呂品晶

（中國鐵建十六局集團(tuán)第五工程有限公司 河北唐山 064000）

大跨混合梁斜拉橋邊跨采用剛度較大的混凝土梁結(jié)構(gòu)作為配重，主跨采用鋼箱梁來減輕自重[1]，因此大跨度混合梁斜拉橋有橋下結(jié)構(gòu)自重小、跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)美觀、架設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)，而主跨鋼箱梁的架設(shè)質(zhì)量和施工精度對(duì)橋梁的線形及內(nèi)力具有關(guān)鍵意義。鋼箱對(duì)于日照、溫度等環(huán)境因素較為敏感，容易受到環(huán)境和施工荷載的影響發(fā)生變形，因此斜拉橋主跨鋼箱梁如何精準(zhǔn)合龍成為了橋梁建設(shè)中需要關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)。該文以贛江特大橋?yàn)楸尘?，通過數(shù)值模擬和理論計(jì)算，對(duì)合龍施工進(jìn)行了分析，確定了合理的施工方案。

1 工程概況

贛江特大橋地處章江、貢江兩江匯合口下游1.9 km，位于贛江的起始河段，全長2 155.64 m（主橋?yàn)?5+40+60+300+60+40+35 m混合梁斜拉橋），主梁由混凝土箱梁、組合梁和鋼-混結(jié)合段組成。組合梁采用箱形組合梁型式，設(shè)置弧形風(fēng)嘴，橋面寬16.3 m，梁高4.5 m（組合梁中心線處）。共分23個(gè)節(jié)段（鋼混結(jié)合段2段，標(biāo)準(zhǔn)梁段20段，合龍段1段），其中合龍段為4 m。

2 合龍施工方案

2.1 合龍施工方法

混合梁斜拉橋在施工過程中，受限于無法達(dá)到理想的施工狀態(tài)，因此在進(jìn)行合龍施工時(shí)，合龍口必然存在偏差，根據(jù)不同的誤差處理方法，混合梁斜拉橋中跨的鋼梁合龍方法主要分為“配切合龍”與“加載合龍”兩種[2,3,4]?！芭淝泻淆垺奔锤鶕?jù)合龍口實(shí)際長度進(jìn)行合龍段的加工。此方法施工簡便，達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)進(jìn)行合龍段施工即可，但是由于溫度變化的影響，會(huì)導(dǎo)致合龍后會(huì)改變構(gòu)件的無應(yīng)力狀態(tài)[2]，會(huì)對(duì)成橋的整體狀態(tài)有一定影響?！凹虞d合龍”即通過對(duì)梁體施加外力使主梁合龍口的寬度達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)狀態(tài)，在不改變合龍段的狀態(tài)下使兩者匹配。此方法不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生改變，但是施工時(shí)需解除梁體的臨時(shí)約束，并通過頂推設(shè)備對(duì)梁體進(jìn)行施力，施工較為復(fù)雜。

結(jié)合本橋?qū)嶋H情況，考慮到“加載合龍”在進(jìn)行施加外力過程中，可能會(huì)導(dǎo)致斜拉索角度發(fā)生改變，不確定性較高，且施工繁瑣等因素，本工程選擇采用“配切合龍”進(jìn)行施工。

2.2 合龍施工流程

因贛江橋合龍段預(yù)制橋面板長度7.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段橋面板長11.4 m，大于合龍段長度4 m，無法從合龍口吊裝上橋安裝。因此在安裝合龍段前應(yīng)先把合龍段及合龍段前一段預(yù)制橋面板提前吊裝到橋面上存放。待鋼梁安裝后再用橋面吊機(jī)安裝對(duì)應(yīng)橋面板。具體施工步驟如下：（1）用兩臺(tái)橋面吊機(jī)從兩側(cè)對(duì)稱安裝鋼箱梁及橋面板，水流東西兩側(cè)分別安裝至M11’、M12’節(jié)段，并將合龍段的橋面板吊至M12節(jié)段放置，將M12’節(jié)段的橋面板吊至M11’節(jié)段放置，如圖1所示；（2）更換吊具，利用兩臺(tái)橋面吊機(jī)共同吊裝M12’節(jié)段鋼箱梁；（3）水東側(cè)橋面吊機(jī)安裝M12’節(jié)段橋面板，并完成M12’節(jié)段鋼絞線張拉；（4）對(duì)合龍口進(jìn)行連續(xù)48 h觀測(cè)，觀測(cè)頻率為1 h。采用坐標(biāo)觀測(cè)和鋼尺兩種方式測(cè)量合龍口間距各測(cè)控點(diǎn)高程；（5）根據(jù)觀測(cè)結(jié)果確定合龍段下料長度以及合龍施工時(shí)間，之后利用水西側(cè)橋面吊機(jī)進(jìn)行節(jié)段匹配。節(jié)段匹配連接完成后，將鋼梁進(jìn)行調(diào)平，并使用馬板進(jìn)行環(huán)縫固定；（6）鋼梁合龍完成后，進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)拆除，拆除順序?yàn)椋?5#臨時(shí)固結(jié)→36#臨時(shí)固結(jié)。

