論某桁架系桿拱橋合龍施工控制技術(shù)要點

胡小波

摘要 橋梁合龍施工質(zhì)量對橋梁整體質(zhì)量及后期運營安全具有重要影響。文章以某鋼系桿拱橋中跨合龍工程為依托，對兩種不同中跨合龍方案進行比選。論述優(yōu)選方案的總體施工方法，建立橋梁有限元分析模型，探討主拱、剛性系桿合龍條件，對主拱、剛性系桿合龍工況進行敏感性分析，實現(xiàn)主拱、剛性系桿無應(yīng)力合龍，對同類工程具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞 桁架系桿;拱橋合龍;施工控制;技術(shù)要點

中圖分類號 U441.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0047-03

0 引言

中跨合龍是橋梁工程建設(shè)施工階段關(guān)鍵工序之一，實現(xiàn)桁架系桿拱橋主拱、系桿無應(yīng)力工況順利合攏，標(biāo)志著橋梁建設(shè)正式貫通[1]。基于結(jié)構(gòu)受力形式、現(xiàn)場施工環(huán)境、已有合攏條件等，選定適宜的合攏方案，是該施工環(huán)節(jié)的核心技術(shù)[3]。文章將研究分析桁架系桿拱橋合龍施工控制技術(shù)，具有重要的工程參考價值。

1 工程概況

某橋梁工程，主橋為三跨（190+552+19）m連續(xù)中承式鋼系桿拱橋，采用雙層橋面設(shè)計，橋面寬36 m，上層橋面中間為雙向6車道，兩側(cè)為人行道;下層橋面中間為雙線城軌，兩側(cè)為兩個單向車道。

2 中跨合龍方案比選

主橋鋼桁架，由架梁吊機從兩岸向跨中懸臂吊裝，中跨鋼梁合龍有同步合龍、異步合龍兩種方式，布置圖分別見圖1、圖2。

（1）同步合龍：將中跨桁拱、鋼系桿同步懸臂安裝至中跨合龍，跨中懸臂端自重、全橋壓重較大，懸臂吊裝期間，最大傾覆力達(dá)570 000 t/（m·桁），懸臂抗風(fēng)性能、穩(wěn)定性較差，施工風(fēng)險較高;主桁扣索索力不易控制，施工難度大，且施工控制桿件數(shù)量多，鋼材用量大。

（2）異步合龍：先將桁拱懸臂安裝至跨中合龍，根據(jù)中跨實際條件，合理設(shè)計臨時系桿拱，再進行鋼系桿合龍;中跨懸臂端自重、全橋壓重較小，懸臂安裝期間，懸臂受自重影響位移較小，最大傾覆力僅為418 000 t/（m·桁），遠(yuǎn)小于同步合龍方案，懸臂抗風(fēng)性能、穩(wěn)定性較高，施工風(fēng)險較低;主桁扣索僅需兩對，索力控制相對簡單，施工難度適中。

（3）綜上分析，異步合龍方案，可顯著提高懸臂抗風(fēng)性、穩(wěn)定性，降低施工風(fēng)險;主桁扣索、控制桿件更少，控制難度較小，施工難度較低，經(jīng)濟性較高，故該工程選擇異步合龍方案。

（單位：mm）

3 總體施工方法

（1）主橋鋼桁梁采用“先邊跨，后中跨”的架設(shè)施工方案;邊跨桁梁架設(shè)施工期間，設(shè)置3個臨時墩;1、2號桁梁采用吊裝安裝，架設(shè)設(shè)備采用1 000 t·m塔吊;剩余桁梁架采用懸臂吊裝安裝，設(shè)備采用2 100 t·m爬行架梁吊機。

（2）主桁鋼梁架設(shè)施工過程中，根據(jù)鋼梁架設(shè)產(chǎn)生的傾覆力矩大小，合理配置邊支點附近壓重，確保鋼梁受力平衡;邊跨鋼梁架設(shè)施工完畢后，將3個施工期間設(shè)置的臨時輔助墩依次脫空。

（3）中跨架設(shè)施工，采用“先拱后梁”方案，施工設(shè)備為大型斜拉扣掛系統(tǒng)。

4 計算模型概況

以施工圖紙標(biāo)定的構(gòu)件尺寸、材料為依據(jù)，利用有限元模型中梁、桿、索單元，建立橋梁主橋數(shù)值模型。

通過數(shù)值模型，對合龍口工況進行敏感性分析，設(shè)計合龍施工技術(shù)方案;根據(jù)實測值與理論值偏差，調(diào)整、優(yōu)化合龍方案施工參數(shù)，確保主拱、剛性系桿實現(xiàn)無應(yīng)力合龍。

