張文斌

(1.中鐵大橋局集團(tuán)有限公司 武漢 430050； 2.橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430034)

1 工程概況

滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋[1]主航道橋采用雙塔斜拉橋方案，主跨跨度1 092 m，計(jì)算孔跨布置為：140 m+462 m+1 092 m+462 m+140 m=2 296 m。橋型布置見(jiàn)圖1，斜拉索采用直徑7 mm平行鋼絲拉索，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為2 000 MPa，配合主梁三桁結(jié)構(gòu)，拉索采用三索面布置。主梁采用三主桁、箱桁組合結(jié)構(gòu)，鋼桁梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段見(jiàn)圖2。

圖1 橋型布置圖(單位：m)

圖2 鋼桁梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段

標(biāo)準(zhǔn)段主梁邊桁桁高16.0 m，中桁桁高16.308 m，桁寬2×17.5 m，桁式采用“N”形桁，節(jié)間距14 m。每個(gè)主桁節(jié)點(diǎn)均設(shè)有橫聯(lián)。主梁上弦平面采用公路正交異性整體鋼橋面板，主梁下弦采用鋼箱作為鐵路整體橋面，公路橋面、鐵路橋面參與主桁共同受力。邊跨側(cè)252 m范圍公路橋面采用帶有混凝土橋面板的組合截面，通過(guò)增大結(jié)構(gòu)自重平衡輔助墩處支座負(fù)反力，結(jié)合段主梁邊桁桁高為15.505 m，中桁桁高15.813 m。

2 全橋合龍順序

主航道橋鋼梁采用整節(jié)段制造、架設(shè)。其中主塔墩頂各分為5個(gè)單節(jié)段，輔助墩頂各分為3個(gè)單節(jié)段，邊墩頂各分為1.5個(gè)節(jié)間非標(biāo)節(jié)段，采用1 800 t浮吊架設(shè)；其余節(jié)段均采用1 800 t架梁吊機(jī)懸臂吊裝。全橋5跨，包含2個(gè)輔助跨、2個(gè)邊跨、1個(gè)主跨，共計(jì)5個(gè)合龍口。由于南北側(cè)鋼梁施工進(jìn)度并不同步，為盡快實(shí)現(xiàn)中跨合龍，降低大懸臂施工風(fēng)險(xiǎn)，需要將原設(shè)計(jì)的“先邊跨、后中跨”的合龍方案[2]進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可后，全橋?qū)嶋H合龍施工順序?yàn)椋?7號(hào)墩輔助跨合龍→26號(hào)墩邊跨合龍→30號(hào)墩輔助跨合龍→主跨鋼梁合龍→31號(hào)墩邊跨合龍。

3 邊跨側(cè)鋼梁合龍口監(jiān)控目標(biāo)

滬蘇通橋主航道橋鋼梁均為整節(jié)段架設(shè)，墩頂鋼梁無(wú)法通過(guò)架梁吊機(jī)進(jìn)行水中垂直取梁。因此，輔助墩墩頂3個(gè)節(jié)間鋼梁及邊墩墩頂1.5個(gè)節(jié)間鋼梁均采用浮吊提前架設(shè)到位，墩頂鋼梁的架設(shè)高程直接影響后期與懸臂施工鋼梁能否順利合龍。

由于鋼梁懸臂施工過(guò)程中，鋼梁前端會(huì)產(chǎn)生下?lián)?，同時(shí)考慮墩頂墊石高度的影響，施工時(shí)輔助墩及邊墩墩頂鋼梁初始架設(shè)高程整體較設(shè)計(jì)高程低30 cm，以此作為監(jiān)控計(jì)算其中的一個(gè)邊界條件。輔助跨鋼梁合龍口狀態(tài)見(jiàn)圖3。

圖3 輔助跨鋼梁合龍口狀態(tài)

斜拉索對(duì)稱掛設(shè)至26號(hào)索，墩頂Z9～Z11節(jié)段整體往邊跨側(cè)預(yù)偏3.0 m，為合龍段Z12～Z13的安裝讓出起吊空間。合龍時(shí)通過(guò)控制雙懸臂對(duì)稱架設(shè)張拉索力，保持主塔豎直，懸臂端高程控制按E12節(jié)點(diǎn)相對(duì)設(shè)計(jì)高程撓度不超過(guò)300 mm。

邊跨鋼梁合龍口狀態(tài)見(jiàn)圖4。26號(hào)墩側(cè)邊跨合龍時(shí)斜拉索對(duì)稱掛設(shè)至34號(hào)索(由于主跨鋼梁尚未合龍，架梁吊機(jī)影響了35、36號(hào)斜拉索的掛設(shè))，31號(hào)墩側(cè)邊跨最后合龍，斜拉索可掛設(shè)至36號(hào)索，墩頂Z0～Z1節(jié)段均預(yù)偏1.0 m。通過(guò)控制張拉索力和輔助墩起頂位移，控制懸臂端E2節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)高程以下30 cm以內(nèi)。

