张弦梁钢构桥施工技术研究与应用

王 威

(江苏省交通工程集团有限公司，镇江 212100)

厦门山海健康步道是贯穿厦门岛东西方向的山海步行廊道，路线起于国际邮轮码头，沿狐尾山、仙岳山、园山、薛岭山、虎头山、金山、湖边水库、五缘湾、虎仔山、观音山，终于观音山梦幻沙滩，串联“八山三水”，全长约22.4 km。步道中7座节点桥梁结构设计新颖、造型美观，是厦门岛中北部重要的生态节点，本项目工程为节点六桥梁。

1 工程概况

节点六桥梁连接金山与湖边水库，该桥跨越岛内交通要道仙岳路，毗邻湖边水库，在湖边水库旁侧设置钢结构桥塔。桥梁采用张弦梁和悬索梁桥组成的混合体系结构，由加劲钢箱梁作为上弦，下部设置2根平行的密闭高钒索，中间连以撑杆形成整体受力自平衡体系[1]，缆索一端锚固在桥面加劲梁上，另一端锚固在桥塔塔柱上。

全桥直线长为83.3 m，总宽为4.4 m，塔高为28 m，加劲梁采用扁平钢箱梁结构，顶板宽为4.4 m，底板宽为1.2 m，梁高为0.7 m，钢板材质型号为Q345C。

桥塔高度为28 m，共设5层，塔底截面短边宽度为3.94 m，长边宽度为6.85 m，沿桥向长度为5.83 m。塔顶截面短边宽度为9.7 m，长边宽度为17.23 m，沿桥向长度为12.93 m。桥塔塔柱、主梁以及次梁的钢板材质型号均采用Q345C。

该桥主缆采用2根Φ96 mm密闭高钒索，为国内桥梁上首次使用，其公称抗拉强度≥1 570 MPa，最小破断力为9 300 kN，弹性模量为1.6×105MPa，在安装前应对主缆进行预张拉，以消除拉索的非弹性变形，并测定拉索的弹性模量。

密闭高钒索与钢箱梁之间共设置13对撑杆,撑杆为Ф168×10 mm钢管，材质型号为Q345C，编号为ZC1—ZC13；2对Ф50 mm不锈钢吊索，编号为ZC14—ZC15。撑杆及吊索间距均为5.2 m。节点六桥梁总体布置如图1所示；节点六桥梁横断面结构布置如图2所示。

图1 节点六桥梁总体布置(单位：cm)

图2 节点六桥梁横断面结构布置(单位：cm)

2 总体施工方案及施工难点

2.1 总体施工方案

该工程采用“先梁后缆”的施工方法，先搭设钢管临时支墩，分节段吊装钢箱梁A～F，安装桥塔，待钢箱梁节段焊缝施工形成整体后，再安装ZC1—ZC13撑杆、2根Φ96 mm密闭高钒索和ZC14—ZC15不锈钢吊索，最后张拉2根密闭高钒索，体系转换成桥。

2.2 施工难点

(1) 该桥跨越厦门岛内仙岳路主干道，交通流量大，钢箱梁和缆索安装均属于高空作业，安全风险大且交通组织压力大。

(2) 湖边水库侧桥塔高为28 m，塔底截面尺寸为3.94 m×6.85 m×5.83 m(短边×长边×沿桥向长度)，塔顶截面尺寸为9.7 m×17.23 m×12.93 m(短边×长边×沿桥向长度)，断面形状类似梯形，连系杆件多，且采用销接，安装难度高。另外施工空间狭小、场地受限，桥塔片架尺寸大，安装难度高。

(3) 节点六桥梁结构为非对称空间缆索体系结构，非线性影响大，成桥结构线形、构件均无应力长度的计算和结构施工定位，监测难度大。

撑杆及缆索结构为空间异形结构，安装精度要求高，索夹安装的位置与偏角将对主缆的线形和内力产生较大影响，且在高空作业，空间上能否准确定位直接影响桥梁体系转换的成败。

3 张弦梁桥施工技术

3.1 钢箱梁安装

钢管支墩设在仙岳路中央绿化带及两侧辅路上，以减少钢管支墩对仙岳路交通影响。钢管支架设置ZD1#～5#，共5个，高度为4～15 m，从下往上分别为：混凝土扩大基础、Ф609×16 mm钢管立柱、横向斜撑及剪刀撑、I40b双拼工字钢、321型贝雷横梁，I40b双拼工字钢、临时砂筒[2]。