5 主拱合龍控制技術(shù)

5.1 合龍分析

（1）施工過程中，采用改變邊支點、中支點相對高差的方式，調(diào)整跨中鋼梁彎矩、剪力、相對轉(zhuǎn)角，使主拱跨中達(dá)到無應(yīng)力合龍條件[3-4]，原理圖見圖3。

（2）合龍順序：下弦桁拱→上弦桁拱→斜桿→平聯(lián)。

5.2 合龍條件分析

（1）大橋的邊界條件：1）該橋梁僅北中支點一個支點點位采用固定球形鉸支座，且支座平面位置、高程已按設(shè)計參數(shù)設(shè)定;2）南邊、中支點及北邊支點處，均采用縱向活動球形鉸支座設(shè)計，南中支座高程已按設(shè)計參數(shù)設(shè)定，支點縱向可調(diào)，邊支點三向可調(diào)[5]。

（2）鋼梁架設(shè)初始位置：1）通過將邊支點預(yù)降2.3 m的方式，使合龍口呈倒八字狀，先合龍下弦桁拱，再進行上弦桁拱合龍，使桿件在合龍施工期間，處于受拉狀態(tài);2）根據(jù)合龍口偏差監(jiān)控分析，將南岸鋼梁向跨中預(yù)偏65 cm。

（3）通過合理設(shè)定橋梁邊界條件、鋼梁架設(shè)初始位置，為桁拱跨中無應(yīng)力合龍?zhí)峁┝擞欣麠l件。

5.3 合龍口誤差敏感性分析

（1）主拱合龍口誤差糾偏措施：1）通過抬升或降低邊支點高程的方式，調(diào)整合龍過程中產(chǎn)生的高程、轉(zhuǎn)角誤差;2）通過縱向頂推E15節(jié)點的方式，調(diào)整合龍過程中產(chǎn)生的縱向誤差;3）根據(jù)合龍口誤差大小、成因等，合理利用溫差、臨時設(shè)備調(diào)整誤差[6]。

（2）合龍施工前，依次架設(shè)每個節(jié)段，并在每個節(jié)段架設(shè)完畢后，測定主桁懸臂端節(jié)點坐標(biāo)，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)對合龍口誤差進行敏感性分析，為合龍方案選定、調(diào)整優(yōu)化提供支撐。

（3）降低南岸邊支點10 cm工況下，合龍口豎向誤差較大，表明合龍口豎向誤差對邊支點升降較為敏感，故可采用升降南岸邊支點的方式，對合龍口豎向誤差進行調(diào)整糾偏，見表1。

（4）通過對E15節(jié)點（南中支點）施加2 000 kN水平頂推力，E15節(jié)點位移10.0 cm，合龍誤差9.8 cm，表明合龍口縱向誤差對E15節(jié)點位移敏感，故可通過水平頂推E15節(jié)點的方式，調(diào)整合龍口縱向誤差，見表2。

（5）結(jié)合實際工況，通過水平頂推南中支點的方式，雖然可以較好地調(diào)整合龍口縱向誤差，但由于合龍施工時，南岸豎向反力較大，且主桁拱尚未成型，水平頂推南中支點，易對主桁拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響，施工安全性難以保證，故應(yīng)優(yōu)先使用其他微調(diào)措施，采用其他微調(diào)措施，無法達(dá)到合成口縱向誤差調(diào)整目的時，再采用頂推南中支點調(diào)節(jié)。

（6）采用升降南岸邊支點的方式，不會對主桁拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響，且在調(diào)整豎向誤差時，有利于調(diào)整合龍口轉(zhuǎn)角，故可采用該措施調(diào)整合龍口豎向誤差。

5.4 主桁合龍時結(jié)構(gòu)物理參量情況

（1）合龍時主桁控制桿件應(yīng)力見表3：A10-A11桿件南、北兩岸理論應(yīng)力、實測應(yīng)力，E3-E4桿件南、北兩岸理論應(yīng)力均小于施工容許值，但E3-E4桿件南岸實測應(yīng)力略大于施工容許應(yīng)力值;經(jīng)調(diào)整南岸邊跨配重，E3-E4桿件應(yīng)力得到改善。

