大跨度三塔结合梁斜拉桥边跨强制合龙施工技术

黄海欧，孙晓伟，陈超华

（中交二航局第五工程有限公司，湖北 武汉 430012）

斜拉桥合龙施工方法主要有两种：自然状态合龙法和强制合龙法。自然状态合龙法即根据对合龙口观测，分析计算确定合龙段长度后现场切割，在低于设计合龙温度情况下吊装主梁，在温度上升过程中实现主梁合龙；强制合龙法以设计成桥状态主梁长度为依据，通过顶撑系统将合龙口增大，吊装主梁后再缩小合龙口，实现主梁合龙，施工不受环境温度限制、施工速度快。武汉二七长江大桥主桥为三塔结合梁斜拉桥，边跨合龙施工成功采用了顶推强制合龙法，实施效果良好。

1 工程概况

武汉二七长江大桥是武汉市二环线控制工程之一，主桥采用三塔斜拉桥，主跨616m，是世界最大跨径的三塔斜拉桥；主跨上部结构采用工字钢组合梁与混凝土预制板相结合的主梁结构，是世界最大跨度的结合梁桥。主桥辅助墩至过渡墩间边跨为90m预应力混凝土主梁，在辅助墩处JH梁段一端通过剪力钉与混凝土主梁浇筑结合，另一端通过高强螺栓与钢混结合梁相连。

根据桥型布置，全桥共有两个边跨合龙段和两个中跨合龙段。两个边跨合龙段分别位于2号、6号墩附近。如图1～图3。

工程特点为：1）三塔斜拉桥中塔悬臂大，整体刚度小，受环境因素影响大。2）主跨上构采用工字型钢混结合梁，主梁刚度小，对索力、温度、临时荷载等各种施工因素反应敏感。3）上构结构复杂，施工程序复杂。主跨上构采用工字型钢混结合梁，边跨为预应力混凝土配重梁，钢混结合段结构受力复杂。

图1 武汉二七长江大桥主桥桥型布置图（单位：m）

图2 边跨合龙段布置图

图3 工字钢组合梁图

2 体系转换方法

三塔斜拉桥因中间塔顶没有端锚索来有效地限制变位，整体结构刚度减小、柔性增大，其变形较大。故三塔斜拉桥上部结构施工体系转换较复杂，为使整体结构体系受力明确，保证主梁施工质量，将系统受力体系转换分为三个阶段：

1）三塔分别以双悬臂方式进行主梁安装施工，塔梁纵向临时固结。

2）边跨合龙时，将塔梁纵向临时固结解除，并转移到辅助墩墩顶，进行主梁纵向临时固结，以减小边跨160m钢梁温度应力对结构体系的影响。

3）主跨合龙时，先合龙一侧主跨，解除对应边跨辅助墩临时固结；再合龙另一侧主跨，解除辅助墩临时固结；中塔始终为纵向固结状态。

3 顶推合龙方法选择

边跨合龙口调整可通过顶推双悬臂结构实现，也可通过顶推边跨混凝土梁段实现。为保证合龙梁段能顺利吊入合龙口，将双悬臂钢梁向江侧整体偏移200mm以上，或将边跨混凝土梁段整体向岸侧偏移200mm以上。就两种顶推方法进行分析比较如下：

1）顶推双悬臂结构

在塔柱处设置顶推设备，通过顶推双悬臂主梁移动，实现对合龙口的调节。

这种方案可不移动边跨混凝土PC梁段，顶推对边跨永久结构及临时支架结构受力没有影响。但顶推双悬臂需将塔梁临时固结的纵向约束解除，这样对双悬臂结构主梁线形影响较大；边跨JH梁段安装时存在一定误差，采取双悬臂顶推工艺，将不利于误差调整和梁段匹配，会影响主跨主纵梁累计误差。

2）顶推边跨混凝土PC梁段

在边跨辅助墩墩顶布置顶推设备，通过顶推边跨PC梁移动，实现对合龙口的调节。

这种方案不解除塔梁临时固结，在顶推时边跨JH梁安装误差可以调整，有利于梁段匹配连接，且不会累计到主跨钢梁拼装误差。缺点是顶推边跨混凝土PC梁段会对边跨永久性结构（PC梁、1号、2号墩柱）和临时支架结构产生不利影响；顶推力很大，安全风险大；受边跨钢梁温度变形影响，混凝土PC梁段将往返移动，易损坏。

3）方法选择

综合两种顶推方法对永久结构和临时结构影响，并从施工安全角度考虑，顶推双悬臂主梁工艺较合理。但需要解决顶推布置、顶推临时结构受力和同步性控制问题。

4 合龙口调整方法

1）合龙口线形调整方法选定如下三种，现进行综合比较：

①调整前端3对斜拉索索力；

②在JH梁段底设托架，调整合龙口高程及转角；

③调整前端1对斜拉索索力及配临时荷载。见表1。

表1 合龙口匹配调整方案比较

综合分析各种因素，确定采用方案三，根据监控数据对索力进行调整，合龙前，密切观测合龙口，通过现场临时荷载微调，使合龙口两端位移及转角达到相同状态。

2）通过结构计算软件进行建模计算，对索力调整、温度变化、临时堆载等各种因素对主梁影响的敏感度进行分析，分析结果见表2及图4。

表2 主梁线形敏感度分析表

图4 主梁线形敏感度计算汇总

5 边跨合龙施工关键技术

5.1 施工准备

1）合龙段尺寸确定

施工至合龙前5个节段时，根据现场实际监测数据及各钢梁实际加工尺寸误差，对合龙段理论长度进行修正，确定加工尺寸并进行制造。

2）钢混结合段及边跨混凝土主梁施工完毕，按监控要求完成预应力张拉。

3）连接板配钻螺栓孔

在合龙口两侧主梁上布设测量点（根据监控要求确定位置），选择风力较小的天气，每间隔两小时测量一次合龙口间距及相邻主梁的高程，同时测量大气温度、主梁内表温度，根据监控要求，连续观测1～2昼夜。根据实测数据，进行合龙段ZL1与JH梁段接头连接板螺栓孔开孔。