圖4 邊跨鋼梁合龍口狀態(tài)

4 合龍計(jì)算分析

合龍施工以對(duì)合龍口敏感性分析計(jì)算為基礎(chǔ)，通過(guò)控制已掛設(shè)斜拉索索力大小及均衡性、配合壓重、布設(shè)張拉起頂?shù)群淆埓胧?，調(diào)整合龍段鋼梁軸線偏位、合龍口鋼梁節(jié)點(diǎn)豎向、縱向位移，實(shí)現(xiàn)合龍口兩側(cè)弦桿豎向高程與轉(zhuǎn)角一致，然后合龍。

4.1 輔助跨合龍計(jì)算

輔助跨合龍時(shí)，鋼梁以主塔為中心處于對(duì)稱雙懸臂狀態(tài)，主塔處設(shè)置縱向及橫向限位，支座位置設(shè)置豎向限位。根據(jù)有限元軟件施工階段分析[3-4]：①27號(hào)墩側(cè)E12節(jié)點(diǎn)豎向下?lián)蠟?0 mm，下弦軸向變形110 mm，上弦軸向變形63 mm，豎向轉(zhuǎn)角0.289%，28號(hào)墩塔頂向中跨側(cè)偏86 mm；②30號(hào)墩側(cè)E12′節(jié)點(diǎn)豎向下?lián)蠟? mm，下弦軸向變形103 mm，上弦軸向變形77 mm，豎向轉(zhuǎn)角0.162%，29號(hào)墩塔頂偏位為0 mm。上述計(jì)算均將豎向撓度控制在300 mm以內(nèi)，2個(gè)撓度不一致的原因?yàn)?9號(hào)墩主塔此時(shí)尚未封頂，對(duì)塔頂?shù)钠灰蟾呒敖Y(jié)合段公路橋面板的安裝時(shí)機(jī)不同。

以上述計(jì)算狀態(tài)為基礎(chǔ)，對(duì)鋼梁局部壓重、溫度變化、長(zhǎng)索索力調(diào)整等合龍調(diào)節(jié)措施進(jìn)行27號(hào)(30號(hào))墩側(cè)輔助跨合龍口敏感性分析，具體分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 27號(hào)(30號(hào))墩側(cè)輔助跨合龍口敏感性分析 mm

4.2 邊跨合龍計(jì)算

根據(jù)施工進(jìn)度安排，26號(hào)墩側(cè)邊跨合龍時(shí)，主跨尚未合龍，結(jié)合段已安裝10個(gè)節(jié)間公路橋面板，每個(gè)節(jié)間滿鋪12塊；主跨合龍后，31號(hào)墩側(cè)邊跨合龍，為保證29號(hào)墩塔梁同步施工時(shí)的垂直度，此時(shí)該側(cè)結(jié)合段僅安裝8個(gè)節(jié)間公路橋面板，且每個(gè)節(jié)間只安裝4塊。

26號(hào)墩側(cè)斜拉索僅掛設(shè)至S34，合龍口懸臂5.5個(gè)節(jié)間，見(jiàn)圖4邊跨鋼梁合龍口狀態(tài)，需配合輔助墩起頂70 cm，此時(shí)，E2節(jié)點(diǎn)向上變形182 mm，下弦軸向變形170 mm，上弦軸向變形100 mm，豎向轉(zhuǎn)角0.434%，28號(hào)墩塔頂向邊跨側(cè)偏85 mm。

主跨合龍后，斜拉索掛設(shè)至S36，31號(hào)墩側(cè)邊跨合龍，此時(shí)30號(hào)輔助墩需起頂40 cm，E2′節(jié)點(diǎn)向上變形89 mm，下弦軸向變形232 mm，上弦軸向變形190 mm，豎向轉(zhuǎn)角0.26%，28，29號(hào)主塔均往邊跨側(cè)偏位，分別為183，114 mm。

同理計(jì)算26號(hào)(31號(hào))墩側(cè)邊跨合龍口敏感性，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 26號(hào)(31號(hào))墩側(cè)邊跨合龍口敏感性分析 mm

4.3 主跨合龍計(jì)算

跨中合龍時(shí)，28號(hào)塔側(cè)主跨架設(shè)至Z81節(jié)段，200 t汽車(chē)吊隨同Z81節(jié)段一同吊裝到位，作為后期拆除架梁吊機(jī)之用，邊跨全部架設(shè)完成，并完成公路橋面板結(jié)合；同時(shí)，為了控制主塔偏位，輔助墩起頂54 cm，并將輔助墩處起落頂作為調(diào)整合龍口位置的措施之一。

