A8）节间安装顺序：下弦杆→横梁→桥面板→斜杆→竖杆→上弦杆→吊杆K撑→横联→上平联。

杆件按照钢梁杆件安装工艺进行安装。单个节间杆件安装完毕即可按高强度螺栓施拧工艺进行高强度螺栓施拧。

4.2 悬臂钢梁架设

4#至5#钢梁杆件安装完毕，在第7节间拼装架梁吊机。架梁吊机通过验收合格可使用后，即可进行钢梁悬臂拼装。悬臂钢梁杆件安装顺序：下弦杆→斜杆→竖杆→上弦杆→横梁→桥面板→吊杆K撑→横联→桥门架（仅墩顶斜杆处）→上平联。

保证主桁杆件顺利闭合是悬臂拼装的难点。悬臂拼装过程分上弦大节点和上弦小节点节间2种不同拼装方法。拼装上弦大节点节间时，将下弦、竖杆、斜杆安装完后即安装上弦进行主桁框架闭合。闭合时先闭合斜杆与上弦的三角稳定结构。由于斜杆会产生一定挠度，尤其是箱形杆件重，挠度更大，单靠架梁吊机斜杆无法提起，增加主桁闭合难度。而且架梁吊机松钩后上弦又会产生挠度，需在上弦大节点处设置牛腿，采用32 t螺旋千斤顶配合架梁吊机上提斜杆和上弦使其闭合。支座处最大斜杆X1由于杆件上下口四周均有高强度螺栓预留孔，此时可通过螺栓孔施拧高强度螺栓，通过螺栓拉力将斜杆拉正，使主桁闭合。斜杆与上弦主桁闭合后，用架梁吊机提升下弦可闭合竖杆。

拼装上弦小节点时，安装完下弦后，即安装斜杆进行三角闭合。安装斜杆时先安装好上口，松钩用吊机提升下弦，斜杆与下弦眼孔基本对正后施打冲钉将其完全对正。其余安装杆件均按照钢梁杆件安装工艺进行安装。主桁框架闭合横梁、桥面板安装完毕后进行高强度螺栓施拧。

5 钢梁调整

钢梁悬臂拼装至临时墩及正式墩时，对钢梁最前端进行平面位置测量，根据纵向及横向偏位情况进行调整。调整结构从下往上布置为临时垫石、滑道梁、不锈钢板、MGE板、上垫梁、油顶、钢梁起顶支撑处，滑动面为不锈钢板与MGE板接触面。不锈钢板与MGE板间抹高压硅脂降低摩擦系数，其余结构接触面垫石棉布增加摩擦系数。温度变化及悬臂拼装时，钢梁纵向偏移很大。3#墩为固定支座，钢梁架设至3#墩支座纵向调整到位后，将3#墩支座上摆与钢梁螺栓孔穿上螺栓固定，然后将3#墩固定支座临时固定；借助反力墩浇筑混凝土，临时固定3#墩支座，以后可不进行纵向调整，减少后续施工难度；全桥主梁架设完毕调整横向到位，拱圈架设完成后只要进行竖向标高调整进行拱合龙；最后支座灌浆完成全桥钢梁架设工作。

黄河特大桥主桥刚性主梁在2009年10月底提前2个月完成架设任务，其钢梁架设施工方法是相当成功的，也为后续拱的架设争取了时间。