某特大桥陆地区超宽超重钢箱梁架设关键技术

陈宏宝

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000）

1 应用背景

随着国民经济和公路纵深发展的需要，我国建造了一大批具有影响力的跨江和跨海大桥。特大桥的建设和技术发展体现了国家的技术水平和经济实力。为推进公路建设转型升级，提升公路桥梁品质，充分发挥钢结构桥梁性能优势，交通运输部研究决定推进公路钢结构桥梁（包括钢箱梁、钢桁梁、钢混组合梁等桥梁）建设[1]。钢结构桥梁节段自重大，运输、转场和架设等施工工序对设备性能要求极高，在跨江和海湾具有良好水深环境中，可利用大型运输和起重船舶予以实现。在城市，交通便利，只要节段重量分块合理，施工难度也相对较小。当钢桥位于城市以外交通不便的陆地区，可靠有效的架设方案选择显得尤为重要。

2 工程概况

池州长江公路大桥主桥采用单侧不对称混合梁斜拉桥（主跨828 m），大桥北岸枞阳侧北主墩（Z4号）位于长江大堤二级压浸台上，北边跨和辅助跨全长240 m，均地处陆地区，上部结构采用现浇预应力混凝土箱梁（Z0号-Z3号，长144 m）与钢箱梁（Z3以南，长1 301 m）相结合结构构造，桥跨布置为3×48 m+96 m（桥跨总体布置见图1）[2]。钢混结合段为钢箱梁和混凝土箱梁过渡连接段，位于Z3号墩墩顶靠江侧，节段长度12.2 m，高度3.5 m，桥面（含风嘴）全宽39 m，一次性吊装重量达550 t（钢混结合段横断面布置见图2）。

图1 池州长江公路大桥主桥北边跨和辅助跨布置图（m）Fig.1 Layout of north side span and auxiliary span of Chizhou Yangtze River Highway Bridge(m)

图2 钢混结合段（DJH）横断面布置图（mm）Fig.2 Cross-sectional layout of the steel mixing section(DJH)(mm)

3 陆地区钢箱梁架设方案比选

Z4号北主墩所处位置二级压浸台上，均在常水位以上，相当于陆地Z3号-Z4号墩之间共有5片钢箱梁（含钢混结合段）。该5片钢箱梁上跨交通繁忙的长江大堤（县道X028）。施工准备阶段共考虑了3种方案，即高支架滑移方案，绕塔矮支架滑移+变幅式桥面吊机吊装方案，绕塔矮支架滑移+提升门架提升方案。

3.1 高支架滑移

与塔区3片和中跨岸滩区2片，累计共10片梁段，一并搭设整跨高支架（见图3），从江侧采用大型起重船逐块起吊钢箱梁，按先后顺序越过索塔塔柱滑移就位。本项目钢箱梁斜拉索锚固构造为锚箱结构，锚箱位于风嘴内，由于钢箱梁需要从索塔两塔柱之间穿越，锚箱和风嘴需要现场后装，焊接质量和索导管精度均难以保证。

图3 纵向滑移高支架布置总图（方案1）Fig.3 General plan of vertical sliding height bracket arrangement(Option 1)

3.2 绕塔矮支架滑移+变幅式桥面吊机吊装

与高支架对应的是搭设绕塔矮支架（见图4），绕塔矮支架分3段，江侧纵移段布置在索塔的上游或下游一侧，岸侧纵移段布置在桥位的正下方，两段纵移支架在索塔靠岸侧用横移支架连成整体。为确保大堤县道畅通，矮支架顶标高与长江大堤堤顶保持一致。辅助跨钢箱梁就位按照先纵移过塔→再横移至桥位正下方→最后纵移至待安装梁段的正下方。

