姚江大桥钢梁及钢桁架拱安装施工技术.doc

xx大桥钢梁及钢桁架拱安装施工技术
1工程概况
xx大桥钢主梁为（48+180+48）m的三跨连续、梁拱固结的钢桁拱叠合梁。叠合梁桥面总宽43.6m，梁高3.071m。
主桥为三跨连续钢桁架拱桥，主桥拱肋由2片桁架和6道风撑组成，2片拱肋横向中心间距33.6米，在拱顶处上下弦杆竖向中心间距4.5米。下弦杆采用二次抛物线，矢高为36米，矢跨比1/5。除A16和A10拱肋节段之间采用焊接外，其余拱肋节段之间采用高强螺栓连接。
风撑采用口字型形式，全桥共六道，一道风撑重63.8t～68.3t。
主梁采用叠合梁，桥面结构由钢系梁、钢横梁、人行道挑梁、钢小纵梁和钢筋混凝土桥面板组成。
本桥采用先梁后拱的总体施工方案，拱肋节段之间，横梁和主梁之间，边跨腹杆和拱肋主梁之间的连接基本采用高强螺栓连接。主梁节段之间采用焊接。
2施工方法及施工步骤
2.1施工工艺流程
xx桥上部结构由钢梁系统和拱肋系统组成。钢主梁采用拼梁支架支承。各段钢主梁在拼梁支架上对焊成一体。主梁、横梁、小纵梁之间通过高强螺栓连接。当主梁节段、横梁、小纵梁通过栓焊形成整体框架结构后，开始拼装拱肋。边跨拱肋可以在边跨主梁上直接安装，在主跨钢主梁上设置拼拱支架，在拼拱支架上安装主跨拱肋和风撑。各段拱肋之间、风撑与拱肋之间均用高强度螺栓连接，最后在拱顶合拢拱肋。拱肋和风撑的起吊和安装由龙门吊机完成。施工工艺流程如下：
钢梁进场前检查→安装钢主梁→安装钢横梁→安装小纵梁→形成格子梁体系→安装拼拱支架→安装拱肋及风撑→合龙拱肋→拆除拱肋支撑体系→安装主梁吊杆并张拉至设计吨位→安装人行道钢挑臂梁→安装人行道小纵梁→安装预制桥面板→再次张拉主梁吊杆→拆除钢主梁支撑体系→现浇混凝土湿接头→安装水平拉索→安装张拉纵向预应力钢束→第三次张拉主梁吊杆→桥面系及附属设施施工→调整吊杆张拉力

图1 xx大桥主桥桥式布置图
2.2钢梁安装
2.2.1钢梁架设方案
钢梁安装利用主桥架设钢梁龙门吊机，该吊机跨度49米，门吊构架全高52.15米，主要用于起吊和安装主桥上部结构构件。该门吊单侧最大允许吊重700KN，此时天车与支腿距离小于10.5米，用于起吊拱肋，钢主梁，吊机任意位置最大允许吊重500KN，用于起吊分段后的端横梁，中横梁，普通横梁等，安装风撑时在吊机上安装滑车组，抬吊风撑，门吊定点抬吊1000KN。配100KN电动葫芦，电动葫芦和主钩不同时作业。钢梁和钢桁架拱的起吊采用专用吊具，尽量不在钢梁上设置吊点。
钢主梁为两侧有翼缘的箱形断面，中心高2700mm，箱梁内侧宽1500mm，箱梁总宽2300mm，拱梁结合处（拱脚）和边跨尾端端横梁处的钢主梁翼缘局部加宽。其节段重量为13.3～68.4t，钢主梁的拼装平台直接设置在拼梁支架上。
主梁安装的支撑系统采用拼梁支架，拼梁支架的基础采用φ500mm管桩，管桩之间设有纵横向连接系，拼梁支架中心线距桥中线16.8米，管桩在通航孔处单桩承载力为1000KN，其余管桩单桩承载力为800KN。

