钢混叠合梁墩顶梁段架设工艺研究及应用

杨斌财

（珠海交通集团有限公司，广东 珠海 519000）

0 引言

钢混叠合梁斜拉桥墩顶梁段安装一直是主梁安装施工的关键性工程。传统工艺一般为墩旁支架法，还有另一种创新型无支架法架设工艺。

本文结合珠海洪鹤大桥磨刀门主航道桥现场施工的实际情况，根据2 座主塔的施工进度、桥位处施工环境、地质条件、设备起重能力等因素，主塔墩顶梁段分别选用墩旁支架法和无支架法架设。

1 工程概述

珠海市洪鹤大桥东西向对接港珠澳大桥连接线及黄茅海大桥，南北向对接广澳高速及金海公路大桥，路线长9.654 km。控制性工程为2 座串联（73+162+500+162+73）=970 m 的钢混叠合梁斜拉桥[1]。钢梁包括主梁、横梁、小纵梁、压重箱、锚拉板及风嘴等。主梁采用“工”字形断面，梁高3.5 m，两侧主梁中心距为34.0 m。主梁上斜拉索锚固间距为12 m，每个索距设3 道横梁，横梁间距为4.0 m。预制桥面板采用C60 混凝土，板厚26 cm，存放6 个月以上方可进行安装[2]，叠合梁标准横断面见图1。

图1 叠合梁标准横断面图Fig.1 Standard cross-section view of a composite beam

2 方案选择

洪鹤大桥磨刀门水道主航道桥两主墩因所处地质水文条件不同，基础施工选用不同的施工工艺，8 号主墩位于浅水区采用便道加筑岛围堰施工，9 号主墩位于深水区采用栈桥加双壁钢围堰施工。不同的平台结构形式及桥位处水深基本决定了墩顶钢梁的架设工艺，两主墩墩顶梁段分别采用2 种施工方案。

支架法施工工艺方案：9 号主墩位于深水区，通航条件好，钢梁在加工场整节拼装上船，运输到桥位。预先在主墩处搭设墩旁托架，采用大型浮吊整体吊装墩顶梁段，并通过墩旁托架纵横移装置调整梁段到设计位置，及时施工墩顶临时固结体系，安装桥面板后整体吊装2 台桥面吊机进行对称悬拼施工[3]。

无支架法施工工艺方案：8 号主墩筑岛后打通陆路通道，钢梁均采用汽车运输到桥位。选用320 t 履带吊首先散拼墩顶中间梁段，安装桥面板，及时施工墩顶临时固结体系，在该梁段上散拼1 台全回旋桥面吊机，用桥面吊机进行墩顶其他2 个梁段的散拼安装，完成墩顶3 个梁段后再利用已有桥面吊机拼装第2 台桥面吊机，再进行对称悬拼施工。

2 个施工方案比选见表1。

表1 施工方案比选Table 1 Comparison of construction plans

3 支架法施工

3.1 支架施工

9 号主塔塔区支架设置在下塔柱两侧，支撑在承台上，在下横梁和下塔柱适当位置处设置附墙，由轨道梁、纵横梁、钢立柱、平联支撑、附墙等组成[4]。支架立柱采用φ1 020 mm×12 mm钢管，平联采用φ630 mm × 8 mm 钢管，纵横梁均采用3HN800×300 mm 型钢。塔柱施工期间利用履带吊在栈桥平台上完成支架搭设。因中间梁段浮吊不能直接吊装落位在支座位置上，梁段需从塔旁支架整体滑移到位，在纵梁上布置轨道梁及滑道，通过设置千斤顶及反力座将梁段牵引到位。

3.2 墩顶竖向临时固结设计

根据施工监控计算文件得出，叠合梁对称悬拼架设施工过程中最大不平衡弯矩为65 173 kN·m。叠合梁竖向设置4 处临时约束，纵向间距7.2 m，横向间距34 m，单处临时约束受力F=65 173/（7.2×2）=4 526 kN，墩顶竖向临时固结设计以此作为控制参数。

由计算可得，每处临时约束设置12 根材质为PSB830φ40 精轧螺纹钢满足施工要求，精轧螺纹钢下端预埋入下横梁中，通过连接器加长后上端锚固于钢纵梁上，形成竖向临时固结体系[5]，竖向临时固结见图2。

