新黄河特大桥钢桁梁架设施工技术
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作者:张英利
摘 要：新黄河特大桥主桥设计采用1-156m无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式简支钢桁梁跨越黄河禹门口水道。根据河道水位深、河面宽、水流急，风速大，施工环境差，大跨度大体量大吨位钢桁梁杆件长且重，架设施工技术复杂，临时支架设计施工难度大，且临近既有线施工安全风险高的特点，施工采用陆地搭设钢结构平台高位组拼桁架，水中搭设少支架拖拉平台长距离纵向拖拉跨越，横向精调就位的架设方案。探讨了大跨度钢桁梁长距离纵向拖拉和横移精调就位施工技术，详细论述了深水临时支墩体系、导梁和滑道梁安装、桁架高位拼装、长距离纵移拖拉，以及横移精准落梁就位的施工工艺和监测技术，以供类似桥梁施工参考。
关键词：钢桁梁 长距离拖拉 横移精调 施工技术
中图分类号：U445.462 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（b）-0021-04
Abstract： The main bridge of the new Yellow River specially long span bridge is designed to cross the waterway at the entrance of the Yellow River gate by simply supported steel trusses of 1-156m without vertical pole integral joint parallel chord triangular truss. As the water level of the river is deep， the river surface is wide， the current is swift， the wind speed is big， the construction environment is poor， large-tonnage steel bar truss beam are long and heavy， erection construction technology is complex， the temporary scaffold design and construction is difficult， and the construction is near the existing lines with high safety risks， build up spellers truss on the land， build steel structure platform high set-up with less drag platform long longitudinal drag in the water， and then set the erection schemes of transverse fine adjustment in place. The thesis discusses long distance longitudinal drag and horizontal fine adjustment emplacement of long-span steel girder construction technology， temporary pier system in deep water in detail， guide beam and slide beam installation， erection of high truss，vertical drag with long distance， and precise falling beam emplacement construction technology and monitoring technology for similar bridge construction reference.