辅助跨标准梁段（D1）与中跨标准梁段采用桥面吊机同步对称悬臂吊装施工。钢混结合段在工厂内加工成长度大致均分的梁，使得单个梁段吊装重量均小于桥面吊机额定吊重，继续采用桥面吊机吊装。该方案的不足之处有3点：1）钢混结合段内部结构复杂，现场焊接质量难以保证；2）靠Z3号墩一侧梁段与墩身重叠2.2 m，钢混结合段不能正位起吊，需要采用变幅式桥面吊机[3]起吊就位，该2个分块的吊装顺序为先岸侧（与混凝土箱梁对接）后江侧（相当于边跨合龙段），投入大；3）钢混结合段起吊安装时间较晚，需要等待钢混接头与边跨混凝土梁连接后，才能继续主桥上部结构施工，工期推迟至少45 d以上。

图4 变幅式桥面吊机+绕塔矮支架布置总图（方案2）Fig.4 General plan of deck crane with variable amplitude and low bracket arrangement of winding tower(Option 2)

3.3 绕塔矮支架滑移+提升门架提升

本方案（见图5）与方案2的区别是钢混结合段的吊梁方式。钢混结合段整体制造，滑移至Z3号墩靠江侧的矮支架上，然后搭设提升门架[4]提梁，提升门架兼具提升和纵移功能。钢混结合段提升至桥面高度后，启动纵移千斤顶，将钢混结合段纵移至其设计位置，利用门架搭设斜支撑临时就位后，再搭设高支架，将钢混结合段的江侧支点（岸侧支点在Z3号墩顶）从临时改为可靠的落地转换支架上，完成钢混结合段的提升就位。由于不采用桥面吊机起吊，可先期完成起吊，确保边跨钢混结合段提前与混凝土箱梁结合后备用，施工质量可靠，施工工期显著缩短。

绕塔矮支架规避了所有辅助跨钢箱梁（5片）风嘴后装的风险，提升门架解决了超宽和超高、超重钢箱梁难以采用常规吊装工艺的麻烦，且在3种方案中支架和设备投入量较小。另外，提升门架与龙门吊以及大吨位吊车等其他起升设备均进行了比选。门式起重机在使用过程中非常方便，但门式起重机对场地要求比较严格，安装、运输一次都需要大量的时间、人力和物力，且门式起重机为特种设备，必须有专业安装操作人员，还需要通过质量技术监督部门的验收，才可以投入使用。市场上也很少有性能参数达到500 t吊重和50 m吊高的吊车，即便抬吊。桥位两侧为民房，基本不具备大面积开阔场地供吊车占位。

图5 门架提升+绕塔矮支架布置总图（方案3）Fig.5 Gate frame lifting+winding tower short bracket layout master map(Option 3)

经综合比选，采用方案3，即“绕塔矮支架滑移+提升门架提升”作为钢混结合段起升就位的方案。

4 提升门架设计与施工

4.1 提升门架设计

根据提升门架的功能和使用要求，其结构主要由五大系统组成，由下向上依次为钢管支撑系统、载荷转换支架、主梁系统、操作平台和提升系统。钢混结合段提升门架系统见图6。门架主要系统简介如下：

1）钢管支撑系统，采用现场已有大量的φ800×10钢管桩，江侧落地支架采用格构柱[5]型式，岸侧采用排架桩[5-6]支撑在Z3号墩顶靠岸侧；

2）荷载转换系统，在梁段提升至桥面后，利用江侧格构柱搭设钢管斜支撑（岸侧支撑在Z3号墩），拆除门架前搭设落地支架，将梁段江侧搁置支撑点转换至落地支架顶；

3）主梁系统，为一次性使用，采用刚度大自重轻的国产321型贝雷梁组，贝雷梁自重轻，易装拆，且可由多种组合可供选择，为临时结构首选[7]。通过先移梁后搭设门架再提升梁段，将主梁由横桥向（跨距＞39.0 m）布置调整为纵桥向布置，即门架纵桥向跨距取13.0 m＞梁长12.2 m；

