孙亚州
（中铁九桥工程有限公司，江西 九江，332004）
摘 要：本文以红岩村嘉陵江大桥为例，介绍了一种高低塔斜拉桥钢桁梁合龙方法：钢桁梁采用散件悬臂拼装的方案，架梁时钢梁构件通过架梁吊机提升上桥，先拼装墩顶4段钢梁，然后开始对称悬臂拼装，最后在跨中进行合龙。通过对合龙口观测、拼接版配钻、合龙口主桁杆件安装、合龙口调位、合龙施工、合龙口桥面板安装、焊接高栓施工等步骤实现了红岩村嘉陵江大桥钢桁梁顺利、精准的合龙。
关键词：高低塔；斜拉桥；钢桁梁；合龙；
1 工程概况
红岩村嘉陵江大桥为91.4+138.6+375+120 +7.8=732.8m的双主塔双索面钢桁梁斜拉桥，两主塔高度不一，大桥主梁为双层钢桁梁，上层为城市快速路，下层为轨道交通+城市支路。
图1.1红岩村嘉陵江大桥总体布置图（单位cm）
钢桁梁沿桥纵向分成49个节段，钢梁总重 2.5 万吨，单个构件最重为 70t。主桁采用两片主桁的纯华伦桁架，主桁中心距为28.2m，桁高11.163m，桥面板为正交异性桥面板。标准节段钢梁由上弦杆、下弦杆、腹杆、上桥面板、下桥面板组成，加宽段钢梁还包括边纵梁及斜拉杆。
2 合龙施工方案
钢桁梁采用散件悬臂拼装的方案，架梁时钢梁构件通过架梁吊机提升上桥，先拼装墩顶4段钢梁，然后开始对称悬臂拼装，最后在跨中合拢。合龙施工根据合龙口尺寸拟采取温度调节+千斤顶顶推方式进行，具体步骤分为：合龙口观测、拼接版配钻、合龙口主桁杆件安装、合龙口调位、合龙施工、合龙口桥面板安装、焊接高栓施工。
3 主要施工设备
75t全回转架梁吊机是安装全桥杆件及桥面板件的专用起重设备，其额定起重量为75t，起升高度为桥面以上25m，桥面以下75m，共计约100m，工作幅度为9m~30m。其主要结构组成见下图：
图2.1 75t全回转架梁吊机：1-臂架；2- A型架；3-变幅；4-转台；5-梯子平台；6-副起升；7-主起升；8-驾驶室；9-电气系统；10-下车；11-回转机构；12-走行机构
4 合龙前准备工作
4.1 合龙口临时连接螺栓、冲钉准备
合龙口杆件板面栓群与常规主桁杆件栓群形式基本一致，均为 ?33 标准大圆孔。由于合龙受温度影响较大，现场合龙施工时间较短。为保证合龙口在适宜温度条件下实现快速合龙，除常规的 ?32.8 冲钉外需另配置一定数量的定位工艺冲钉和 ?31 的小冲钉。常规直径冲钉按板面栓孔数量的 40%考虑、小冲钉按 20%考虑、临时螺栓按 10%考虑。
4.2 合龙口调整装置加工制作
合龙口对拉（对顶）反力座装置。该反力装置分两部分，采用 M30 螺栓分别固定在合龙口两侧钢梁顶面。合龙口竖向反力座装置，该反力装置采用 M30 螺栓固定在合龙口较低侧钢梁顶面。
4.3 线形观测、分析
在钢桁梁悬臂安装过程中，为了保证测量和安装的精度，测量采用三维直角坐标法，遵循用同等精度的仪器（全站仪）在固定的控制点上在相同时间段进行测量的原则。每个节间安装完成后，对悬臂端的平面位置、挠度以及预先设定的几个变形观测点进行观测，并做好记录。分析位移变化规律，与理论计算值进行对比，及时纠偏，使其符合设计和规范要求，为中跨精确合龙提前准备。
合龙前，选择通视条件较好且无风无阳光偏晒的天气条件下，分别从两岸采用同等精度的全站仪每隔 2 小时同时测量合龙段两端的位置、标高、轴线偏差及钢梁温度，计算合龙误差，根据拟订施工方案，调整合龙端相对高差和纵向误差。中跨合龙完成后再次对钢桁梁线型进行测量。
4.4 测量技术要求