图2 拼梁支架总体布置图
2.2.2钢梁安装施工顺序
根据现场施工条件，钢梁的架设先从边跨向中跨进行，先拼装16#墩位处的端横梁以及15#墩处的中横梁，然后拼装上下游LB5、LZ0节段主梁，接着拼装LB1主梁，待LB1主梁拼装完毕，标高和中线均符合设计及监控要求后，焊接LZ0和LB1主梁之间的焊缝，待焊接完成，经检查合格后，在主梁下摆放分配梁，并抄垫至设计标高，撤除千斤顶，然后拼装LB1上的横梁HL1以及小纵梁，拼装完成并经检查合格后，拼装通航孔处LB2和 LB3主梁，因通航要求，通航孔上主梁LB2和LB3在栈桥上拼装成整体，然后利用龙门吊机吊装到拼梁支架上，利用吊机和倒链精确调整其平面位置，利用千斤顶精确调整其高程，焊接LB1和LB2之间的焊缝，安装横梁和小纵梁，将LB4作为合龙段，边跨完成后，开始中跨的拼装，拼装顺序是由岸边方向向河中间方向，跨中LZ10作为合龙块。拼装顺序在施工时可根据情况，稍作调整，南岸的拼装顺序和北岸相同。

2.2.3钢梁安装施工方法
（1）钢主梁安装
①拼梁支架的基础支架桩，支架桩桩间连接系，桩顶牛腿以及拼梁脚手平台安装结束后，在桩顶摆放50吨液压千斤顶，液压千斤顶底座和桩顶之间采取措施进行固定。
②利用运输车将主梁节段运至门吊下，利用门吊及倒链调整主梁的水平位置，然后用门吊将主梁落于千斤顶上，用千斤顶对主梁的标高进行调整，经检查合格后，对主梁进行焊接，经检查合格后，在桩顶分配梁顶部加适当高度抄垫，千斤顶回油下落，主梁节点落于分配梁上。主梁安装时按照设计要求设置预拱度，其具体连接坐标详见施工控制指令。
③通航孔处的主梁LB1，LB2在栈桥上焊接成18m，龙门吊机吊装，其他安装步骤与其他节段相同。
④主梁LB5由于超高、超重，在公路上无法运输，在工厂内分段制作，在现场组焊成节段后，吊装到位。
（2）横梁安装
除了在拱脚和边跨端部处设置4道封闭的箱形横梁外，共设置57道工字形横梁，间距一般为4.5m。所有横梁通过腹板高度的变化形成桥面横坡。端横梁处设置牛腿与引桥相接。工字形横梁节段重量为23.6~24.2t，中横梁节段重量为83t，边横梁节段重量为174.2t。
①普通横梁
因运输需要，横梁在钢结构加工厂分成两段，在现场进行组焊，组焊的台位可以安排在已经拼装好的端横梁上，拼装完成后，利用门吊起吊到位，进行拼装，横梁和钢主梁的连接采用拴接，相邻横梁之间的接头要错开。
②中横梁和端横梁安装
因运输和现场起吊重量的限制，拱脚中横梁、边跨尾端端横梁进行分段，在现场进行组拼，中横梁分为两段，端横梁分为四块。首先进行拼装平台的搭设，拼装平台的基础采用管桩，在管桩上焊接分配梁，连接系，在分配梁上摆放H型钢，满铺脚手板，作为拼装平台。在拼装平台上安放千斤顶，横梁吊装到位后，放在千斤顶上。横梁的水平位置的调整和精确定位通过门吊和倒链配合实现，横梁的标高通过千斤顶进行调整。横梁的水平位置以及标高符合设计要求后，开始焊接，焊接结束并经检查合格之后，放松千斤顶，将横梁落在支座或者临时支座上，并临时固定。

