九江长江大桥正交异性钢桥面板架设关键技术

宋冬冬

(中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司， 湖北 武汉 430205)

1 工程概况

九江长江大桥于1973年动工修建，1993年公路桥通车，1995年正式开通运营。大桥由正桥和南北两岸公路、铁路引桥组成，铁路桥全长7 676.09 m，公路桥全长4 460.122 m。其中正桥为上下层布置式公铁两用桥，两侧引桥各有三跨为公铁合用，其余桥跨引桥为公、铁分离的桥梁。

大桥经过20余年的运营，随着交通压力增大等方面原因，桥梁已出现严重病害，期间也经过了历次检修。其中，2013年中国铁道科学研究院检测认定公路正桥出现了桥面板普遍开裂、疲劳破损、公路横梁腹板竖向加劲肋末端开裂较多、公路正桥钢结构的锈蚀和油漆涂装的老化程度相对较为严重，公路正桥桥面伸缩缝普遍漏水等病害。故对其进行加固改造，其中主要内容为采用正交异性板更换原混凝土桥面板。更换后的正交异性板整体桥面结构，由纵肋(梁)、横梁及其加劲的钢桥面板组成，其中纵梁布置及纵梁间距与原设计一致，如图1所示。

图1 正交异性板构造图(单位：cm)

2 架设方案

基于九江长江大桥维修加固工程总体交通组织情况，施工期间预留不少于5 m宽的社会通道，正桥正交异性板安装采用半幅施工，按照先下游、后上游的原则，自南北提升站位置分别向两侧进行，合龙段拟定在6#墩变宽段6E14正交异性板位置。正交异性板安装总体施工方案如图2所示。

2.1 隔离防护

为防止原桥面拆除过程中混凝土碎块及杂物掉落影响铁路运行安全及航道通行安全、环境污染等，同时为拆除工作及新桥面板架设作业提供施工平台，在公路桥桥面下方搭设隔离防护棚架(图3)。防护棚架由托架、纵向分配梁、面板、安全网、安全护栏及踢脚组成。托架采用2[20b槽钢截面，利用高强螺栓抱箍固定在主桁竖杆上。纵向分配梁焊接H形截面(HN300×150)，分配梁纵向支撑在两侧托架横梁上。面板分层铺设，自下而上分别为木板、防水薄膜、花纹钢板。

2.2 起始节间架设

南北岸起始4节间正交异性板架设均由提升站完成。且南北岸起始4节间分别为3E11～3E14、11E5～11E8节间、首块正交异性板分别为3E14、11E8节间(图4、5)。

图2 总体施工方案

图3 隔离防护棚架

图4 北岸提升站起始节间布置(单位：mm)

图5 南岸提升站起始节间布置(单位：mm)

(1) 首块正交异性板架设

首块正交异性板为单点支撑，架设前首先安装临时支撑，利用托架和主桁横联结构搭设临时支撑结构，其中吊挂件采用U形螺杆，临时纵横梁均采用工字钢，顶面布置临时垫块支承正交异性板，如图6所示。

(2) 其余3块正交异性板架设

第2块正交异性板架设完成后进行纵梁及嵌补段拼接，拼接完成后，将首块正交异性板临时支撑拆除，依次安装第3、4块正交异性板。

2.3 平弦段后续节间架设

平弦段后续节间正交异性板以提升站为中心分别向两端同时架设，其中南岸向9#、11#墩方向同时进行，且10E5～11E4节间(14块)采用3#架板机安装，11E9～11E14节间(6块)采用4#架板机安装。北岸向1#、6#墩方向同时进行，其中3E10～1E0节间(47×2=94块)采用1#架板机安装，3E14～6E13(54×2=108块)采用2#架板机安装。架设示意见图7。

图6 临时支撑结构示意

图7 平弦段后续节间架设示意

2.4 三大拱区架设

3#架板机架设完10E5正交异性板后，向后行驶至11#墩附近放置。三大拱段正交异性板前4节间10E4～10E1节间采用80 t履带吊进行架设(图8)，后续采用架板机架设。

