自锚式悬索桥“先梁后缆”钢梁安装工艺研究

郭云飞，顾雄淇

（中交第一航务工程局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

南浔大桥改建工程项目由中交一航局湖州项目部承建，南浔大桥作为南浔区北大门对内衔接长湖申航道南北侧城区交通流的重要交通节点，对外北接G50申苏浙皖高速，南连练杭高速，是南浔申苏浙皖至练杭高速公路连接线工程的重要组成部分。主要工程内容为自锚式悬索桥施工，原方案“先缆后梁”工艺采用临时地锚进行体系转换，由于南方软土存在着施工风险，为了提高施工的效率，减少临时地锚的投入，优化了施工工艺，改为“先梁后缆”的施工工艺。同时，为了保证航道的通航，结合钢梁的结构形式，优化了钢梁的安装施工方案。文章详细介绍了先缆后梁、先梁后缆在该工程中的施工特点、整个钢梁的施工流程及项目实施的经验总结，对类似桥梁施工有较强的借鉴意义。

1 工程简介

南浔大桥位于湖州市南浔区，主桥为自锚式悬索桥，跨径布置为（3+45+100+45+3）m。主桥采用双索双塔自锚式悬索桥，2根主缆呈分段悬链线，主跨矢跨比1∶5.8，矢高17.241m；主缆横向间距27.5m，主缆采用预制平行钢丝索股（PPWS）编排而成，两端锚固于加劲梁端横梁内；吊索标准段间距5m，主塔处间距7.5m，上端与离不开缆上索夹销接，下端锚固于加劲梁横梁内。

桥面采用加劲梁加横梁体系，纵向加劲梁加横梁均采用钢混组合梁形式，纵向主梁采用开口U形单箱单室箱梁，主塔附近纵向25m主梁采用双箱截面。悬索吊杆标准间距5m，拉杆正下方对应纵向主梁的锚固结构。该锚固结构为箱内双实腹式隔板，两双实腹式隔板标准间距对应也为5m，5m开档内设置两档空腹式U形隔板。全桥钢梁总量约3076.8t。

该工程主跨跨越长湖申主航道，因其施工期间受航道周期等因素影响，施工难度较大，为此围绕这些技术难题开展了科技创新。

2 总体方案比选

主桥施工进行“先缆后梁”工艺与“先梁后缆”工艺的比选，在总体施工方案上进行了施工工艺研究，进一步讨论方案导致施工进度、施工安全产生的效应。

2.1 “先梁后缆”施工工艺的确定

自锚式悬索桥是一种将主缆锚固在自身加劲梁上的桥式结构，“先缆后梁”工艺在桥梁体系成立过程中，需采用临时锚碇对钢梁安装过程中产生的主缆向内拉力进行平衡，保证桥梁施工过程中的受力平衡；“先梁后缆”工艺是先将梁体整体成型，后进行缆索施工，总体施工方案对比表如表1所示。

表1 总体施工方案对比表

2.2 结合现场及设备深化图纸，重新定义分段长度，确定少支架方案

总的来说，该联钢桥划分为4大部分：主纵梁、横梁、挑梁及小纵梁。各部分的分段：左右两侧主纵梁仅在长度向分段，单侧全长范围内分为11个分段，两侧共计22个分段，如图1所示。

针对现场场地条件及施工设备，对施工图纸进行详细深化，对边跨加劲梁分3段，中跨加劲梁分为3段，其中中跨航道部分采用60m整段跨越航道，减少航道占用，支架仅在加劲梁拼接处搭设，减少支架使用量。

3 总体施工工艺

主桥悬索桥钢梁在主塔完成后，先行安装边跨钢梁段，然后安装主跨主箱梁段，再安装距离跨中位置两侧各12.5m的两道中横梁，在主缆架设前形成整体，待主缆安装完成后，安装剩余中跨纵横梁。

3.1 钢梁安装施工流程

图1 梁段划分示意图

自锚悬索桥段钢箱梁，在中跨存在跨河段，河段内进行临时支撑的布设。采取两边跨先行吊装，最终整体合拢跨河段的思路进行施工。人行道钢挑梁可将多个节段作为一个整体，长度控制在20m左右进行吊装；中间横梁即按照图纸节段划分整体加工制作，整体吊装。根据桥段所在位置，选择260t履带吊对非跨河段桥段进行吊装；选用浮吊对跨河合龙段吊装。

悬索桥钢梁吊装具体顺序：两边跨主箱体吊装→中跨悬挑段安装并焊接→边跨主箱体间横梁吊装→横梁间小纵梁补档→边跨人行走道吊装→两边跨焊接完成→60m整体段构件吊装并焊接→中跨主箱体间横梁吊装（横梁及纵梁预先做成小单元）→焊接后整体卸载。

3.2 钢梁节段长度深化及安装设备

自锚式悬索桥为三跨式桥，中间100mm跨为跨河段。两侧45m跨构件重量最大为80t，选用260t履带吊，主臂长度32m，作业半径12m，额定起重量92.3t；100m跨两侧陆地端最大构件重量约98t，主臂选用32m，作业半径10m，额定起重量117.5t；100m跨河段拼接后最长构件为60m，重量约为225t，选用500t浮吊，作业半径23m，主臂仰角55°，额定起重量300t。

