大跨度三塔结合梁斜拉桥边跨合龙施工技术555管理资料

1、大跨度三塔结合梁斜拉桥边跨合龙施工技术孙晓伟，王琳，陈超华（中交二航局第五工程分公司，湖北 武汉 430012）摘 要：武汉二七长江大桥主桥为三塔结合梁斜拉桥，主跨主梁由工字钢组合梁及预制桥面板结合，辅助墩与过渡墩间边跨为预应力混凝土主梁。全桥共有两个边跨合龙段，边跨合龙施工采用了顶推强制合龙施工方案，通过顶撑系统将合龙口增大，吊装合龙段主梁后再缩小合龙口，实现主梁合龙。与常规工艺相比，成桥状态更符合设计理念，施工不受环境条件限制。关键词：结合梁;斜拉桥；顶推；边跨合龙1 引 言斜拉桥合龙施工方法主要有两种：自然状态合龙法和强制合龙法。自然状态合龙法即根据对合龙口观测，分析计算，确定合龙段长度

2、后现场切割，在低于设计合龙温度情况下吊装主梁，在温度上升过程中实现主梁合龙；强制合龙法以设计成桥状态主梁长度为依据，通过顶撑系统将合龙口增大，吊装主梁后再缩小合龙口，实现主梁合龙，施工不受环境温度限制、施工速度快。武汉二七长江大桥主桥为三塔结合梁斜拉桥，边跨合龙施成功采用了顶推强制合龙法，实施效果良好。2 工程概况2.1 概述武汉二七长江大桥是武汉市二环线控制工程之一，主桥采用三塔斜拉桥，主跨616 m，是世界最大跨径的三塔斜拉桥；主跨上部结构采用“工”钢组合梁与混凝土预制板相结合的主梁结构，是世界最大跨度的结合梁桥。主桥辅助墩至过渡墩间边跨为90m预应力混凝土主梁，在辅助墩处JH梁段一端通过

3、剪力钉与混凝土主梁浇筑结合，另一端通过高强螺栓与钢混结合梁相连。根据桥型布置，全桥共有两个边跨合龙段和两个中跨合龙段。两个边跨合龙段分别位于2号、6号墩附近。如图1、2、3。图1 武汉二七长江大桥主桥桥型布置图图2 边跨合龙段布置图图3 工字钢组合梁图2.2 工程特点（1）三塔斜拉桥中塔悬臂大，整体刚度小，受环境因素影响大。（2）主跨上构采用工字型钢混结合梁，主梁刚度小，对索力、温度、临时荷载等各种施工因素反应敏感。（3）上构结构复杂，施工程序复杂。主跨上构采用工字型钢混结合梁，边跨为预应力混凝土配重梁，钢混结合段结构受力复杂。3 体系转换方法三塔斜拉桥因中间塔顶没有端锚索来有效地限制变位，整

4、体结构刚度减小、柔性增大，其变形较大。故三塔斜拉桥上部结构施工体系转换比较复杂，为使整体结构体系受力明确，保证主梁施工质量，将系统受力体系转换分为三个阶段：（1）三塔分别以双悬臂方式进行主梁安装施工，塔梁纵向临时固结；图4 双悬拼阶段主梁约束体系示意图（2）边跨合龙时，将塔梁纵向临时固结解除，并转移到辅助墩墩顶，进行主梁纵向临时固结，以减小边跨160m钢梁温度应力对结构体系的影响。图5 单悬拼阶段主梁约束体系示意图（3）主跨合龙时，先合龙一侧主跨，解除对应边跨辅助墩临时固结；再合龙另一侧主跨，解除辅助墩临时固结；中塔始终为纵向固结状态。图6 中跨合龙后主梁约束体系示意图4 顶推合龙方法选择边跨

