大跨度三塔結(jié)合梁斜拉橋邊跨強(qiáng)制合龍施工技術(shù)

黃海歐，孫曉偉，陳超華

（中交二航局第五工程有限公司，湖北 武漢 430012）

斜拉橋合龍施工方法主要有兩種：自然狀態(tài)合龍法和強(qiáng)制合龍法。自然狀態(tài)合龍法即根據(jù)對(duì)合龍口觀測(cè)，分析計(jì)算確定合龍段長度后現(xiàn)場(chǎng)切割，在低于設(shè)計(jì)合龍溫度情況下吊裝主梁，在溫度上升過程中實(shí)現(xiàn)主梁合龍；強(qiáng)制合龍法以設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)主梁長度為依據(jù)，通過頂撐系統(tǒng)將合龍口增大，吊裝主梁后再縮小合龍口，實(shí)現(xiàn)主梁合龍，施工不受環(huán)境溫度限制、施工速度快。武漢二七長江大橋主橋?yàn)槿Y(jié)合梁斜拉橋，邊跨合龍施工成功采用了頂推強(qiáng)制合龍法，實(shí)施效果良好。

1 工程概況

武漢二七長江大橋是武漢市二環(huán)線控制工程之一，主橋采用三塔斜拉橋，主跨616m，是世界最大跨徑的三塔斜拉橋；主跨上部結(jié)構(gòu)采用工字鋼組合梁與混凝土預(yù)制板相結(jié)合的主梁結(jié)構(gòu)，是世界最大跨度的結(jié)合梁橋。主橋輔助墩至過渡墩間邊跨為90m預(yù)應(yīng)力混凝土主梁，在輔助墩處JH梁段一端通過剪力釘與混凝土主梁澆筑結(jié)合，另一端通過高強(qiáng)螺栓與鋼混結(jié)合梁相連。

根據(jù)橋型布置，全橋共有兩個(gè)邊跨合龍段和兩個(gè)中跨合龍段。兩個(gè)邊跨合龍段分別位于2號(hào)、6號(hào)墩附近。如圖1～圖3。

工程特點(diǎn)為：1）三塔斜拉橋中塔懸臂大，整體剛度小，受環(huán)境因素影響大。2）主跨上構(gòu)采用工字型鋼混結(jié)合梁，主梁剛度小，對(duì)索力、溫度、臨時(shí)荷載等各種施工因素反應(yīng)敏感。3）上構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工程序復(fù)雜。主跨上構(gòu)采用工字型鋼混結(jié)合梁，邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土配重梁，鋼混結(jié)合段結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。

圖1 武漢二七長江大橋主橋橋型布置圖（單位：m）

圖2 邊跨合龍段布置圖

圖3 工字鋼組合梁圖

2 體系轉(zhuǎn)換方法

三塔斜拉橋因中間塔頂沒有端錨索來有效地限制變位，整體結(jié)構(gòu)剛度減小、柔性增大，其變形較大。故三塔斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工體系轉(zhuǎn)換較復(fù)雜，為使整體結(jié)構(gòu)體系受力明確，保證主梁施工質(zhì)量，將系統(tǒng)受力體系轉(zhuǎn)換分為三個(gè)階段：

1）三塔分別以雙懸臂方式進(jìn)行主梁安裝施工，塔梁縱向臨時(shí)固結(jié)。

2）邊跨合龍時(shí)，將塔梁縱向臨時(shí)固結(jié)解除，并轉(zhuǎn)移到輔助墩墩頂，進(jìn)行主梁縱向臨時(shí)固結(jié)，以減小邊跨160m鋼梁溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響。

3）主跨合龍時(shí)，先合龍一側(cè)主跨，解除對(duì)應(yīng)邊跨輔助墩臨時(shí)固結(jié)；再合龍另一側(cè)主跨，解除輔助墩臨時(shí)固結(jié)；中塔始終為縱向固結(jié)狀態(tài)。

3 頂推合龍方法選擇

邊跨合龍口調(diào)整可通過頂推雙懸臂結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，也可通過頂推邊跨混凝土梁段實(shí)現(xiàn)。為保證合龍梁段能順利吊入合龍口，將雙懸臂鋼梁向江側(cè)整體偏移200mm以上，或?qū)⑦吙缁炷亮憾握w向岸側(cè)偏移200mm以上。就兩種頂推方法進(jìn)行分析比較如下：

1）頂推雙懸臂結(jié)構(gòu)

在塔柱處設(shè)置頂推設(shè)備，通過頂推雙懸臂主梁移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)合龍口的調(diào)節(jié)。