Key Words： Steel truss beam; Long haul; Transverse movement and fine adjustment; Construction technology
1 工程概況
新黄河特大桥采用1-156m简支钢桁梁跨越黄河，主桁为无竖杆整体节点平行弦三角桁架。单跨全长158m，桁宽8.6m，桁高17m，横桥向支座间距8.6m，节间距（14.1+9×14.2+14.1）m。自重13.74t/m，总重2173t，最大单杆件自重38.8t。
2 施工难点
（1）主墩所处环境及地形条件复杂，水文条件极不稳定，施工期最大风速16m/s，风速大。
（2）桥位河道过水断面宽度不足85m，水流湍急。夏汛、伏秋大汛、凌汛和桃汛持续全年，汛期携带大量泥沙的洪水迅猛，流速急，对河床冲刷影响大且快。
（3）大吨位大跨度钢桁梁杆件架设和临时支架施工难度大，技术复杂、施工安全风险大。
（4）桥位处落差大，有灌溉提水渠、闸门、水沟、文物，以及临近1#墩约4m处的35kV高压线铁塔。
（5）两侧滩地可作为钢桁梁拼装架设施工场地，但存在汛期和凌汛期内有可能被淹没的危险。
（6）钢桁梁拼装架设及配套临时工程施工纳入了临近营业线施工管理。 （7）验算位于小半径曲线的4#、5#墩和6#～12#墩均不能作为临时支墩，设立临时支墩。
3 施工方案及技术措施
3.1 方案选择
综合分析悬臂法、走行吊法、浮运法、拖拉法、浮托法、顶推横（纵）移法[1]等方案，采用在设计桥位中线下游13m位置处搭设临时拼装作业平台，利用大吨位履带吊纵向分段分节点完成钢桁梁和64m导梁的拼装，分次多阶段纵向长距离将钢桁梁拖拉至设计桥位下游13m处，再向上游方向横移，通过高位落梁实现钢桁梁安装任务。如图1、图2所示。
3.2 关键系统与技术
3.2.1 导梁系统
（1）计算悬臂长度。在主河道距4#墩下游侧78.5m和5#墩下游侧64m位置处设置两排临时墩，计算钢梁拖拉最大悬臂长度92.5m。
（2）导梁[2]。采用变高等宽直线桁式结构，长64m。主体采用八七式军用梁拼装[3]，纵向阶梯式分布。为了解决前端下挠较大的问题，在前端设计了上墩顶升牛腿结构，见图3、图4和图5。
3.2.2 滑道系统
（1）上滑道。采用八三墩[4]间断设置，3#杆件横铺在主桁和导梁下弦杆大节点下，自下而上采用“28mm厚钢板+4mm厚不锈钢板+15mm厚优质竹夹板+262mm八三墩组合式下垫梁+变高度异形钢箱混凝土上垫梁”结构，要求滑道面处于同一标高（见图6）。
（2）下滑道。采用现浇钢筋混凝土或八三墩连续滑道，在上、下滑道接触的腹板区域内安装MGE滑块[5]（见图7）。
3.2.3 牵引系统
（1）各阶段的拖拉力（F）根据最大荷载采用公式（1）计算：
式中，为安全系数，一般取=1.2～1.5;G为拖拉钢梁总重（t）;μ为滑道摩擦系数，通过试验确定，一般取μ=0.15;i为拖拉钢梁设计坡度。
（2）纵向拖拉千斤顶设在5#墩侧和水中临时墩顶，横移千斤顶设在4#和5#墩顶（见表1）。
（3）拉锚点。拖拉千斤顶托架为前端固定式拉锚点，截面形式为2HW 428×407×20/35，埋入反力梁深度为1.2m、外露0.86m，采用加劲板及连接板加强[6]。梁体前端横梁上4处横桥向由钢板组焊锚点为移动式后端拉锚点，间距5.36m，采用承压螺栓与桁架箱型端横梁或中横梁底板连接。
（4）拖拉钢束。采用δ=1860Mpa的φj15.24钢绞线束，锚具受压尺寸≥300mm;张拉端采用夹片式锚具，固定端采用P锚固定在拉锚器上。
3.2.4 纠偏限位系统
系统设置在5#和临时墩顶下滑道横梁上，对拖拉过程中的偏位进行纠偏（见图8）。
3.2.5 钢梁横移系统
采用八三墩横纵交错搭设，并与混凝土下滑道梁浇筑成整体。包括4#和5#墩顶横移滑道、千斤顶反力梁和埋设在滑道中千斤顶反力架。千斤顶中线与上滑道中线等高，計算张拉力为212t（见图9）。
3.2.6 高位落梁系统
总落梁高度1950mm。根据千斤顶行程每次落梁高度≤150mm，分13次落梁到位。千斤顶垫梁采用高度140mm的43kg/m钢轨和高度262mm八三墩纵横搭设（见图10）。
3.2.7 水中临时墩及下滑道梁