4）调位千斤顶布置

边跨合龙前，解除主塔处设置的纵向限位杆件，安装合龙调位千斤顶。根据建模计算，双悬臂主梁向一侧顶推20 cm所需顶推力1 235 kN，即上下游顶推力均为617.5 kN。在支座垫石及主梁ZL12的反力耳座间布置250 t千斤顶，共4台，千斤顶布置见图5。

5.2 合龙段起吊连接

启动顶撑系统，放松江侧千斤顶，顶撑岸侧千斤顶，将主桥双悬臂结构向江侧移动20 cm。在顶撑过程中，上下游两侧千斤顶统一指挥，以3 cm为一行程进行，保证上下游千斤顶同步。桥面吊机吊装合龙段ZL1两根主梁，与S10号索梁段ZL2间高强螺栓连接。

5.3 顶推合龙

回顶千斤顶，使合龙口钢主梁最小距离控制在4 cm（考虑10℃温差，160m钢梁伸长量约2 cm），锁住千斤顶，安装垫块，将主梁纵向临时约束，进行合龙口线形微调。

1）高程及转角调节：调整S10斜拉索索力，并在ZL2梁端设置临时水箱，使合龙段主梁ZL1端头缓慢下落，与JH梁段相匹配。

2）主梁轴线调节：在合龙口布置手拉葫芦，一端连接ZL1梁段主梁端头，另一端连接JH梁段，通过手拉葫芦收、放进行主梁轴线调整（见图5）。连续观测合龙口上下游、梁顶梁底间距、轴线偏差等，计算合龙口转角偏差，进一步反复调整，直至合龙口两侧主梁高程、转角及轴线吻合后，将拼接板安装在JH梁段。

图5 主塔处调位千斤顶布置图

3）纵向里程调节：主梁纵向里程调节通过顶推装置完成。选择环境温度恒定时（凌晨），解除纵向临时约束，将钢梁上下游千斤顶同时向岸侧顶推，控制合龙口最小宽度为2 cm，仔细观察连接板螺栓孔与主梁螺栓孔匹配情况，当螺栓孔孔眼重合时，停止调位千斤顶，快速用冲钉将孔位固定，采取先施打底板冲钉、后腹板工艺，当ZL1梁段与JH梁段间连接板50%冲钉就位后，安装50%高强螺栓并初拧。抽换冲钉并终拧高强螺栓，实现主梁合龙，即主桥边跨合龙，同时解除塔梁临时固结。

6 顶推合龙实施效果

武汉二七长江大桥北边跨合龙施工于7月15日22∶30正式开始，于7月17日4∶30完成主梁合龙，用时30 h。施工时环境温度23～30℃，大于设计合龙温度16.8℃，实际顶推距离250mm，满足了钢主梁吊装空间要求。

在合龙口顶推时，上游千斤顶顶撑力最大达820 kN，下游千斤顶顶撑力最大达700 kN，顶撑力大于建模计算617.5 kN，其原因是由塔区梁段ZL12支座的摩擦力以及增大的顶推位移造成的。在合龙口缩小过程中，上、下游千斤顶顶撑力最大分别达到910 kN、880 kN，顶撑力较合龙口增大时变大，主要是由塔区梁段ZL12支座的摩擦力、合龙段主梁ZL1重量共同作用造成的。

合龙前，实测合龙口尺寸偏差，ZL1梁段上游侧顶板偏高266mm，顶口较底口间距宽5mm，轴线偏下游34 mm；ZL1梁段下游侧偏高24.5 cm，顶口较底口宽5mm，轴线偏下游31mm。通过调索、压载以及上下游间拉索调整后，ZL1梁段上下游高程均小于1mm，顶底板处接缝宽差约1mm，轴线偏差小于2mm，ZL1梁段与JH梁段匹配良好，顺利的完成了高强螺栓的安装施工。

7 结语

武汉二七长江大桥边跨合龙施工顺利，确保了大桥按时通车，主梁线形及应力状况完全符合设计要求，顶推强制合龙施工方法得到了顺利实施。

通过前端索力调整、配重调节、拉索设置等措施，使主梁线形匹配效果良好；采用顶推系统调节合龙口尺寸，在非“设计合龙温度”条件下实现主动合龙。与温度自然合龙法相比，更符合桥梁设计理念，施工不受环境条件约束，速度快，在结合梁、钢梁斜拉桥建设领域具有较高的推广价值。

[1] 陈鸣.苏通大桥主桥中跨顶推辅助合龙技术[J].中国工程科学，2009（3）：75-80.

[2] 刘俊胜.大跨径结合梁斜拉桥的主跨合龙技术[J].公路交通技术，2010（4）：67-70.

[3] 刘世同.五河口斜拉桥合龙施工与控制技术[J].现代交通技术，2006（3）：42-45.