图8 三大拱段前4节间示意

三大拱段前4节间正交异性板最大整体尺寸为5 620 mm×9 010 mm，最大重量约19.3 t(含人行走道梁结构)，最大吊幅约为11.0 m。首先将吊机站位，再将轨道铺设至吊机最前端，其中10E3、10E2、10E1正交异性板规格以及与横梁相对位置相同，仅以10E4吊机站位示意，具体吊机站位如图9所示，基本吊装参数如表1所示。

图9 吊机站位示意

正交异性板编号重量/t吊幅/m吊臂/m容许吊重/t吊重富余系数10E4-116.2910.12825.031.5410E4-218.3410.82823.141.26

2.5 合龙段架设

合龙段正交异性板拟定在6E14节间(1×2=2块)，采用80 t履带吊安装。如图10所示。

合龙段中幅梁整体尺寸为9 010 mm×5 610 mm，重量为16.19 t；边幅梁整体尺寸9 010×5 540 mm，重量为18.34 t(含人行道)。合龙段正交异性板通过北岸运板车桥面运输，吊机站位后，将轨道铺设至吊机最前方，具体吊机站位如图11所示。

图10 合龙段示意

图11 吊机站位示意(单位：mm)

3 架板机选型及设计

3.1 架板机选型

新制正交异性钢桥面板标准段纵向9 m一块，伸节间长9.01 m，缩节间长8.99 m，与主桁伸长和缩短节间一致；跨中异形段长5.7 m，端部异形段长7.1 m。平弦段正交异性板横向全宽18.6 m，分为2块，先装幅宽8.66 m，后装幅宽9.94 m，全桥共计258块；加宽段主梁横向全宽23.6 m，分为4块，两边正交异性板宽5.54 m，中板宽5.62、6.9 m，先装幅中板宽5.62 m，后装幅中板宽6.9 m，全桥共计300块。人行走道梁部分构件与公路钢主梁边梁在工厂焊接完成后，运送至现场整体吊装，钢主梁最大吊重约34.6 t。结合以上工况，考虑走行方式、吊装方式、功能需求等各方面因素，选择了一种操作简单、自动化程度高的新型TJ50架板机，主要技术参数见表2。

3.2 架板机结构

架板机主要由主梁、前支腿、中支腿、后支腿、起升天车、配重、液压系统和电气系统组成。其中主梁两列箱形梁利用前后横梁连接在一起重约33 t；前支腿由上铰座、上横梁 、套柱、伸缩节、下横梁、锁紧机构、连接销轴、起升油缸组成，重约2.6 t；中支腿由起升油缸、伸缩节、连接铰座、纵移走行组成，重约2.2 t；后支腿由翻折机构、上节、伸缩节、下横梁、连接铰座、纵移走行、支撑机构组成，重约5 t；天车由定滑轮机构、卷扬、中横梁、联系梁、钢丝绳、吊具、U形梁、纵移走行、横移机构等组成，重约11.5 t。

表2 TJ50主要技术参数

3.3 架板机受力检算

架板机在架板过程中，工作风载作用下，根据起重机设计规范，进行荷载组合，利用Midas及Ansys对各个工况的荷载组合及荷载进行了架板机整体稳定性、抗倾覆稳定性、主梁局部受压检算。

(1) 整体稳定性。架板机结构整体分析主要就静载试验跨中和端部两种工况做计算分析，临界荷载系数分别为13及16，均大于4，满足稳定性要求。

(2) 抗倾覆稳定性。架板机在过孔、喂梁工况(受6级风载)容易产生纵向倾覆，经计算风荷载为水平向，过孔、喂梁时架板机抗倾覆安全系数分别为1.34、1.68，均大于1.3。

(3) 主梁局部受压。跨中静载试验工况下建立单根主梁模型，以轮压P=18.8 t加载在轨道与主梁接触范围0.14 m×0.085 m内，计算得最大应力为220 MPa<268 MPa。

4 架设施工

4.1 支座安装

在原公路横梁及托架上按照设计图标出支座十字中心线以及支座底板和顶板中心十字线，安装时保证其重合。

4.2 桥面板提升上桥

钢桥面板水运至南北岸提升站以后，提升上桥至TY50运梁小车之上，然后以平稳速度运至架板位置。

4.3 架设流程

(1) 过孔。架板机前支腿抬起，解除架板机限位装置，天车移至最后端，整机迁移至下一节间，安装限位装置，前支腿垫梁放置时，根据下部螺栓高度采用钢条进行抄垫。运板小车运梁至架板机后方,吊耳对中线与运梁小车中心线对齐。