4）提升设备采用4套450 t行程200 mm的连续千斤顶，纵移（2.2 m）设备采用4套60 t行程200 mm的穿心千斤顶。贝雷主梁顶设纵向整体移动轨道（2HM588×300型钢），确保各起吊点纵移同步。

图6 提升门架结构示意图（mm）Fig.6 Structure diagram of lifting door frame(mm)

对提升门架采用MIDIS软件[8]建模进行结构分析计算，钢混结合段提升至安装高度，往Z3号墩滑移2.2 m，在风速13.6 m/s作用下，为最不利工况，提升门架贝雷梁最大应力σmax=220.6 MPa＜[σ]=257 MPa，钢管支架最大应力 83.7 MPa＜[σ]=170 MPa，贝雷梁最大变形-31 mm＜L/500=42 mm。可见，提升门架结构强度和刚度满足要求。

4.2 提升方案施工

1）提升门架搭设

基础及立柱钢管桩施工，基础钢管桩与钢箱梁滑移矮支架一并采用“履带吊+振动锤”搭设到位，钢管桩的沉桩贯入度控制为主，标高进行校核，确保桩基承载力。立柱之间采用φ426×6钢管平联和斜撑，减小立柱的悬臂端长度，确保格构柱和排架桩抗压稳定性和立柱的整体稳定性。其中，立柱钢管桩在钢混结合段就位后开始搭设，转换支架在钢混结合段提升到位后开始搭设，两道工序前置工序必须完成后才能进行本道工序，不能错乱。

立柱顶分配梁安装，采用双拼2HM800×300型钢，安装前对立柱顶进行加劲处理。

贝雷纵向主梁安装，贝雷桁架采用标准花架连接成4榀分别进行吊装，要求节点位于分配梁顶，用U形卡固定。相邻榀贝雷桁架之间采用型钢剪刀撑和平联进行连接，提高主梁的整体稳定性。贝雷梁5片1榀，单榀长27 m，重13.5 t，采用80 t履带吊直接起吊安装。

提升系统等附属设施安装，由于主梁提升至桥面以上后，需要纵向向岸侧平移2.2 m后才能准确落梁就位。因此，主梁上需设连续千斤顶纵移轨道。纵移轨道由2HM588×300型钢组成，卡固在贝雷主梁上，纵移采用精轧螺纹粗钢筋拖拉的方式进行。

2）提梁施工

提升门架安装完成后，对各个构件进行全面检查和完善，然后才能进行试吊和最终提升作业。试吊过程中，在主梁跨中和立柱顶设置沉降观测和变形观测点，实测数据与理论计算数据吻合后，开始正式起吊。钢混结合段提升安装步骤示意图见图7。

图7 钢混结合段提升施工步骤示意图Fig.7 Construction step diagram of steel mixing section lifting

5 结语

1）超重钢箱梁的运梁和架梁方案的选取，直接关系到施工成本和施工质量。本工程先后考虑了1种高支架和2种矮支架实施方案，在对方案进行充分经济技术比较后，最终选择“绕塔矮支架滑移+提升门架提升”工艺，满足了现场施工需要，节约了工期，且减小了支架材料和设备的投入，节省了大量的施工成本。

2）按照常规思路，先门架搭设后移梁再吊梁，进行钢混结合段吊装施工。因江侧门架需要满足钢箱梁滑移通过，导致提升门架的横桥向跨距超过39 m，对主梁的抗弯性能要求极高。施工采用先移梁后搭设门架，最后提升安装，将提升门架的跨距降低了2/3，门架主梁的受力安全储备显著提高，现场安全可控，临时措施材料投入也有一定程度地减少。

3）提升门架施工完成后，经过现场验证，结构安全可靠，各构件内力和变形基本与设计相符。目前池州长江公路大桥跨江主桥辅助跨钢混结合段已施工完成，经检验，性能优良，外观优美，为类似大桥超宽、超高和超重钢箱梁施工提供了宝贵的经验。