（3）小纵梁安装
钢横梁间设置4道钢小纵梁，位于主梁之间。小纵梁横向间距为7.8m，其节段重量为0.3~0.5t。
横梁安装完成后，开始安装小纵梁。小纵梁采用电动葫芦吊装，现场安装的方法。小纵梁与钢横梁间通过高强螺栓连接。
（4）钢梁合龙
主梁合龙原则上采用自然降温合龙的方法，钢梁合龙段的长度应根据合龙时的温度，经过现场多次测量修正后确定。合龙时将支座临时固定，合龙时的温度应选择在气温变化较为缓慢的阴天或者夜晚，钢主梁节点的焊接要确保在温度再次出现急剧变化前完成。
2.4钢桁架拱的安装
钢主梁安装完成，经检查合格后，开始钢桁架拱的安装。
2.4.1拼拱支架的安装
（1）拼拱支架由立柱、横桥向联接系、纵桥向联接系和风缆组成。立柱由2φ400钢管和两钢管之间的腹杆组成。立柱支承在钢主梁上，立柱的两钢管横桥向间距为1.2m。上下游立柱中心相距为33.6m(与上下游钢主梁之间间距相等)，上下游立柱一般由两层或一层2m高N型万能杆件桁架横梁（即横向联接系Ⅰ、Ⅱ）连接。在横桥向形成双层或单层单跨刚架。立柱顺桥向的位置是根据利用拱段下箱原有横隔板做为立柱上端支承点的原则而决定的.拼拱支架在顺桥向共设置20组立柱，每隔一组立柱用若干层纵桥向联接系将相邻两组立柱连接成一体。各组立柱之间的上方用柱顶纵桥向斜支撑互连。
（2）立柱上端在横桥向设4.4m长的柱顶横梁，柱顶横梁上方设两组相距1.18m的短柱。由两组短柱来支承焊在拱肋下箱底板底面的两组垫座。拱肋及风撑的重量通过拱肋下箱原有横隔板（根据受力要求此横隔板两侧要增焊加劲板）向垫座传递，进而传力到立柱。为便于拱段在安装时的精确定位，两短柱横桥向之间另设有相距0.6m的两台立放油压千斤顶，借以微调拱段在安装时拱段前（拱顶方向）支点的高程。当该支点高程用油顶调到位后（可适当超高），将垫座与短柱之间预留的空档用相应厚度的钢板填塞。油顶卸载后，拱段前支点就转由短柱支承。在拱段安装时，前支点一侧最大的反力即一台油顶的顶力为55t（包括该拱段上的风撑重）。拱段安装时，在横桥向的精确定位可在拱段下箱与柱顶横梁之间设置倒链来调节,由现场自理。各组立柱柱顶横梁之间设顺桥向的人行纵梁。人行纵梁既是人员上下的通道也是安装拱肋和风撑时的操作平台.

（3）立柱下端将钢管和其上的加劲板与钢主梁顶板间接焊接，根据受力需要，钢主梁内部上方在立柱钢管处要增焊板件作为承力构件。另外还要在此处主梁腹板内侧增焊支承加劲肋以保证主梁腹板的稳定。
（4）钢主梁在其φ500桩支承处有较大的反力，为了保证支承处钢主梁腹板的稳定，在此处钢主梁腹板内外侧要增焊支承加劲肋。
（5）风缆设置
编号为柱6～柱10的立柱要在横桥向设置交叉风缆。单根风缆为φ28钢丝绳。上下游两侧每侧立柱设两根风缆，两侧立柱之间共设四根风缆两两交叉。风缆上锚点设在上层横梁下弦杆以下0.3m处的立柱内侧钢管上。风缆下锚点设在另一侧钢主梁顶板顶面，为耳板结构。风缆下锚点在顺桥向偏离立柱中心2m左右，约一半的下锚点要在钢主梁内部上方增焊一块板件作为承力结构。约一半的下锚点直接利用钢主梁的横隔板，横肋和锚箱支承肋作为承力件，风缆在安装时要按图中给定的拉力值预紧。拉力值用倒链和测力计控制。另外在编号为柱5的立柱上方和相应钢主梁顶面预留风缆上下锚点以为备用。风缆在安装时可能与下层横梁（即横向联接系Ⅰ）平联个别杆件相碰，现场可视情况对个别碍事杆件做特殊处理。
（6）本拼拱支架在横桥向的受力体系为刚架加风缆。刚架自身按抵御8级风设计，刚架加风缆按抵御10级风设计。