圖1 M12’節(jié)段鋼箱梁安裝示意圖

3 合龍施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 合龍口連續(xù)觀測(cè)

鋼箱梁合龍口對(duì)溫度變化較為敏感，施工時(shí)發(fā)溫度變化可能會(huì)使合龍口與合龍段無法匹配。為了防止此類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，需要對(duì)合龍口進(jìn)行連續(xù)48 h觀測(cè)。通過監(jiān)控合龍口主梁高程、合龍口的寬度以及主梁軸線偏位情況，觀測(cè)時(shí)要配合觀測(cè)構(gòu)件溫度場(chǎng)。觀測(cè)頻率為1h/次，觀測(cè)部位包括鋼箱梁的頂板、底板、斜腹板、豎腹板等重要部位。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果確定對(duì)合龍口寬度隨溫度變化規(guī)律，確定合龍口寬度。

3.2 合龍段配切長度及合龍時(shí)間確定

通過對(duì)鋼箱梁連續(xù)觀測(cè)來確定合龍時(shí)間、合龍溫度及合龍段配切長度。

（1）合龍時(shí)間。由于鋼梁焊接時(shí)間比較長，故合龍段鋼梁與兩側(cè)主梁固定采用碼板+鋼梁腹板焊縫共同受力的形式。經(jīng)計(jì)算合龍口軸力與溫度的關(guān)系如式：

式中，N為碼板軸力，單位：kN，為負(fù)值時(shí)表示受拉，為正值時(shí)表示受壓；T為主梁的溫度；T0為合龍溫度。

鋼梁合龍計(jì)劃時(shí)間為8月30日，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)當(dāng)天環(huán)境溫度為24℃～33℃，日落時(shí)間為18:00，合龍時(shí)間確定為20:00～8:00。

（2）合龍時(shí)溫度。根據(jù)工人腹板焊接時(shí)間，一側(cè)焊接時(shí)間為4 h，所以最終合龍溫度為凌晨3:00時(shí)的溫度。

（3）合龍時(shí)鋼梁長度。鋼梁合龍?jiān)O(shè)計(jì)溫度為19℃，設(shè)計(jì)長度為4 000 mm。合龍前對(duì)跨中合龍后長度隨溫度關(guān)系進(jìn)行為期2 d的連續(xù)觀測(cè)，并選擇在當(dāng)天溫度最低，且溫度穩(wěn)定情況下合龍口長度（應(yīng)考慮焊接工藝需求）作為合龍段鋼梁下料長度?？缰泻淆埧诘拈L度可由下式計(jì)算得出：

式中，L為合龍口長度；L0為設(shè)計(jì)長度4 000 mm；T為主梁的溫度；T0為設(shè)計(jì)溫度19℃。

3.3 合龍段吊裝及焊接

由于合龍段尺寸較小，吊裝方式采用單側(cè)起吊，起吊前對(duì)36#主塔側(cè)第11對(duì)、第12對(duì)索進(jìn)行索力調(diào)整，使主梁達(dá)到適合合龍段吊裝的狀態(tài)。合龍段施工應(yīng)選在溫度穩(wěn)定、風(fēng)速較小等天氣良好的時(shí)間進(jìn)行，一般橋面高程處陣風(fēng)風(fēng)速不超20 m/s[5]。合龍段施工在夜間進(jìn)行，應(yīng)在白天將合龍段吊裝至合龍口底部，并做好穩(wěn)定措施，防止在空中停吊時(shí)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