其中321型贝雷横梁操作平台既可作为挂索和撑杆安装平台，又可作为安全平台，防止高空坠物影响车辆通行安全。

工程地质为残积砂质黏性土、全风化花岗岩以及散体状强风化花岗岩。钢管支墩总体布置如图3所示；钢管支墩断面如图4所示。

图3 钢管支墩总体布置(单位：cm)

图4 钢管支墩断面(单位：cm)

根据交通组织方案，钢管支墩和钢箱梁只能在每天0:00—5:00时间段内进行吊装。交警在该施工期间管制交通，现场布设交通引导标志标牌、爆闪灯、水马、防撞桶等安全设施。

钢管支墩采用1台QAY130型汽车起重机进行安装，待钢管支架安装完毕后，再安装321型贝雷梁，复测钢管支架轴线位置与高程，确认无误后进行钢箱梁吊装。

钢箱梁共分6个节段进行吊装，编号为钢箱梁A～F，采用1台QAY260型汽车起重机进行安装，安装顺序是从金山侧向桥塔侧依次安装[3]。其中最大吊装工况为A节段重41 t，最大吊装半径为14.5 m。查看QAY260型汽车起重机性能表，当臂长为31.4 m，半径为16 m时，起重量为48.6 t>41+1=42 t，满足使用要求。经过计算，钢丝绳选用6×37+FC，直径为Φ32 mm，抗拉强度为1 670 N/mm2。采用四点法进行吊装，吊耳位置应设置在隔板或腹板位置[4]，若受尺寸限制无法设置在上述位置，则吊耳位置下方应做加强处理。

汽车起重机吊臂回转至安装位置上空，主臂停止回转，梁段通过钢丝绳稳定，施工人员指挥梁段缓慢落下，当梁段与钢管支架接触后，让吊车维持60%的受力状态并保持稳定。测量工程师测量梁段位置，位置若有偏差则让吊车将梁段吊离约10 mm 位置，通过钢丝绳、撬杠等工具调整梁段位置后，梁段再次下落测量。反复调整至要求位置后，梁段正式落位并做临时固定，落位时梁段采用砂筒做四点支撑，并将码板与相邻梁段临时焊接固定，待梁段放置稳定后，吊车落索。

3.2 桥塔安装

由于桥塔单面尺寸太大，无法直接运输，故在厂内按照塔柱、主梁、次梁、斜撑等部件分构件制作，分为72根5～13 m长的管件，运输至现场，拼装成2片，分别吊装定位后安装2片间横梁[3]。桥塔片架拼装平面布置如图5所示。

图5 桥塔片架拼装平面布置

桥塔单片重57.9 t，采用1台350 t和1台130 t汽车起重机进行安装，钢丝绳选用6×37+FC，直径为Φ32 mm。用350 t汽车起重机将单片桥塔端部起吊，缓缓抬升至一定高度，后部由130 t汽车起重机抬起尾部缓缓向前，直至整片桥塔竖立。汽车起重机脱钩，由350 t汽车起重机将单片桥塔吊装到位，靠住临时支撑后调整单片桥塔的定位及标高，将单片桥塔固定于底部预埋及临时支撑后，汽车起重机松钩[4]。采用同样的施工方法将另一片桥塔吊装到位，然后安装2片桥塔之间的横梁及斜撑。

3.3 撑杆及缆索安装

3.3.1 撑杆安装

该工程缆索结构属于空间异形结构，空间定位精度要求高，撑杆的安装定位将直接影响缆索定位的精度，而每对撑杆与钢箱梁角度均不同，施工难度大，因此须重点控制撑杆的安装精度。

采用在钢结构生产厂家内，对撑杆和钢箱梁进行预拼装，再对撑杆位置进行定位的方法[5]，可有效减少现场进行撑杆安装定位的调整时间和难度。

1) 厂内撑杆精确定位、预拼装

在生产厂内，钢箱梁加工胎架需进行反向设计，即钢箱梁顶板在下，钢箱梁底板在上，便于撑杆精确定位。钢箱梁与撑杆结构如图6所示。

图6 钢箱梁与撑杆结构

采用全站仪在钢箱梁底部测放出耳板位置。撑杆与耳板销接后，整体吊拼至耳板测放位置，全站仪测量复核撑杆空间位置。撑杆空间位置符合要求后，将耳板与钢箱梁底部局部焊接。局部焊接稳固后拆卸下撑杆，再进场进行耳板和侧板焊接。全部耳板以及侧板焊接安装完成后，进行耳板和侧板焊缝探伤检测，检测合格后及时进行耳板及侧板的防腐工作。