图2 墩顶竖向临时固结体系图Fig.2 Vertical temporary consolidation system at pier top

3.3 塔区梁段施工

塔区梁段共3 节，其中0 号块重约258 t，边跨、中跨1 号块重约160 t，吊装高度约40 m。运输船直接将整节钢梁及桥面板运至桥位，采用600 t 浮吊起吊安装。根据现场水深及通航情况，边跨1 号梁段及0 号梁段均从中跨位置起吊。先整体起吊边跨1 号梁段至纵移轨道上，浮吊继续起吊安装预制桥面板。利用纵移轨道将边跨1 号梁段滑移到位，通过三向调位装置精调到设计位置和标高[6]。采用同样的工艺吊装、滑移、调位安装0 号梁段，中跨1 号梁段直接吊装到位采用三向调位装置精确调位，满足规范要求[7]，钢梁整体吊装见图3。

桥面板湿接缝浇筑完成达到设计强度后，采用浮吊整体吊装2 台桥面吊机。对称挂设张拉第1 对斜拉索，拆除墩旁支架，塔区3 节梁段支撑在墩顶临时支墩上，临时支墩设置在支座垫石两侧，为混凝土结构，承受钢梁架设过程中的竖向压力。桥面吊机对称悬拼架设钢梁直至合龙段，完成整个钢梁架设。

图3 钢梁整体吊装图Fig.3 Integral hoisting drawing of steel beam

4 无支架法施工

4.1 墩顶横移装置设置

塔区0 号块梁段采用320 t 履带吊进行散拼架设，因中塔柱塔支内倾，两主纵梁无法直接吊放到墩顶临时支墩上，需由履带吊吊装主纵梁在墩顶横移装置上，再通过横向滑移到位。横移装置设置在临时支墩旁，由竖向钢管支墩、斜向型钢支撑、横移纵梁及滑移装置等组成[8]，墩顶横向滑移装置见图4。

图4 墩顶横移装置布置图Fig.4 Arrangement of lateral moving device at pier top

4.2 墩顶竖向临时固结设计

叠合梁竖向临时约束平面位置布置同9 号主塔，根据施工监控计算提出的最大不平衡弯矩得出单处临时约束受力F=4 526 kN。

主梁边、中跨1 号节段采用桥面吊机单悬臂拼装，因吊装先后顺序、桥面吊机的反力及风载等因素的影响，主梁因不平衡荷载产生倾覆失稳，需在墩顶主梁处设置竖向临时固结系统，以满足主梁边、中跨1 号节段单悬臂吊装施工时的抗倾覆要求。

通过空间模型建模，采用Midas 软件对桥面吊机单悬臂先后吊装边跨、中跨1 号块的工况进行分析计算，得出单悬臂吊装过程中临时约束单点最大反拉力为4 936 kN，大于对称悬拼过程中的最不利工况，墩顶竖向临时固结设计以此作为控制参数。

由计算可得，每处临时约束设置16 根材质为PSB830φ40 精轧螺纹钢满足施工要求，连接形式同9 号主塔。

4.3 塔区梁段施工

塔区梁段共3 节，0 号块长17 m，主纵梁重54.5 t，横梁重26.5 t，边跨、中跨1 号块长12 m，主纵梁重36.4 t，横梁重25.1 t。以吊重60 t，吊高45 m，吊距35 m 作为起重控制参数，320 t 履带吊满足吊装要求。

钢梁散件通过平板车运输到8 号主塔位置，直接用履带吊吊装0 号块主纵梁到墩顶横移装置上，横向滑移到位后初步调位，首件主纵梁吊装见图5。履带吊继续吊装横梁、小纵梁、桥面板，整节0 号块钢梁通过三向调位装置精确调位到设计位置，及时锁定竖向临时固结体系。

图5 首件主纵梁吊装图Fig.5 Hoisting drawing of the first main stringer

完成0 号梁段桥面湿接缝混凝土浇筑后，用履带吊在桥面上拼装桥面吊机。桥面吊机首先单悬臂散拼边跨1 号块梁段，再进行中跨1 号梁段吊装，高强螺栓终拧完后对称挂设第1 对斜拉索，按监控指令进行斜拉索初张后架设1 号梁段桥面板。湿接缝混凝土达到设计强度后进行斜拉索二次张拉，完成塔区3 个梁段的安装工作。利用已有桥面吊机拼装另1 台桥面吊机，对称悬拼架设钢梁直至合龙，完成全桥钢梁架设。

5 结语

珠海市洪鹤大桥磨刀门主航道桥2 个主墩因施工条件不同，塔区3 个梁段架设选用了不同的架设方案，取得了预期的效果。

支架法施工工艺较常规，采用整体吊装，节约了工期，但需要大型起吊设备，费用相对较高。

无支架法特别适用于起重设备受限的桥位处墩顶梁段的施工，施工工艺新颖，创新点较多，起重设备利用率高，节约投资。虽然工期相对较长，但无支架法架设墩顶梁段是一种架设工艺的探索，体现了资源节约的建设理念。该工艺在洪鹤大桥项目成功实施，为同类桥梁施工提供了宝贵经验，具有较广泛的推广前景。