3.4 合龍段焊接

合龍段裝配時(shí)，先將一側(cè)與主梁進(jìn)行匹配連接，然后調(diào)整另一端位置，通過對(duì)比軸線以及高程將合龍段與主梁調(diào)整匹配。節(jié)段間用匹配件匹配連接完成后，需在底板、頂板、腹板上用臨時(shí)馬板固定，并將局部有變形錯(cuò)臺(tái)位置碼平，從而完成節(jié)段間順利匹配連接，待環(huán)縫焊接完成后割除。在橋面吊機(jī)吊裝條件下，碼板僅用于鋼梁對(duì)接鋼板的調(diào)平，僅受到很小的應(yīng)力。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 主梁變形分析

大跨度橋梁施工的施工質(zhì)量，很大程度上會(huì)表現(xiàn)在梁體線型上，為了驗(yàn)證合龍施工預(yù)期施工精度，采用有限元軟件建立了贛江特大橋鋼箱梁合龍施工全階段模型，對(duì)主梁豎向變形以及合龍段轉(zhuǎn)角進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 主梁變形分析表

從以上計(jì)算結(jié)果可得，大橋合龍段標(biāo)高誤差及鋼梁合龍的轉(zhuǎn)角滿足施工與規(guī)范要求。

4.2 索力分析

大跨斜拉橋在施工時(shí)需要經(jīng)歷多個(gè)施工階段以及體系轉(zhuǎn)換后才能達(dá)到設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)[6]。斜拉索作為斜拉橋的關(guān)鍵構(gòu)件，在不同施工條件、不同施工進(jìn)度下確定斜拉橋施工狀態(tài)方面起關(guān)鍵性作用，通過調(diào)整索力來控制各施工階段的施工狀態(tài)是斜拉橋的一大特點(diǎn)。經(jīng)施工階段模擬結(jié)果可知，贛江特大橋鋼箱梁合龍施工在各施工階段的索力均為超過設(shè)計(jì)的成橋索力，且最后的理論成橋索力與設(shè)計(jì)的成橋索力偏差最大為3.5%，偏差普遍在2%以內(nèi)（見圖2），滿足施工與設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

圖2 索力偏差值

4.3 主梁應(yīng)力分析

根據(jù)計(jì)算模型，對(duì)主梁-鋼混疊合梁各施工階段的主梁應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，可作為確定橋梁施工狀態(tài)的依據(jù)，及時(shí)地了解并控制在各施工階段過程中的主梁最大應(yīng)力。

根據(jù)計(jì)算模型結(jié)果可知，主梁各截面最大應(yīng)力分別出現(xiàn)在鋼梁頂面以及橋面板底面，主梁各主要截面應(yīng)力極值見圖3。

圖3 主梁各截面應(yīng)力極值

從圖3所示結(jié)果可看出，在各施工階段，主梁-鋼混疊合梁的鋼梁與混凝土橋面板均為受壓狀態(tài)，未出現(xiàn)受拉的應(yīng)力，且跨中兩側(cè)主梁受力較為均勻，施工效果較好，滿足施工規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

（1）討論了“加載合龍”和“配切合龍”的施工特點(diǎn)，并確定了適合贛江特大橋鋼箱梁合龍的施工方法為“配切合龍”；（2）提出了合龍段配切長度以及合龍時(shí)間的計(jì)算公式，結(jié)合實(shí)際施工情況給出了合龍施工的具體時(shí)間及合適的施工溫度；（3）合龍段為單側(cè)起吊，在起吊前對(duì)36#主塔側(cè)第11對(duì)、第12對(duì)索進(jìn)行索力調(diào)整，防止出現(xiàn)主塔兩側(cè)索力索力不平衡問題，確保合龍段起吊時(shí)的結(jié)構(gòu)安全；（4）通過對(duì)合龍施工各施工階段的計(jì)算模擬，從主梁的線型、索力及應(yīng)力三方面對(duì)“配切合龍”施工進(jìn)行了效果分析，驗(yàn)證了此施工方案的合理性和科學(xué)性。