29號(hào)塔側(cè)完成輔助跨合龍，邊跨側(cè)架設(shè)至Z4～Z5節(jié)段，主跨側(cè)架設(shè)至Z81′～Z82節(jié)段，邊跨公路橋面板未吊裝，輔助墩起頂15 cm，斜拉索均掛設(shè)至34號(hào)，主跨合龍口狀態(tài)見(jiàn)圖5。

圖5 主跨合龍口狀態(tài)

此時(shí)，合龍口兩側(cè)計(jì)算高差6 mm，豎向轉(zhuǎn)角分別為0.017%，0.031%，滿足合龍條件。在此基礎(chǔ)上計(jì)算分析主跨側(cè)壓重、對(duì)拉、長(zhǎng)索拔出和鋼梁整體縱向頂推及輔助墩起頂?shù)日{(diào)整措施對(duì)合龍口豎向位移和上、下弦軸向位移的影響，主跨合龍口敏感性分析結(jié)果見(jiàn)表3，用于指導(dǎo)主跨合龍時(shí)的微調(diào)。

表3 主跨合龍口敏感性分析 mm

續(xù)表3

5 合龍施工措施

5.1 邊跨及輔助跨合龍措施

為便于鋼梁合龍施工，主要采取以下施工措施。

1) 墩頂鋼梁預(yù)偏。高程方向均較設(shè)計(jì)高程低30 cm；在縱橋向，輔助墩鋼梁預(yù)偏3.0 m，邊墩頂鋼梁Z0～Z1因引橋側(cè)空間有限，預(yù)偏距離不夠，合龍口處的斜桿預(yù)留6.0 m嵌補(bǔ)段在上、下弦桿對(duì)接完成后拼裝。

2) 合龍口桿件對(duì)接順序。輔助跨按“下弦→斜桿→上弦”的順序逐步對(duì)接合龍[5]；邊跨合龍口斜桿因預(yù)留嵌補(bǔ)段，斜桿最后對(duì)接。

3) 墩頂節(jié)段線形調(diào)整。通過(guò)布置在墩頂?shù)乃?、豎向千斤頂調(diào)整合龍口的高程、轉(zhuǎn)角及縱向間距。

4) 懸臂端線形調(diào)整。根據(jù)監(jiān)控計(jì)算及敏感性分析數(shù)據(jù)，指導(dǎo)吊機(jī)壓重對(duì)臂端鋼梁線形進(jìn)行微調(diào)。

5) 合龍口栓孔偏差調(diào)整措施。合龍口鋼梁合龍螺栓孔對(duì)位時(shí)，為消除因鋼梁自重及架梁吊機(jī)站位引起的合龍口兩側(cè)鋼梁變形差異，將栓孔偏差控制在1 mm以內(nèi)以便插打沖釘。按照鋼梁懸臂架設(shè)過(guò)程布置的大節(jié)段對(duì)位措施，在合龍口兩側(cè)布置對(duì)拉、反壓、斜向交叉對(duì)拉及斜桿對(duì)拉倒鏈實(shí)現(xiàn)栓孔偏差的調(diào)整。

6) 輔助墩起頂。在邊跨合龍前，通過(guò)輔助墩墩頂鋼梁起頂，調(diào)整合龍口鋼梁線形，起頂裝置利用結(jié)合段公路橋面板濕接縫澆筑前輔助墩需起頂1.0 m的措施，輔助墩起頂裝置平面布置見(jiàn)圖6，其中，中桁布置4臺(tái)20 MN豎向千斤頂，兩側(cè)邊桁共布置8臺(tái)15 MN豎向千斤頂。

圖6 輔助墩起頂裝置平面布置

5.2 主跨合龍措施

5.2.1合龍段雙母段匹配制造

主跨合龍段Z81′～Z82節(jié)段在制造廠內(nèi)第十四輪總拼，第十四輪采用雙母段匹配總拼焊接，Z75′～Z76′作為29號(hào)墩側(cè)母段、28號(hào)墩側(cè)Z81做另一側(cè)母段；母段根據(jù)節(jié)段在上一輪次總拼后的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行定位，總拼完成后，Z81與合龍段間拼接板在胎位投定位孔，拼接板拆除后根據(jù)定位孔鉆制其余孔。

5.2.2縱向調(diào)整措施

為確保合龍段起吊及合龍段與Z80′對(duì)接時(shí)，合龍口間距滿足施工要求，提前對(duì)合龍口間距(即縱向姿態(tài))進(jìn)行調(diào)整[6-8]，在28，29號(hào)墩抗風(fēng)牛腿與主塔之間分別布置4臺(tái)8 MN千斤頂(邊跨側(cè))、2臺(tái)6.5 MN千斤頂(主跨側(cè))，在主跨合龍段起吊之前，解除28，29號(hào)墩縱向抗風(fēng)牛腿約束，將兩側(cè)鋼梁分別向邊跨側(cè)頂推20 cm，主跨合龍縱向調(diào)整措施平面布置見(jiàn)圖7。