临时墩顺桥向长20m，基础采用8根直径2.0m钻孔灌注桩，单桩承载力≥15000kN。顺桥向间距12m，横桥向6m+8.6m+6m。横桥向设置高5.5m、宽2.5m系梁，上部结构为框架刚构[7]。下滑道梁预应力混凝土结构单跨悬臂梁宽1.7m、厚0.25m。为了满足拖拉过程中钢桁梁至少一个节点始终落在下滑道梁上，水中墩到3#墩间下滑道长度≥20m，且不小于上滑道2个支点间距离[8]（见图11）。
3.2.8 临时支架滑道梁
临时拼装拖拉支架总长138m，包括106m贝雷梁下滑道梁和32m钢筋混凝土下滑道梁（见表2）。
3.3 钢桁梁拼装与长距离拖拉架设技术
3.3.1 钢桁梁拼装
（1）在桥位旁边滩地设置杆件存放区、杆件预拼区、喷砂场、油漆棚等。
（2）根据钢桁梁设计图、拼装顺序和杆件构造和长度重量，在地面预拼场预拼台座上将杆件预拼预栓成单元，利用履带吊机将预拼单元吊到支架上拼装。预拼单元质量根据起重吊机额定起重质量确定[9]。
（3）安装上滑道及铺设MGE滑块。在八三墩及混凝土下滑道上放样出各个编号各个类型上滑道及对应滑板位置线，按照编号对应铺设滑板及安装上滑道，复核无误后临时固定上滑道[10]。
（4）设置预拱度初控制钢垫板。在拼装前，测量各下弦节点处上滑道顶面标高，根据设计预拱度值设置钢板垫板，其顶部高程严格按钢桁梁厂制预拱度控制在2mm内。
（5）预拱度调整及终控。
当节间拼装好后，实测预拱度与设计预拱度若存在偏差，安放2台100t千斤顶将该节点顶起，然后通过不同厚度的钢垫板调整到预定标高，然后再进行下一个节间的组拼。
（6）高强螺栓施拧。采用高栓扭矩法施工，分初拧和终拧二个步骤进行。施拧顺序应从节点中刚度大的部分向不受约束的边缘进行，对大节点则从节点中央向四周进行。
3.3.2 长距离拖拉架设
（1）方法。
拼装好的钢梁通过大节点下的固定式间断上滑道支承在连续下滑道上，在上下滑道间安装MGE滑块，利用液压泵站控制连续千斤顶牵引钢梁实现长距离拖拉纵移[11]。
（2）拖拉纵移。
拖拉纵移分3个阶段：第1、2、3阶段依次拖拉3、7、11个节间钢桁梁及全部钢导梁。
①第1阶段：拖拉42.5m长3个节间钢桁梁和64m导梁8个节间。拖拉48m后，3个节间钢桁梁和16m钢导梁支承在支架上，导梁悬臂48m。 ②第2阶段：在支架上拼装增加56.8m长度4个节间钢桁梁。拖拉16m后，导梁第1次上墩，实现由单点拖拉转化为多点拖拉。拖拉58m后，56.8m长度4个节间钢桁梁支承在支架上，支架小里程端钢桁梁悬臂3个节间42.5m，水中墩小里程端导梁悬臂26m。
③第3阶段：在支架上拼装增加56.8m长度4个节间钢桁梁。拖拉50m后，导梁第2次上墩。拖拉114m后，钢桁梁拖拉纵移到设计位置。
（3）导梁系统拆除。
导梁拆除和钢桁梁拖拉同步进行。每纵移16m左右即停止拖拉开始拆除导梁，自上而下依次循环拆除杆件，直到剩余拆除全部完成。
3.3.3 顶推横移
（1）横移前，采用千斤顶顶升拆除水中支架上滑道，并安装横移HW型钢下滑道。
（2）在2处横移千斤顶托架处各安装1台YCW300B千斤顶和1台ZB4-500电动油泵。横移距离达13m，千斤顶理论行程20cm、有效行程15cm，计划倒顶87次。
（3）倒换千斤顶后在千斤顶后方逐次增加八三墩组合垫梁。
3.3.4 高位落梁
在4#和5#墩顶各布置串联在一起的4台YD500-200连续千斤顶和1台ZB10-500超高压大流量电动油泵，组成1组落梁设备系统。两组落梁设备系统保持行程速度一致，确保8台千斤顶落梁同步。
3.3.5 支座安装
支座安装时，要求上、下摆对正、密贴。上摆槽形与下摆弧形部分顺桥向前后空隙一致，偏差不大于±1mm。安装后，十字线中心点与墩中心线纵向偏差不大于20mm[12]。
4 结语
实践证明，在诸多复杂条件限制下，先纵向长距离拖拉就位再横移顶推，最后通过高位落梁实现钢桁梁架设方案是可行的。
这一方案对既有线运营的影响时间已经缩短到最短，减少了对既有线的干扰，降低了安全风险。
这一方案的运用大大简化了钢梁的运输工作，节约了工期及成本，保证了钢梁的安裝质量，为类似工程积累了经验。
参考文献
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