大跨钢桁拱桥施工技术与创新

刘丹，程多云，王元鑫

（中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430040）

大跨钢桁拱桥施工技术与创新

刘丹，程多云，王元鑫

（中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430040）

珠海横琴二桥主桥上部结构为的三跨钢桁系杆拱桥，主桥桁拱施工采用杆件散拼工艺，南北两岸对称拼装。边跨除1号、2号节间采用汽车吊平台拼装外，其余均采用架梁吊机悬臂吊装。中跨按照先拱后梁方式，辅助以斜拉扣挂系统采用架梁吊机悬臂吊装，待拱圈实现合龙后，再用桥面吊机安装刚性系杆至桥面合龙。为了满足航道通航标准，提高施工效率，缩短施工工期，刚性系杆合龙施工过程取消了临时系杆，创新性地以临时锁定纵向活动支座代替承受施工期间的拱脚水平力，为系杆拱桥施工提供了新思路，也对施工工艺和临时结构的可靠性提出了较高的要求。

横琴二桥；钢桁系杆拱桥；悬臂吊装；斜拉扣挂系统

1 工程概况

珠海横琴二桥位于广东珠海市境内，是贯穿珠海的交通要道——金鼎-高栏港路中的控制性工程。主桥为中承式公路系杆钢桁拱桥，跨径布置为100 m+400 m+100 m，拱肋下弦矢高90 m（图1），节间长度有12 m、14 m、16 m三种，主桁横向中心间距36 m，设双向公路六车道。

桁拱为变高度，拱顶处桁高7 m，拱脚处桁高46.68 m，边墩处桁高11 m。主拱采用整体式节点，最大杆件重110 t。中跨桥面通过27对柔性双吊杆与拱圈相连，通过控制吊杆力调整桥面线形平顺性。中跨通航孔上方设置刚性系杆与柔性系杆共同作用的混合系杆，平衡拱的水平推力。桥面系为密纵梁体系叠合混凝土桥面板结构形式，26 cm厚的预制预应力混凝土桥面板通过湿接缝与横纵梁表面的剪力钉连接形成整体，共同受力，成桥后桥面进行沥青铺装。另外，为了减少边跨

配重量，南北边支点均设置了混凝土边门式墩，单个门式墩混凝土用量超过1 100 m3。

主体拱梁结构采用Q420、Q345级钢，吊杆采用强度为1 670 MPa的成品平行钢丝斜拉索，柔性系杆为强度等级1 860 MPa的钢绞线。边门式墩混凝土标号为C60。

钢桁拱桥上部结构施工方法很多，根据环境限制条件、经济性、工期要求等多方面综合考虑，可以选择转体、顶推、节段架设等不同的施工方法[1-2]。本桥特点为跨度大、桥下为I级航道、节点螺栓连接精度要求高，因此选择了架梁吊机悬臂拼装的施工方法。

图1 主桥总体布置图Fig.1 Elevation view of main bridge

2 钢梁总体架设方法

上部结构钢拱梁采用从南（高栏港侧）北（珠海大道侧）两岸向跨中架设，在跨中合龙的总体施工方法。边跨设置辅助墩，采用架梁吊机悬臂架设。考虑到中跨采用拱梁并进架设方法会导致悬臂端自重过大，合龙杆件多，控制难度大，且桥址位于大风频发地区，须尽快形成稳定结构体系，保证施工期的安全，中跨钢拱梁最终选择采用先拱后梁的架设方式进行施工[3]。

3 钢桁拱施工技术

3.1 边跨钢桁拱架设

边跨100 m钢桁拱采用临时墩辅助拼装。为满足北岸中支点精确定位以及主桁拱跨中无应力合龙的需要，拼装前，根据初始安装关键参数对安装起点进行定位[4]。根据施工全过程计算分析结果，确定北岸（有固定主墩P1的岸侧）边支点处起始钢梁G0节点相对设计标高预降0.9 m，相对设计里程向跨中预偏0.1 m；南岸（有活动主墩P2的岸侧）边支点处钢梁G0′节点相对设计标高预降0.9 m，相对设计里程向跨中预偏1.53 m。为了配合钢梁预降施工，边墩P1、P4墩顶预留1.45 m不施工，并在其上布置顶升设备和限位系统，用于施工过程中的边支点调位。待主跨钢桁拱梁合龙，将边支点G0节点顶升至设计标高后，再施工边墩预留部分。