2) 现场撑杆精确定位、拼装

钢箱梁定位安装完成后，撑杆运至现场进行安装。撑杆在现场与索夹组拼完成后采用25 t汽车起重机起吊，操作人员站在登高设备上进行作业。在撑杆上绑扎吊带，采用3 t手拉葫芦使外撑杆上的叉耳能较顺利进入外侧的耳板内。外撑杆上的叉耳进入耳板后，插入销轴。内撑杆再通过3 t手拉葫芦旋转，使内撑杆上的叉耳进入内侧的耳板上，插入销轴销接。

3) 索夹安装

根据监控单位提供的索夹定位表，提前在主缆上标示出各个索夹的位置及偏角，贴上反光贴，主缆安装就位后采用全站仪复核索夹空间坐标位置，确认无误后再进行索夹安装。

4) 撑杆无法安装的解决措施

由于耳板与撑杆叉耳间隙仅有5 mm，撑杆定位安装对耳板安装精度要求在1°以内，耳板的变形偏差超过1°会造成撑杆无法顺利安装。

现场钢箱梁安装过程中受梁体自身热胀冷缩和安装误差等因素影响，撑杆可能无法安装。针对无法顺利安装或者索夹定位偏差较大的撑杆，使用角磨机割取耳板，耳板与撑杆销接为整体后再吊装，吊装就位过程中全站仪对索夹空间位置进行跟踪定位测量，确保索夹空间坐标的准确性。

3.3.2 缆索安装

1) 展索

在桥面上进行2根Φ96 mm密闭高钒索的展索，下方每2～3 m设置捆绑式展索小车和展索托辊[5]，避免主缆索与桥面摩擦损坏，且在展索过程中派专人跟踪检查，随时调整展索小车的前进方向和间距，保证主缆索表面不与桥面接触。

2) 索头锚具安装

桥塔端索头为叉耳式不可调节锚具，桥台侧索头为可调节螺杆式锚具。索头锚具安装如图7所示。

图7 索头锚具安装

主缆全部展开后，采用1台25 t汽车起重机和2个3 t手拉葫芦，先进行桥塔侧锚具安装，再进行桥台侧锚固端安装，安装完成后，把主缆锚具螺杆调节至设计要求状态“±0”。

3) 撑杆位置缆索安装

主缆两端锚固后采用汽车起重机将主缆抬下桥面，在贝雷平台进行撑杆位置缆索安装，局部位置辅以登高车设备。缆索安装时拆下撑杆索夹的下半圆索夹，检查索夹在主缆上的安装标记位置线，画出索夹安装位置长度，对准后合上索夹、拧上螺栓[4]。采用扭力扳手进行紧固至设计值，确保每个螺栓的紧固力达到设计要求。

4) 不锈钢吊索安装

撑杆索夹安装完毕后，采用登高车进行不锈钢吊索安装，安装时索夹安装位置及紧固措施与撑杆位置缆索安装相同。

4 体系转换

主缆张拉采用两幅双端同步，分4级进行张拉，即左右两幅主缆在桥台侧和桥塔端共设置4组张拉工装设备。张拉工装结构如图8所示。

图8 张拉工装结构

根据监控单位提供的张拉指令进行分级张拉，张拉完成后桥梁中部会拱起约9.6 cm，现场实际拱起8.5 cm，符合设计要求。张拉过程中，每级张拉完成后须对张拉力和引伸量进行双控对比。

结构应力是结构受力状况最直接的反应，采用磁通量传感器对主缆内力进行监测、表贴式应变计对主梁内力进行监测，采用索力动测仪对不锈钢吊索进行监测。同时监控单位全程对桥梁的线形与标高进行测量，并注意控制2根主缆的相对误差，确保桥梁成桥后受力均匀，线形满足设计要求。

5 结论

为保证节点六桥梁在运营过程中的安全可靠性，须检验桥梁结构的承载能力及其工作状况是否满足使用要求，委托检测公司对该桥进行静载和动载试验。根据《城市桥梁检测与评定技术规范》(CJJ/T 233—2015)判定，该桥的结构刚度及强度满足设计人群荷载的承载能力要求。节点六桥梁成桥如图9所示。

图9 节点六桥梁成桥

相关工程建议：

(1) 采用BIM(建筑信息模型)软件精确建立整体模型，在预拼装时以胎架上的钢箱梁为基准建立局部坐标系，精确放样耳板位置。

(2) 索夹安装位置应考虑缆索自重垂度、撑杆与主缆固定位置会随着主缆的伸长而产生位移、桥塔桁架变形等综合影响因素，提前设置预偏量。