由于钢桁梁采用大悬臂拼装工艺，悬臂端安装精度的测量受多种复杂因数影响，为了将这些影响因素减小到最小，测量时主要遵循以下几个原则：
测量前须核对监测点位置是否正确。测量须选择无风、无偏晒的时段进行。测量须选择环境温度相对稳定的时段进行，每次测量须记录杆件及环境温度，所有测量数据须修正到基准温度（+20 摄氏度）。须选择气候相对稳定的时间对合龙口两端杆件连续 72 小时不间断监测，每隔 2 个小时收集一次温度及测量数据，并汇总分析。
4.5 主桁测点布置
对于上、下弦杆件，每根杆件设置 1 个基本几何控制点。几何控制点均分布在弦杆的顶板上。每个几何控制观测点都有唯一的编号，由节点编号和控制点编号组成。几何观测点均布置在构件顶面上。主桁测点为下弦杆顶面最后一排螺栓孔后退 10cm， 上弦杆由于顶面没有螺栓孔，因此将测点定在腹板最后一排螺栓孔后退 10cm 位置，在测点位置设置测量棱镜。布置见下图：
4.6 杆件应力监测
钢桁梁杆件截面的应力监测是施工监测的主要内容之一，也是施工过程中的安全预警系统的主要内容。杆件应力测试应根据施工阶段仿真计算结果来进行布置，一般布置在拉、压应力较大的控制截面关键杆件上，具体根据监控单位要求进行布设。传感器布置在杆件的外表面上，传感器在杆件上的方向为顺着杆件的轴线方向。钢桁梁上、下弦杆应力监测断面如图所示，每个断面上下缘布置两个应力及温度传感器。测试频率：节段安装完成、斜拉索张拉、涉及较大荷载变化等阶段段。
测试频率：节段安装完成、斜拉索张拉、涉及较大荷载变化等阶段段。
4.7 拼接板配钻
合龙口拼接板暂未加工，待钢桁梁拼装至合龙前工况时，根据连续测量数据进行合龙口拼接板配钻。根据测量数据在工厂进行拼接板配钻，配钻完成后运输至现场进行安装。
5 合龙施工
5.1 合龙口计算分析
通过计算分析获得合理合龙口的目标状态（线形、内力）是保证合龙口自然合龙的基础条件，具体数值以监控指令为准。根据现阶段测量结果，温度在 30 度左右时，钢梁里程与设计里程基本一致， 因此若合龙时温度较高，通过温度调整钢梁里程基本可以实现合龙。
通过最近几日对钢梁进行 24h 观测，并通过计算得到，温度变化 10 度，100m钢梁长度变化约 14.8mm，对于主跨 375m，温度变化 10 度，长度变化约 55.5mm。
表5.1测量记录表
图5.1 B32-B34 净距偏差柱状图
5.2 合龙时应力
主桁结构的最大拉应力发生于，最大应力为 130.6Mpa。合龙时结构应力云图下图所示。
5.3 合龙顺序
合龙段钢桁梁安装顺序为下弦杆—斜腹杆—上弦杆—下桥面板—上桥面板， 具体见下图。
5.4 合龙施工步骤
钢桁梁合龙施工预计在 2020 年 10 月上旬，根据重庆多年来 10 月上旬的夜间平均气温情况，初步确定合龙时的环境温度为 25℃，温差±3℃。合龙施工是以早晚气温相对稳定，钢桁梁无阳光偏晒影响时的实测值为依据，结合连续 24 小时观测当天的温度变化，确定合龙口栓孔位置偏差的允许范围为不大于± d/2(d 为栓孔直径)，方便打入锥形冲钉为宜。施工步骤如下：
连续 24 小时观测合龙口位置，记录实际偏差值，若偏差较大，则启用合龙口调整措施，调整顺序为轴线→高差→纵向。
合龙口偏差调整至满足设计规范要求，选取温度较低时段采集合龙口数据，然后根据数据对上、下弦杆、腹杆拼接板进行配钻，配钻完成后将拼接板挂在合龙杆件的一端。
主桁合龙口依次吊装下弦杆、腹杆及上弦杆，吊装时先固定一端，完成临时螺栓及冲钉施工，另一端悬臂。
根据实测偏差结合理论分析，如有必要，通过拉索、配重初步（微调） 调整合龙口高差。