圖7 主跨合龍縱向調(diào)整措施平面布置

5.2.3高程及轉(zhuǎn)角調(diào)整措施

主跨合龍前，利用輔助墩墩頂鋼梁起落頂初步調(diào)整合龍口豎向位置，27號(hào)輔助墩由于澆筑結(jié)合段濕接縫已起頂至1.0 m，需要落頂46 cm至54 cm；30號(hào)墩起頂(落頂)至15 cm，如果合龍口高差過(guò)大，可繼續(xù)利用輔助墩處起落頂，調(diào)整合龍口懸臂端鋼梁高差。

合龍口高差經(jīng)初步調(diào)整后，通過(guò)合龍口兩側(cè)橋面汽車(chē)吊的縱向移動(dòng)進(jìn)行精確調(diào)整，移動(dòng)時(shí)上、下游兩幅的汽車(chē)吊同步移動(dòng)，避免對(duì)合龍口橫橋向姿態(tài)產(chǎn)生影響。

下弦豎向高差調(diào)整到位后，盡快打入合龍鉸，將合龍口兩側(cè)鋼梁高差方向鎖定[7-8]。合龍鉸結(jié)構(gòu)設(shè)置在Z81節(jié)段鋼梁下弦桿腹板位置，設(shè)直徑102 mm、長(zhǎng)200 mm的長(zhǎng)圓孔，鋼梁弦桿腹板開(kāi)直徑102 mm圓孔，配備直徑100 mm錐形銷(xiāo)軸，通過(guò)銷(xiāo)軸插打?qū)崿F(xiàn)豎向高差快速鎖定。

5.2.4橫向調(diào)整措施

由于跨中懸臂長(zhǎng)度大，根據(jù)敏感性分析可知，橫向偏差調(diào)整比較容易，在公路面、鐵路面各配置4臺(tái)100 kN對(duì)拉倒鏈，進(jìn)行橫向?qū)?，消除合龍口兩端鋼梁橫向軸線偏差，實(shí)現(xiàn)軸線一致。

6 線形測(cè)量及施工監(jiān)控

鋼梁懸臂架設(shè)過(guò)程中通過(guò)鋼梁載荷、索力調(diào)整，控制主塔偏位，保證鋼梁線形按照既定要求架設(shè)，同時(shí)確保結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求，最終實(shí)現(xiàn)鋼梁順利合龍。

6.1 線形測(cè)量

合龍施工測(cè)量是在橋面、主塔荷載基本不變的情況下測(cè)量?jī)珊淆埧阡摿鹤藨B(tài)。在合龍前1～2 d對(duì)合龍口鋼梁姿態(tài)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)分析因環(huán)境溫度變化引起的合龍口姿態(tài)變化規(guī)律，找到最適合的合龍時(shí)機(jī)及明確縱向頂推距離。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果通過(guò)斜拉索張拉索力、鋼梁節(jié)間配重等措施調(diào)整主梁線形，確保架設(shè)至合龍口時(shí)，合龍口兩側(cè)鋼梁線形一致。

6.2 施工監(jiān)控

施工監(jiān)控的目的是保證橋梁結(jié)構(gòu)成橋時(shí)結(jié)構(gòu)受力合理、線形平順，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中各工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力、線形的監(jiān)控，確保在符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)下，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行必要的優(yōu)化論證分析，主要通過(guò)載荷布置、斜拉索索力控制鋼梁線形，方便施工，高效、快捷的完成合龍施工任務(wù)。

7 結(jié)語(yǔ)

滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋是世界上首次采用“整節(jié)段三桁結(jié)構(gòu)，多點(diǎn)主動(dòng)對(duì)接合龍”的工程，施工難度大，缺少成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究方案，同時(shí)根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)度，合理調(diào)整全橋合龍順序，充分利用邊墩及輔助墩頂預(yù)留的三向調(diào)節(jié)措施、輔助墩頂已有的大噸位起頂措施，以及主塔墩旁的懸臂施工抗風(fēng)牛腿作為合龍口的輔助調(diào)整措施，通過(guò)細(xì)致的監(jiān)控計(jì)算及合龍口敏感性分析，為鋼梁最終的順利合龍制定了切實(shí)可行的方案。

該橋于2019年9月20日完成中跨零誤差合龍，同時(shí)刷新了大跨度公鐵兩用斜拉橋的記錄，首次將該類型橋梁跨度突破至千米以上，為大節(jié)段鋼桁梁施工技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考具有實(shí)用的價(jià)值。