图3 拼拱支架总体布置图
（7）拼拱支架安装顺序：
①主梁、梁、小纵梁精确定位并形成整体框架体系；
②从矮柱到高柱将拼拱支架安装到位；
③安装柱顶横梁及人行纵梁，人行纵梁现场自设脚手板和护栏；
④风缆安装。
2.4.2钢桁架拱的安装
待拼拱支架完成并经过检查，验收合格后，开始钢桁架拱的架设施工，钢桁架拱的安装从南北两岸向跨中进行，A1节段作为合龙段。上下游以及南北两岸均对称安装。
钢桁架拱首先在现场钢梁组拼场地组拼成节段，然后利用运输车运送钢桁架至主桥施工Lp=45m龙门吊机下，利用龙门吊机起吊，吊运至拼拱支架上，利用千斤顶将拱节段的水平位置和标高精确调整到设计位置，然后由钢结构加工单位进行现场的拴接。
2.4.3风撑的安装
钢桁架拱安装至有风撑的位置时，开始安装风撑，风撑的现场组拼场地设置在主桥桥面上，在主桥桥面纵横梁之间摆放分配梁，满铺脚手板，作为风撑的现场组拼场地。待风撑组拼完成后，在主桥龙门吊机上增设临时天车，将风撑两点起吊，吊装就位后和拱肋之间进行焊接。

2.4.4钢桁架拱的合龙
钢桁架拱的南北两侧A2节段安装完成后，并对节段靠近合龙段一侧进行精调，标高即中线均符合设计以及监控的要求后，即可进行合龙段A1的施工。
安装至合龙段后开始观测温度变化对箱拱的影响。测量项目：在低温、较低温、中温、较高温及高温五个温度状态下，观测已拼装节段前端的标高变化、长度变化；根据上述的观测结果，选择一天中温度最低时，各自起吊上下游单榀合龙段到合龙处，两端放在相邻节段上的支撑托架上，对位后龙门吊机松钩；穿上螺杆，粗定位；等待合龙温度，当气温达到要求的温度条件时，复测合龙缝和对接处高差情况，精确调整拱肋前端标高，轴线、上下弦开口至设计位置，各项偏差在允许值内；对合龙段钢拱肋尺寸充分考虑加工、安装误差、焊接收缩及温差等因素的影响，并进行调整；在合龙段钢拱肋端部预设临时法兰，便于精确调整；合格后，拧紧高强螺栓，在设计与监控给定的合龙温度突击完成。
2.5钢梁钢桁架拱安装注意事项
1、钢主梁和钢横梁的吊装均采用专用吊具，双吊点起吊，吊点距离被吊杆件端部的距离为0.21乘以构件全长，钢桁架拱和风撑的起吊也采用专用吊具，吊装时采用四点起吊，安装吊具之前检查由预拼场发来的杆件是否符合拼装顺序，连接板是否已经预拼好，有无妨碍安装的螺栓等，接头处如有泥垢等杂物时，及时清除，以免返工。
2、钢梁节段、钢桁架拱节段及风撑在拴吊具前应注意杆件上标示的重力大小以及重心位置，构件起吊时应使纵横梁尽量保持水平，竖杆保持竖直。
3、起吊前应核实杆件重力是否在吊机的额定起重力之内，试吊无意外再提升。
4、钢桁架拱节段起吊就位后对孔时，应在栓孔基本重合的瞬间（相错在10mm以内）将小撬棍插入孔内拨正，然后微微起落吊钩，使杆件转动对合其他孔眼，对孔困难时，须查明原因，用千斤顶顶移，甚至抬高杆件某一部分使孔眼对合。
对好孔眼后，要先在栓孔群四周打入四个定位冲钉，随即安装4～6个高强螺栓，确认板缝间无任何杂物时，即拧紧螺栓，同时安装其余栓孔的冲钉和螺栓。
5、在钢梁及钢桁架拱拼装过程中必须随时测量控制钢梁的中线、里程、拱度等的偏差值，在拼装过程中及时调整，避免误差的积累。

3 结束语
xx市xx路xx大桥的上部结构施工方案将架梁、架拱统一考虑，充分利用龙门吊机移动灵活，起重量大的特点，钢梁、桥面板、钢桁拱等的起吊、安装极为方便，对位准确，有利于开展平行或流水作业，能有效地加快施工进度。xx大桥的上部结构尚未正式开始，为避开台风季节，必须在xx年xx月底完成钢梁和钢桁架拱的架设工作。