這種方案可不移動(dòng)邊跨混凝土PC梁段，頂推對(duì)邊跨永久結(jié)構(gòu)及臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)受力沒有影響。但頂推雙懸臂需將塔梁臨時(shí)固結(jié)的縱向約束解除，這樣對(duì)雙懸臂結(jié)構(gòu)主梁線形影響較大；邊跨JH梁段安裝時(shí)存在一定誤差，采取雙懸臂頂推工藝，將不利于誤差調(diào)整和梁段匹配，會(huì)影響主跨主縱梁累計(jì)誤差。

2）頂推邊跨混凝土PC梁段

在邊跨輔助墩墩頂布置頂推設(shè)備，通過頂推邊跨PC梁移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)合龍口的調(diào)節(jié)。

這種方案不解除塔梁臨時(shí)固結(jié)，在頂推時(shí)邊跨JH梁安裝誤差可以調(diào)整，有利于梁段匹配連接，且不會(huì)累計(jì)到主跨鋼梁拼裝誤差。缺點(diǎn)是頂推邊跨混凝土PC梁段會(huì)對(duì)邊跨永久性結(jié)構(gòu)（PC梁、1號(hào)、2號(hào)墩柱）和臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響；頂推力很大，安全風(fēng)險(xiǎn)大；受邊跨鋼梁溫度變形影響，混凝土PC梁段將往返移動(dòng)，易損壞。

3）方法選擇

綜合兩種頂推方法對(duì)永久結(jié)構(gòu)和臨時(shí)結(jié)構(gòu)影響，并從施工安全角度考慮，頂推雙懸臂主梁工藝較合理。但需要解決頂推布置、頂推臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力和同步性控制問題。

4 合龍口調(diào)整方法

1）合龍口線形調(diào)整方法選定如下三種，現(xiàn)進(jìn)行綜合比較：

①調(diào)整前端3對(duì)斜拉索索力；

②在JH梁段底設(shè)托架，調(diào)整合龍口高程及轉(zhuǎn)角；

③調(diào)整前端1對(duì)斜拉索索力及配臨時(shí)荷載。見表1。

表1 合龍口匹配調(diào)整方案比較

綜合分析各種因素，確定采用方案三，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，合龍前，密切觀測(cè)合龍口，通過現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)荷載微調(diào)，使合龍口兩端位移及轉(zhuǎn)角達(dá)到相同狀態(tài)。

2）通過結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行建模計(jì)算，對(duì)索力調(diào)整、溫度變化、臨時(shí)堆載等各種因素對(duì)主梁影響的敏感度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表2及圖4。

表2 主梁線形敏感度分析表

圖4 主梁線形敏感度計(jì)算匯總

5 邊跨合龍施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 施工準(zhǔn)備

1）合龍段尺寸確定

施工至合龍前5個(gè)節(jié)段時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及各鋼梁實(shí)際加工尺寸誤差，對(duì)合龍段理論長度進(jìn)行修正，確定加工尺寸并進(jìn)行制造。

2）鋼混結(jié)合段及邊跨混凝土主梁施工完畢，按監(jiān)控要求完成預(yù)應(yīng)力張拉。

3）連接板配鉆螺栓孔

在合龍口兩側(cè)主梁上布設(shè)測(cè)量點(diǎn)（根據(jù)監(jiān)控要求確定位置），選擇風(fēng)力較小的天氣，每間隔兩小時(shí)測(cè)量一次合龍口間距及相鄰主梁的高程，同時(shí)測(cè)量大氣溫度、主梁內(nèi)表溫度，根據(jù)監(jiān)控要求，連續(xù)觀測(cè)1～2晝夜。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行合龍段ZL1與JH梁段接頭連接板螺栓孔開孔。

4）調(diào)位千斤頂布置

邊跨合龍前，解除主塔處設(shè)置的縱向限位桿件，安裝合龍調(diào)位千斤頂。根據(jù)建模計(jì)算，雙懸臂主梁向一側(cè)頂推20 cm所需頂推力1 235 kN，即上下游頂推力均為617.5 kN。在支座墊石及主梁ZL12的反力耳座間布置250 t千斤頂，共4臺(tái)，千斤頂布置見圖5。

5.2 合龍段起吊連接

啟動(dòng)頂撐系統(tǒng)，放松江側(cè)千斤頂，頂撐岸側(cè)千斤頂，將主橋雙懸臂結(jié)構(gòu)向江側(cè)移動(dòng)20 cm。在頂撐過程中，上下游兩側(cè)千斤頂統(tǒng)一指揮，以3 cm為一行程進(jìn)行，保證上下游千斤頂同步。橋面吊機(jī)吊裝合龍段ZL1兩根主梁，與S10號(hào)索梁段ZL2間高強(qiáng)螺栓連接。