南北边跨各设置了3个临时墩辅助边跨钢梁架设，其中1号、2号临时墩为φ800 mm×10 mm钢管打入桩基础形式，分别位于G1、G2节点下方，3号临时墩为钻孔灌注桩+承台+φ800 mm× 16 mm钢立柱结构形式，位于G4节点下方。另外，3号临时墩墩顶还设置了纵横移及限位装置，用于边跨钢梁整体调整和精确定位中支座。

初始1号、2号节间拼装完成后，在其上弦杆件上拼装80 t半回转架梁吊机，后续钢桁拱梁架设均采用架梁吊机悬臂拼装。4号节间架设完毕后，3号临时墩受力，此时利用边墩千斤顶顶升边支点，脱空1号临时墩，见图2。继续伸臂架设5号、6号节间，6号节间架设完毕后顶升边支点，脱空2号临时墩。然后安装主墩永久支座及拱脚G7节点，其中，北岸固定主墩支座及G7节点安放至设计位置，南岸活动主墩支座及G7′节点自然安放至设计里程以北1.62 m。悬臂安装G6G7杆件，利用主墩顶千斤顶微调G7节点纵向位移和转角，实现G6G7杆件与拱脚G7节点对接，完成边跨合龙，见图3。继续架设7号节间剩余上弦杆、主梁、腹杆，完成边跨100 m主拱

钢梁架设。由于主墩上方杆件数量多、构型复杂，为了实现杆件拼装栓孔精确对位，现场施工结合了顶升边支点、调节拱脚G7节点角度等措施，辅助杆件顺利拼装。

图2 边跨准备脱空1号临时墩Fig.2 Prepare to disengage No.1 auxiliary pier

图3 边跨合龙Fig.3 Closure of side span

3.2 中跨钢桁拱架设

从主拱8号节间，开始中跨钢桁拱架设。除拱脚上方个别超重杆件采用250 t浮吊吊装外，其余杆件均采用架梁吊机，按照从下至上的原则按顺序从南北两岸对称悬臂拼装。架设完9号节间后，将北岸固定墩支座精确定位，保持与成桥设计位置一致，完成支座安装，后续施工不再调整。在南岸活动墩支座与支座挡块之间塞入条形限位挡块，将南岸中支点临时锁定，在设计里程偏跨中1.62 m处纵向限位。10号节间架设完毕后，南北两岸均顶升边支点，脱空3号临时墩，钢梁约束体系转化为简支悬臂梁受力体系。

随着钢梁向跨中架设，悬臂不断伸长，在自重作用下，悬臂端下挠量与悬臂根部内力越来越大。为了保证施工过程中钢梁安全，并使钢梁线形满足中跨合龙的要求，南北岸各设置了1套斜拉扣挂系统辅助钢梁架设（见图4）。主墩承台顶上下游各安装1台250 t·m塔吊作为扣塔构件安装起重设备。扣塔底部铰接支承在主墩上方上弦A7节点，顶部锚梁伸出边中跨各两对斜拉索，拉索下端分别锚于边跨E0、E1节点以及中跨A14、A18节点。架设完16号节间后，张拉下层扣背索；架设完20号节间后，张拉上层扣背索。另外，扣塔自身架设过程中还张拉了三层风缆，保证扣塔施工过程中的稳定性及垂直度。