（2）合龍時索力情況見表4。1號邊跨、中跨，2號邊跨、中跨上下游索力理論值與實際值偏差、桁偏差均在5%以內(nèi)。

（3）上下游索力偏差、桁偏差均在控制范圍以內(nèi)，合龍口無強迫位移，表明主拱實現(xiàn)了無應(yīng)力合龍。

6 剛性系桿合龍控制技術(shù)

6.1 剛性系桿合龍條件

（1）在桁拱合龍后，中跨剛性系桿安裝施工前，通過安裝臨時系桿，并對其進行張拉施工，使中跨桁拱形成系桿拱結(jié)構(gòu)。

（2）剛性系桿合同施工過程中，對合龍口產(chǎn)生的縱向位移，可通過調(diào)整臨時系桿索力的方式，或通過水平頂推南中支點的方式，對產(chǎn)生的誤差進行糾偏調(diào)整。

（3）合龍順序：上剛性系桿→下剛性系桿→輕軌平聯(lián)→輕軌縱聯(lián)。

6.2 剛性系桿合龍口誤差敏感性分析

（1）合龍口誤差糾偏措施：1）通過調(diào)整邊支點高程的方式，調(diào)整合龍口豎向誤差;2）通過調(diào)整臨時系桿索力、頂推E15節(jié)點的方式，調(diào)整縱向誤差;3）根據(jù)合龍口誤差大小、成因等，合理利用溫差、臨時設(shè)備調(diào)整誤差[7]。

（2）每完成兩節(jié)系桿安裝，進行一次誤差檢測，通過對比實測值與理論值偏差，分析誤差敏感性，結(jié)合具體工況，采取合理糾偏措施。

6.3 實際合龍情況

（1）合龍實測誤差情況見表5。

（2）糾偏措施：1）縱向誤差，通過水平頂推E15節(jié)點糾偏，合龍口縮小約6.8 cm;2）豎向誤差，通過調(diào)整吊桿及抬升南邊支點糾偏，將南邊支點抬高11 cm;3）橫向誤差，通過擺動橋面吊機力臂糾偏。

7 安全控制措施

（1）成立安全管控小組。在項目內(nèi)成立專職安全管理工作的小組，各管理部門、各管理人員肩負(fù)管理范圍內(nèi)的安全管理“一崗雙責(zé)”，構(gòu)建“大安全”工作格局。同時，全面提升項目管理人員安全意識，多措并舉提升其安全管理水平，實現(xiàn)齊抓共管安全的工作局面。

（2）做好三級安全教育。目前一些項目三級安全教育流于形式，針對性不強，應(yīng)根據(jù)各工序、各工種的不同，差異化開展安全教育，提升安全教育的實效性，凸顯安全教育效果;加強安全培訓(xùn)。目前項目一些管理人員專業(yè)受限，安全知識不足，受限于工作經(jīng)歷，對項目安全風(fēng)險源辨識不足，風(fēng)險源動態(tài)管理不佳。后續(xù)工作中，應(yīng)強化項目管理人員的安全理念，動態(tài)管理風(fēng)險源[8]。

（3）強化制度執(zhí)行。根據(jù)項目施工特點，制定并持續(xù)完善安全生產(chǎn)管理制度，強化制度執(zhí)行力，提升制度執(zhí)行的剛性，將安全生產(chǎn)管理制度落實落地，彰顯制度權(quán)威，提升制度思維，確保生產(chǎn)施工中按章操作，有效規(guī)避各項風(fēng)險。

8 結(jié)論

該文依托具體工程，研究了桁架系桿拱橋合龍施工控制技術(shù)，結(jié)論如下：

（1）主拱合龍口縱向誤差可采取水平頂推南岸中支點的糾偏措施;豎向誤差可采取升降南岸邊支點的糾偏措施。

（2）剛性系桿合龍口縱向誤差可通過水平頂推南岸中支點調(diào)整糾偏;豎向誤差可通過抬升南邊支點、調(diào)整吊桿糾偏;橫向誤差可通過擺動橋面吊機力臂糾偏。

（3）工程建設(shè)施工階段，應(yīng)根據(jù)合龍口誤差敏感性分析情況、實際偏差情況等，結(jié)合合龍工況，在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工安全的前提下，合理選擇誤差糾偏措施，為無應(yīng)力合龍創(chuàng)造良好條件。

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