5.3 頂推合龍

回頂千斤頂，使合龍口鋼主梁最小距離控制在4 cm（考慮10℃溫差，160m鋼梁伸長量約2 cm），鎖住千斤頂，安裝墊塊，將主梁縱向臨時(shí)約束，進(jìn)行合龍口線形微調(diào)。

1）高程及轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)：調(diào)整S10斜拉索索力，并在ZL2梁端設(shè)置臨時(shí)水箱，使合龍段主梁ZL1端頭緩慢下落，與JH梁段相匹配。

2）主梁軸線調(diào)節(jié)：在合龍口布置手拉葫蘆，一端連接ZL1梁段主梁端頭，另一端連接JH梁段，通過手拉葫蘆收、放進(jìn)行主梁軸線調(diào)整（見圖5）。連續(xù)觀測(cè)合龍口上下游、梁頂梁底間距、軸線偏差等，計(jì)算合龍口轉(zhuǎn)角偏差，進(jìn)一步反復(fù)調(diào)整，直至合龍口兩側(cè)主梁高程、轉(zhuǎn)角及軸線吻合后，將拼接板安裝在JH梁段。

圖5 主塔處調(diào)位千斤頂布置圖

3）縱向里程調(diào)節(jié)：主梁縱向里程調(diào)節(jié)通過頂推裝置完成。選擇環(huán)境溫度恒定時(shí)（凌晨），解除縱向臨時(shí)約束，將鋼梁上下游千斤頂同時(shí)向岸側(cè)頂推，控制合龍口最小寬度為2 cm，仔細(xì)觀察連接板螺栓孔與主梁螺栓孔匹配情況，當(dāng)螺栓孔孔眼重合時(shí)，停止調(diào)位千斤頂，快速用沖釘將孔位固定，采取先施打底板沖釘、后腹板工藝，當(dāng)ZL1梁段與JH梁段間連接板50%沖釘就位后，安裝50%高強(qiáng)螺栓并初擰。抽換沖釘并終擰高強(qiáng)螺栓，實(shí)現(xiàn)主梁合龍，即主橋邊跨合龍，同時(shí)解除塔梁臨時(shí)固結(jié)。

6 頂推合龍實(shí)施效果

武漢二七長江大橋北邊跨合龍施工于7月15日22∶30正式開始，于7月17日4∶30完成主梁合龍，用時(shí)30 h。施工時(shí)環(huán)境溫度23～30℃，大于設(shè)計(jì)合龍溫度16.8℃，實(shí)際頂推距離250mm，滿足了鋼主梁吊裝空間要求。

在合龍口頂推時(shí)，上游千斤頂頂撐力最大達(dá)820 kN，下游千斤頂頂撐力最大達(dá)700 kN，頂撐力大于建模計(jì)算617.5 kN，其原因是由塔區(qū)梁段ZL12支座的摩擦力以及增大的頂推位移造成的。在合龍口縮小過程中，上、下游千斤頂頂撐力最大分別達(dá)到910 kN、880 kN，頂撐力較合龍口增大時(shí)變大，主要是由塔區(qū)梁段ZL12支座的摩擦力、合龍段主梁ZL1重量共同作用造成的。

合龍前，實(shí)測(cè)合龍口尺寸偏差，ZL1梁段上游側(cè)頂板偏高266mm，頂口較底口間距寬5mm，軸線偏下游34 mm；ZL1梁段下游側(cè)偏高24.5 cm，頂口較底口寬5mm，軸線偏下游31mm。通過調(diào)索、壓載以及上下游間拉索調(diào)整后，ZL1梁段上下游高程均小于1mm，頂?shù)装逄幗涌p寬差約1mm，軸線偏差小于2mm，ZL1梁段與JH梁段匹配良好，順利的完成了高強(qiáng)螺栓的安裝施工。

7 結(jié)語

武漢二七長江大橋邊跨合龍施工順利，確保了大橋按時(shí)通車，主梁線形及應(yīng)力狀況完全符合設(shè)計(jì)要求，頂推強(qiáng)制合龍施工方法得到了順利實(shí)施。

通過前端索力調(diào)整、配重調(diào)節(jié)、拉索設(shè)置等措施，使主梁線形匹配效果良好；采用頂推系統(tǒng)調(diào)節(jié)合龍口尺寸，在非“設(shè)計(jì)合龍溫度”條件下實(shí)現(xiàn)主動(dòng)合龍。與溫度自然合龍法相比，更符合橋梁設(shè)計(jì)理念，施工不受環(huán)境條件約束，速度快，在結(jié)合梁、鋼梁斜拉橋建設(shè)領(lǐng)域具有較高的推廣價(jià)值。

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