等待与采集合龙口数据相同的时间段立即打入冲定及高强螺栓，进行固定。
若采取顶拉措施，根据监控计算结果南岸钢梁会产生 4000KN 的水平力，单侧为 2000KN，M30 高栓的设计预拉力为 355KN，单个螺栓可提供的水平摩擦力为355×0.45×2=319.5KN，因此需要 2000×2/319.5=12.5 个，因此现场安装不少于 14 颗高强螺栓。
解除 P4 墩位置的临时限位，保证 P4 墩支座位置处于自由滑动状态。
安装下层桥面板、上层桥面板。
将合龙段冲钉置换成高拴并且 100%终拧。
5.5 合龙口高程调整措施
若合龙口高程偏差较大，根据现场实际情况及监控计算情况，通过南岸 7#索、北岸 14#索及在桥面上增加配重的方式对南北两岸进行高程调整。
若合龙口高程偏差较小（<20mm），合龙口竖向偏差采取“七”字型反力装置及千斤顶顶进行调整。在单个合龙口，将“七”字型反力装置固结在较低一侧弦杆顶面，50t 机械千斤顶放置在较高侧弦杆顶面，通过反向顶升以强制消除合龙口竖向偏差。
轴线调整措施：为消除两侧悬臂端安装过程中造成的轴线相对偏差，若主桁间距呈“外八字型”，采用设置 25t 手拉葫芦及φ48mm 钢丝绳对上下游弦杆进行对拉纠偏。手拉葫芦布置示意图如下：
图5.5主桁“外八字型”轴线调整示意图
若主桁间距呈“内八字型”，则采用现场原有的□500*500mm 塔吊附着撑杆，进行顶撑调整。
图5.6 主桁“内八字型”轴线调整示意图
5.6 合龙口里程调整措施
温度调整：通过最近几日对钢梁进行 24h 观测，并通过计算得到，温度变化 10 度，100m钢梁长度变化约 14.8mm，对于主跨 375m，温度变化 10 度，长度变化约 55.5mm。 10 月上旬昼夜温差约 10 度，因此若里程在最低温度时偏差小于 55.5mm 时，可通过温度变化进行里程调整。。
跨中顶拉：若合龙最低温度时里程偏差大于 55.5mm，可在跨中位置设置反力架，通过反力架将 P4 侧钢梁向P3 侧拉动。在中跨下弦杆合龙口顶面分别设置 1 对顶拉反力装置和 1 台 200t 千斤顶，通过反向顶升以强制消除上弦合龙口里程方向偏差， 实现快速合龙。顶拉措施实施前需将 P4 墩顶临时限位解除。具体顶拉示意见下图：
图5.7 合龙口顶拉装置调位示意
根据现阶段测量结果，温度在 30 度左右时，钢梁里程与设计里程基本一致， 因此通过温度调整钢梁里程基本可以实现合龙，若通过温度调整无法实现合龙则采取顶拉措施。
5.7 合龙
合龙主桁构件安装就位，合龙口偏差调整就位后，当杆件栓孔及拼接板栓孔基本重合时，立即将上下弦杆的合龙口打入冲定、施拧普通螺栓，完成主桁架合龙。主桁架合龙后立即将 P4 墩顶临时限位全部解除，保证梁体可可通过支座自由滑动。待主桁合龙后，进行上下桥面板安装。合龙段桥面板由 X-D、X-K、SZ-G、SZ-F 组成。桥面板选用 4 个 25t 马蹄形卸扣及 4 根Φ48mm（L=13.8m），抗拉强度为1570Mpa 的钢丝绳。
6 结语
钢桁梁斜拉桥钢桁梁采用散件悬臂拼装法进行安装时，往往面临杆件构件多、线型控制与合龙难度大的问题，本文介绍了一种高低塔斜拉桥钢桁梁合龙的方法，通过现场整体布局、杆件转运方式优化、施工流程的合理调配、线型控制及合龙控制的措施，实现了红岩村嘉陵江大桥钢桁梁顺利、精准的合龙。本施工技术可为我国其他高低塔斜拉桥的合龙提供参考作用。
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