图4 斜拉扣挂系统立面布置Fig.4 Elevation view of cable-stayed system

悬臂架设过程中，考虑抗倾覆稳定性的要求，在边跨进行了配重。配重材料为预制混凝土桥面板，每岸配重量达1 080 t。

3.3 中跨合龙

钢梁北岸悬拼至22号节间，南岸悬拼至23号节间后，钢梁准备合龙。合龙口为北岸23号节间，包括上下游下弦杆、上弦杆、斜腹杆，共6个合龙对接接头（见图5）。

图5 合龙段主桁构件布置图Fig.5 Elevation view of closure segment

主拱合龙具有以下特点：

1）悬臂长，拱顶处竖向刚度较小，悬臂端挠度、转角较大。

2）合龙段不设长圆孔，要求杆件栓孔群精确对位，实现主拱无应力合龙。

3）珠海温度变化大，大风天气多，合龙受环境因素影响大，必须经过连续严密监测，确定合适的合龙时机。

4）合龙调位时，悬臂端纵向、竖向、转角位移相互影响，必须采用多种手段结合，实现主拱无应力合龙。

5）初始钢梁架设时支点预偏、预降措施一方面为主拱合龙创造了基础条件，另一方面也限制了边支点、中支点调整范围，需考虑其他合龙口调整措施，准备合龙应急预案。

6）合龙状态为悬臂钢梁、斜拉索、扣塔共同作用的复杂受力体系，且主结构及临时结构受力大，必须随时监测应力变化情况，保证结构安全。

根据敏感性分析计算结果（表1），主拱合龙准备了多种调位措施。合龙口调位装置包括：①边墩顶升装置，即南北上下游各布置2台800 t千斤顶竖向顶升边支点，可用于调节两岸悬臂端纵向、竖向、转角位移。②中墩顶推装置，即南岸上下游各布置2台800 t千斤顶水平顶推纵向活动支座，整体移梁，调节合龙口纵向距离。③悬臂端对拉装置（图6），即设置多组20 t手拉葫芦挂于合龙口两侧上下游弦杆上，平行或对角对拉纠偏，消除两侧悬臂端自身断面偏差及合龙口南北岸相对偏差。④合龙口对拉/对顶装置（图7），即在上下弦杆合龙口分别设置对拉/对顶反力座和2台150 t千斤顶，通过反向顶升以强制消除上弦合龙口纵向偏差。⑤“7”形反力座装置（图8），即在较低侧悬臂端安装“7”形反力座，通过反向顶升以强制消除上下弦合龙口和腹杆合龙口竖向及转角偏差。

实际现场合龙时，仅采用了顶升边支点以及悬臂端反力座两种调位手段，顺利完成主拱合龙。具体施工过程为：利用北岸架梁吊机吊装上下游共6根合龙杆件，并将其与北岸22号节点相连。凌晨大气温度接近设计温度20℃且相对稳定时观测得到，下弦合龙口存在0.01 m高差和0.035 m纵向位移差。综合考虑竖向、纵向调节效果，结合有限元分析预测量，将北岸边支点顶升0.015 m，南岸边支点顶升2 cm，使主拱下弦杆合龙口高差为零，且合龙口纵向缝宽差量仅2～3 mm。继续等待，至温度略升高时，观察到下弦杆端部螺栓群与拼接板螺栓群孔达到精确对位，满足合龙要求，此时顺利打入下弦杆合龙冲钉。下弦杆合龙后，斜腹杆和上弦杆接头处微小差量即可借助“7”形反力座，强制调平，打入冲钉完成主拱合龙。

表1 主拱合龙敏感性分析Table1 Sensitive analysis of arch closure

图6 悬臂端对拉葫芦Fig.6 Hand chain hoists at cantilever

图7 合龙口对顶装置Fig.7 Oppositely pulldevice

图8 “7”形反力座Fig.8"7"shaped reaction device

4 主梁刚性系杆施工

4.1 南岸中支点限位

主拱合龙后，解除南岸中支点纵向临时限位，开始架设中跨刚性系杆并张拉相应吊杆。以往大跨钢拱桥桥面刚性系杆架设时，采用在拱梁结合点间张拉临时柔性系杆的方法，一方面可以通过控制系杆力调节刚性系杆合龙口距离，另一方面提早形成系杆拱受力体系，利用临时系杆抵消刚性系杆架设过程中的水平力[5-6]。横琴二桥桥下为I级航道，来往船只繁忙，为了满足航道通航标准，同时提高施工效率，节省临时系杆超长钢绞线张拉工序，施工过程取消了临时系杆，代替以临时锁定纵向活动支座来实现纵向位移调整，并承受施工期间拱脚处的水平反力。

采用70 t全回转桥面吊机吊装中跨刚性系杆，刚性系杆合龙段为南岸E23节点。随着刚性系杆架设，南中支点活动支座逐渐向边跨偏移，为了保证合龙口距离，根据理论分析计算结果，将南岸中支点临时锁定支座中的限位调节块提前放置于设计里程偏跨中0.52 m处，当南中支点自然滑动至该位置时，实现南岸拱脚纵向被动限位（见图9）。该方法的创新性在不改变主结构受力体系的前提下，通过改造传统的纵向滑动支座，对合龙口距离预判后进行中支点纵向限位，同时后备纵向千斤顶微调功能，实现了刚性系杆无应力合龙。此项技术不仅操作方便快捷，并且可实现合龙口端部节点位移的精细化调整，非常有利于无应力合龙控制。