5、合龙口调整可以通过顶推双悬臂结构实现，也可以通过顶推边跨混凝土梁段实现。为保证合龙梁段能顺利吊入合龙口，将双悬臂钢梁向江侧整体偏移200mm以上，或者将边跨混凝土梁段整体向岸侧偏移200mm以上。就两种顶推方法进行分析比较如下：（1）顶推双悬臂结构在塔柱处设置顶推设备，通过顶推双悬臂主梁移动，实现对合龙口的调节。图7 顶推双悬臂结构法示意图这种方案可以不移动边跨混凝土PC梁段，顶推对边跨永久结构及临时支架结构受力没有影响。但顶推双悬臂需要将塔梁临时固结的纵向约束解除，这样对双悬臂结构主梁线形影响较大；边跨JH梁段安装时存在一定误差，采取双悬臂顶推工艺，将不利于误差调整和梁段匹配，会影响主跨主纵

6、梁累计误差。（2）顶推边跨混凝土PC梁段在边跨辅助墩墩顶布置顶推设备，通过顶推边跨PC梁移动，实现对合龙口的调节。图8 顶推PC梁段法示意图这种方案不解除塔梁临时固结，在顶推时边跨JH梁安装误差可以调整，有利于梁段匹配连接，且不会累计到主跨钢梁拼装误差。缺点是顶推边跨混凝土PC梁段会对边跨永久性结构（PC梁、1#、2#墩柱）和临时支架结构产生不利影响；顶推力很大，安全风险大；受边跨钢梁温度变形影响，混凝土PC梁段将往返移动，易损坏。（3）方法选择综合两种顶推方法对永久结构和临时结构影响，并从施工安全角度考虑，顶推双悬臂主梁工艺较为合理。但需要解决顶推布置、顶推临时结构受力和同步性控制问题。5

7、合龙口调整方法（1）合龙口线形调整方法选定如下三种调整合龙口线形方法进行综合比较：l 调整前端3对斜拉索索力；l 在JH梁段底设托架，调整合龙口高程及转角；l 调整前端1对斜拉索索力及配临时荷载。表1 合龙口匹配调整方案比较方案方案一方案二方案三调整3对斜拉索索力设托架调整合龙口调整1对斜拉索及临时荷载优点1）不需要增加临时荷载。1）标高容易调整到位；2）操作比较方便。1）拉索调整数量少，调整方便；2）采用水箱临时荷载，可调整上下游高程差值、微调标高和转角；3）根据环境因素影响，可以通过水箱内水量微调荷载值。缺点1）调整索力较多，索力控制难；2）调索时间较长，受环境因素影响较多；3）上下游标高

8、偏差不易调整；1）合龙口标高容易控制，但转角不容易调整到位；2）托架系统需要很牢固；3）受环境因素影响，转角易发生变化；4）局部可能会应力集中，对钢梁有损伤。1）需要进行详细理论分析，根据现场情况调整临时荷载。综合分析各种因素，确定采用方案三，根据监控数据对索力进行调整，合龙前，密切观测合龙口，通过现场临时荷载微调，使合龙口两端位移及转角达到相同状态。（2）通过结构计算软件进行建模计算，对索力调整、温度变化、临时堆载等各种因素对主梁影响的敏感度进行分析，分析结果见表2：表2 主梁线形敏感度分析表影 响 因 素竖向位移（mm）转角（度）S10拉索96mm740.044ZL2梁段加载10t-21-

9、0.012温度上升/下降580.003图9 主梁线形敏感度计算汇总6 边跨合龙施工关键技术6.1 施工准备（1）合龙段尺寸确定施工至合龙前5个节段时，根据现场实际监测数据及各钢梁实际加工尺寸误差，对合龙段理论长度进行修正，确定加工尺寸并进行制造。（2）钢混结合段及边跨混凝土主梁施工完毕，按监控要求完成预应力张拉。（3）连接板配钻螺栓孔在合龙口两侧主梁上布设测量点（根据监控要求确定位置），选择风力较小的天气，每间隔两小时测量一次合龙口间距及相邻主梁的高程，同时测量大气温度、主梁内表温度，根据监控要求，连续观测12昼夜。根据实测数据，进行合龙段ZL1与JH梁段接头连接板螺栓孔开孔。（4）调位千斤顶