3.3 边跨钢梁安装流程

边跨主钢梁先进行锚跨GA-1（GA-16）与主塔节段GA-4（GA-14）的安装，通过边跨两端安装完成后，然后边跨GA-3、2（GA-14、15）安装，直至边跨主梁合拢，如图2所示，最后进行边跨横梁及小纵梁安装、人行道梁安装，如图3所示。

3.4 中跨钢梁安装流程

轴线17与18间，在两个边跨的横梁吊装之前先将靠近主柱间的桥段GA-5、GA-6、GA-8、GA-10吊装并焊接完毕，然后吊装边跨横梁；中跨60m长度的梁段，由厂内加工完成，用运输船运至现场，采用一艘120t浮吊和200t浮吊整体抬吊安装。

中跨在对两根60m构件进行整体吊装时，需要对航道进行3d的封航以保证梁段焊接完成；解除封航3d后，再次申请2d的封航，完成60m跨构件区域内设计要求的4根横梁吊装以及60m范围外靠近主塔位置的单元一、单元六，然后解除封航。

在第二次解除封航后，悬索进行安装。待悬索安装完成后，对中跨60m范围内的单元件二～单元件六进行封航吊装，封航时间为3d，吊装完成后解除封航，剩余单根构件采用塔吊进行吊装，如图4所示。

3.5 钢梁不同工况下的受力计算

图2 边跨箱梁吊装立面图

（1）水中临时支撑计算。运河内支架工况下，GA-7/GA-9拼长度60m，重量225t构件，整体吊装。水中单组临时支架承受的重量为113t。单组临时支撑水下长度为32m，其中25m要打入土层；水上高度约为8.5m，共计40.5m。每组临时支撑水面以上部分采用型钢水平撑、斜撑等进行拉结。按照最不利荷载对临时支撑进行安全计算，其主要承载梁段吊装时的自重及施工荷载，选取最大重量的纵向梁段225t，每个在支架顶部设置6个支点，则每个支点的荷载为225/2/6=18.75t；施工荷载取1kN/m2，则每个支点的施工荷载为1×4.5×60/12=22.5kN（底板宽4.5m，长60m）。全部荷载通过调节短柱以集中荷载的形式传递给分配梁。考虑梁段吊装时动力系数1.4，则分配梁上每个支点的荷载为（187.5+22.5）×1.4=294kN。

（2）钢梁各个工况下的桥面测量监控。中跨60m：施工前对加劲梁60m段稳定性计算，考虑梁体自己重量产生的位移变化，设置梁体预拱度9.5cm，保证60m段加劲梁在安装后产生的挠度与预拱度抵消，达到达桥线型，从而保证了施工技术上的安全性。主桥主跨60m钢梁安装完成后，实际监控检测，梁安装后线型满足施工要求，与成桥线形基本一致。

图3 边跨人行道、箱梁间补档钢横梁吊装立面图

4 施工中的创新点

4.1 “先梁后缆”施工工艺

主桥采用“先梁后缆”工艺，成功克服自锚式悬索桥“先缆后梁”工艺中临时地锚在南方软土地基的施工风险，且钢梁可与主塔进行同步施工，缩短施工周期，减少了临时锚碇的施工，节约了临时锚碇施工费用341.68万元。

4.2 钢梁分段

对施工图纸按现场实际情况及设备情况进行深化，减少了加劲梁的节段数量，减少现场焊缝数量，从而保证了焊缝的焊接质量，主跨采用了60m长节段安装方式，安装工期仅3d，后期纵横梁安装仅需5d，封航时间大大压缩，保证了施工工期。节省了工期约30d，节约了跨缆吊机设备使用时间，间接节省费用20万元。

图4 中跨主塔根部、主跨60m及横梁安装

4.3 钢梁吊装

（1）施工图通过深化，采用了大节段、少支架的方式，仅节段间采用支架支撑法，减少支架数量约20套，节约成本约50万元，节约了现场施工工期近40d。通过大节段的施工工艺，使施工过程中避免了起重人员在水上高空频繁作业，大大提高了施工的安全性，降低安全风险。

（2）将中跨加劲梁分成3段，中跨60m长加劲梁重225t，采用2台起重船整体抬吊进行安装。在通航安全性上，用常规支架法，支架间仅留28m通航净宽，在繁忙的长湖申线航道上，船只双向通航存在很大的安全隐患，且施工期间的维护存在较大的困难。

5 结束语

湖州市南浔区南浔大桥改建工程主桥为自锚式悬索桥，通过“先梁后缆”的施工工艺，减少了临时锚碇的施工费用，桥面钢梁安装的节段分析以及施工图纸深化，根据市场设备起重能力及现场条件对图纸进行深化，按少支架方式进行施工，减少了现场焊接数量，保证钢梁焊接质量，减少现场施工周期，保证桥梁整体施工进度。根据该工程钢梁安装的成功实施，总结了钢梁加工前期结合现场实际对钢梁加工进行图纸深化，对少支架进行分配与计算，钢梁安装拼装工艺及项目实施的经验总结提供了一整套成功的创新方法，对类似钢梁安装施工有很强的借鉴意义，同时具有巨大的社会效益和经济效益。