(2) 喂梁。天车移至最前端，后支腿向上翻折，运板车运输正交异性板至后支腿和中支腿之间。

(3) 提梁。后支腿放下，由液压缸支撑，安装后支腿后拉锚固杆。天车移至钢主梁上方，下放吊具与钢主梁连接。提起钢主梁，运板小车退出，下移钢主梁至梁底距架板机轨道顶面230 mm。

(4) 运梁。中支腿抬起，天车载着钢主梁前移至纵桥向安装位置，再通过横移至设计安装位置，且钢主梁前移过中支腿后即将中支腿放下。

(5) 落梁。天车下放钢主梁至其底部与支座面处于待载接触状态时，通过措施调整钢主梁位置并进行临时连接，天车松勾。

(6) 天车回位。天车提升吊具，并移至最后端，铺设轨道，循环至下一块钢主梁安装。

4.4 架设精度控制

正交异性板架设时，在正交异性板支座横梁中心线、支座中心线、原主桁横梁中心线三者重合状态时下放正交异性板为最佳，因此在正交异性板下放时应选择正交异性板与原主桁温度一致时进行，避免因温度差引起尺寸不一致造成位置偏差。根据经验，早上和傍晚时间段温差较小，应选择该时间段进行。

架设过程中需要在正交异性板上布置由马板及液压千斤顶等组成的精调装置，根据正交异性板支座中心十字线对中原则选择精调措施并安装，推算对应正交异性板的移动方向及距离，在支座上做出记号。借助千斤顶进行正交异性板的顶推或回拉，精确定位至支座中摆移动至记号标识处停止。操作过程应保证千斤顶底面和活塞面均与临时焊接的钢结构紧密贴合，并使千斤顶与精调装置的受力中心线重合。正交异性板顶板接口对接错边调整，一般采用压力矫正的方法进行局部调整，保证板面错边不大于1.0 mm。

4.5 全桥线形控制

全桥线形主要涉及正交异性板面板高程、平面线形的控制测量。横向线形根据横联中心线控制，纵向线形根据主桁线和桥轴中心线控制。

(1) 高程控制。正交异性板面板测量重点在高程控制，是保证成桥后汽车运行平顺的关键所在。原桥面板拆除后，对横联顶标高进行测量，正交异性板顶面高程以横联高程测量数据为依据，进行适当优化调整，根据需要制备2、4、6、8、10、12 mm等不同厚度钢板，以微调支座高度，保证桥面板整体平顺。

(2) 平面线形控制。根据正交异性板面板四角的坐标以及距桥轴线距离精确测量确定，测量要注意和已架设的桥面板进行闭合测量。测量过程要避开列车运行的区间，在相对平稳的状态下测量，测量过程中尽量减少其他荷载对桥梁的影响。

4.6 全桥体系转换

正交异性板体系为以每联联中固定支座为中心左右两侧对称均为活动支座。固定支座主要包括3×162 m甲式和3×162 m乙式联中5道横梁、(180+216+180) m联中7道横梁、2×126 m联中3道横梁，其余横梁均为活动支座。

南北岸提升站分别位于11E5～11E8和3E11～3E14之间，即正交异性板架设起始节间，均为活动支座，为防止正交异性板安装过程中产生纵向滑动，在起始节间和前半联活动支座正交异性板安装过程中需进行支座体系转换。

在起始节间和前半联正交异性板活动支座安装时，均对支座采用临时锁定装置进行锁死，临时转换为固定支座。首块正交异性板安装完成后将临时锁定装置保留，后续正交异性板安装完成后，均将临时锁定装置拆除，直到首块固定支座正交异性板安装完成后再将首块正交异性板支座临时锁定装置，恢复为活动支座。

5 结语

九江长江大桥公路桥加固改造工程，关键性控制工序为桥面板更换工作，全桥共计558块新制正交异性钢桥面板。为此，特意制造了操作简单、自动化程度较高的新型TJ50型架板机。同时，架板过程中保证了铁路的正常运营及航道的正常通行，未发生安全事故。最终，在较好的隔离防护措施下，安全、环保、高效地完成了架板任务。