10、布置边跨合龙前，解除主塔处设置的纵向限位杆件，安装合龙调位千斤顶。根据建模计算，双悬臂主梁向一侧顶推20cm所需顶推力1235kN，即上下游顶推力均为617.5kN。在支座垫石及主梁ZL12的反力耳座间布置250t千斤顶，共四台，千斤顶布置见图10。图10 主塔处调位千斤顶布置图6.2 合龙段起吊连接启动顶撑系统，放松江侧千斤顶，顶撑岸侧千斤顶，将主桥双悬臂结构向江侧移动20cm。在顶撑过程中，上下游两侧千斤顶统一指挥，以3cm为一行程进行，保证上下游千斤顶同步。桥面吊机吊装合龙段ZL1两根主梁，与S10号索梁段ZL2间高强螺栓连接。6.3 顶推合龙回顶千斤顶，使合龙口钢主梁最小距离控制在4c

11、m（考虑10温差，160m钢梁伸长量约2cm），锁住千斤顶，安装垫块，将主梁纵向临时约束，进行合龙口线形微调。（1）高程及转角调节：调整S10斜拉索索力，并在ZL2梁端设置临时水箱，使合龙段主梁ZL1端头缓慢下落，与JH梁段相匹配。（2）主梁轴线调节：在合龙口布置手拉葫芦，一端连接ZL1梁段主梁端头，另一端连接JH梁段，通过手拉葫芦收、放进行主梁轴线调整。连续观测合龙口上下游、梁顶梁底间距、轴线偏差等，计算合龙口转角偏差，进一步反复调整，直至合龙口两侧主梁高程、转角及轴线吻合后，将拼接板安装在JH梁段。（3）纵向里程调节：主梁纵向里程调节通过顶推装置完成。选择环境温度恒定时（凌晨），解除纵向临

12、时约束，将钢梁上下游千斤顶同时向岸侧顶推，控制合龙口最小宽度为2cm，仔细观察连接板螺栓孔与主梁螺栓孔匹配情况，当螺栓孔孔眼重合时，停止调位千斤顶，快速用冲钉将孔位固定，采取先施打底板冲钉、后腹板工艺，当ZL1梁段与JH梁段间连接板50%冲钉就位后，安装50%高强螺栓并初拧。抽换冲钉并终拧高强螺栓，实现主梁合龙，即主桥边跨合龙，同时解除塔梁临时固结。 图11 合龙口主梁调整前后位置图图12 合龙口轴线调节施工图7 顶推合龙实施效果武汉二七长江大桥北边跨合龙施工于7月15日22:30正式开始，于7月17日4：30完成主梁合龙，用时30小时。施工时环境温度2330，大于设计合龙温度16.8，实际顶

13、推距离250mm，满足了钢主梁吊装空间要求。在合龙口顶推时，上游千斤顶顶撑力最大达820kN，下游千斤顶顶撑力最大达700kN，顶撑力大于建模计算617.5kN，分析原因由塔区梁段ZL12支座的摩擦力以及增大的顶推位移造成。在合龙口缩小过程中，上游千斤顶顶撑力最大达910kN，下游千斤顶顶撑力最大达880kN，顶撑力较合龙口增大时变大，主要由塔区梁段ZL12支座的摩擦力、合龙段主梁ZL1重量共同作用造成的。合龙前，实测合龙口尺寸偏差，ZL1梁段上游侧顶板偏高266mm，顶口较底口间距宽5mm，轴线偏下游34mm；ZL1梁段下游侧偏高24.5cm，顶口较底口宽5mm，轴线偏下游31mm。通过调索、压载以及上下游间拉索调整后，ZL1梁段上下游高程均小于1mm，顶底板处接缝宽差约1 mm，轴线偏差小于2mm，ZL1梁段与JH梁段匹配良好，顺利的完成了高强螺栓的安装施工。8 结语武汉二七长江大桥边跨合龙施工顺利，确保了大桥按时通车，受到社会各界的好评。主梁