图9 南中支点限位Fig.9 Locking of south G7'joint

4.2 刚性系杆合龙

北岸架设完E23节点，南岸架设完E22节点，准备刚性系杆合龙。合龙口高差调节可通过改变吊杆长度或调节合龙口“7”形反力座实现。纵向根据48 h连续观测结果，等待合适温度，监测合龙间距满足要求后再进行合龙杆件安装。实际现场刚性系杆合龙施工在1 h内顺利完成。如果全天温度变化均不能满足无应力合龙间距要求，可解除南中支座限位，并通过南岸主墩墩顶设置的2台800 t纵向千斤顶顶推南中支点，带动南侧钢梁，微调合龙口距离，直至合龙口纵向间距刚好达到合龙段杆件无应力拼装的要求，实现刚性系杆合龙。为使纵向顶推系统能够承受巨大的水平剪力作用，专门设计了主墩墩顶抱箍装置（图10），四面环抱主墩墩顶及垫石，其上设置千斤顶反力座，顶推力与摩擦力自平衡，墩身不承受额外的顶推水平荷载。

图10 主墩墩顶抱箍装置Fig.10 Holt hoop iron at the top of the main pier

5 结语

1）主桥施工采用先拱后梁的架设方式，初始架设时即制定了预偏、预降等关键参数，为主拱合龙创造了基础条件；架设至16号、20号节间时，又通过斜拉扣挂系统对主拱线形进行主动调整，确定了总体合龙姿态；最终架设至23号节间合龙口，经过48 h连续温度观测，选择合适时机吊装合龙口主桁杆件，并借助边支点顶升、悬臂端反力牛腿措施进行精细化微调，使得栓孔群短时间内即达到精确对位目标，顺利打入接口处冲钉，实现3 h主拱快速合龙。

2）刚性系杆合龙取消了临时柔性系杆张拉，减少了对桥下通航的影响，提高了施工效率，缩短了施工工期，节省了长拉索材料，经济效果明显。刚性系杆合龙南中支点被动限位、后备主动顶推技术，可操作性强，易于控制，外部施工因素对合龙的影响小，合龙口间距调位精度高，适用于大跨公路钢桁拱桥刚性系杆合龙施工。

3）设计了活动支座临时限位装置，应用于中支点纵向大距离调位，可通过灵活改变支座限位块个数，配合塞垫钢板措施，实现中支点任意纵向位移临时约束，辅助主拱及刚性系杆合龙。

4）设计了活动中支座大吨位顶推系统，利用抱箍提供顶推反力，主墩不承受额外水平推力，保证了主墩结构的安全。

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Construction technology and innovation of long-span steel truss arch bridge

LIU Dan,CHENG Duo-yun,WANG Yuan-xin
（CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei430040,China）

The main bridge of the second Hengqin Bridge in Zhuhai is a three span steel truss tied-arch bridge.The arch bridge construction adopts the bar component assembling technique,it is assembled symmetrically from side span to middle span.Except for No.1 segment and No.2 segment of side span assembled by truck crane,all the other truss segments are assembled by girder erection crane using cantilever erection method.Arch first beam late method is adopted for middle span construction,and cable-stayed system is set up to help mid-span arch erection.After arch closure,rigid tie bar segments of mid-span can be erected by deck derrick crane to closure.Instead oftemporary flexibility tie bar,temporary locked bearing has been invented to resistant horizontal force at arch springer during rigid tie bar construction,so as to satisfy navigation requirement of first grade waterway at worksite.This technology provides new idea for closure of tie-bar bridge,as well as challenge for construction technology and reliability ofthe temporary structure.

the second Hengqin Bridge;steel truss tied-arch bridge;cantilever erection;cable-stayed system

U445.46

B

2095-7874（2015）12-0057-05

10.7640/zggwjs201512014

2015-06-05

2015-08-07

刘丹（1986—），女，河北石家庄市人，硕士，工程师，桥梁工程专业。

E-mail：liudan 2005@126.com