花园街大桥钢桁梁合龙施工控制
时间：2020-05-18 03:45:46 来源：达达文档网 本文已影响 人 
师琨赫 李灵
摘要：花园街在施工中采用缆索吊机进行钢桁梁节段整体悬臂拼装施工，中跨钢桁梁采用转体施工自然合龙法施工。施工中，采用辅助斜拉索张拉索力的方法实现合龙段姿态的调整，以满足合龙线形要求;对钢桁梁合龙段的弦杆间距、桥面标高、纵向轴线、当地气温和弦杆温度等进行48小时连续观测，确定合龙段的合龙温度和放置温度分别为17℃和19℃。该桥已完成高精度合龙，合龙后主梁线形平顺，误差满足规范要求。
Abstract：
In the construction of Huayuan Street， cable cranes are used for the overall cantilever assembly of the steel truss beam sections， and the mid-span steel truss beams are constructed by using the swivel construction natural closure method. In the construction， the auxiliary stay cable tensioning method is used to adjust the posture of the closure section to meet the linear requirements of the closure section; the chord spacing， deck elevation， longitudinal axis， local temperature and chord temperature of the closure section of the steel truss is continuously observed in 48 hours. The closure temperature and the placement temperature of the closure section are determined to be 17°C and 19°C respectively. The bridge has completed high-precision closure， and the main beam is smooth after closure， and the error meets the specifications.
关键词：花园街大桥;钢桁梁;合龙;施工控制
Key words：
Huayuan Street Bridge;steel truss beam;closure;construction control
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）10-0157-04
1 概述
花园街跨京杭运河大桥，主桥主跨一跨跨越京杭运河，南北两边跨分别跨越国道、河滨东路。主桥跨径布置为65.7+120+65.7=251.4m。本桥没有设置联接系，仅在两个中间墩上方设置两道桥门。主桁节间间距为8～13.5m，主桁高度采用二次抛物线变化形式。航道中心与桥梁中心线正交。主桥采用钢桁架梁方案，采用转体施工技术。主桁架由两片钢桁架梁组成，主桁中心距为26m，在两片主桁架的外，各挑出6.5m（桁架中心至悬臂端部）的悬臂，支撑着非机动车道及人行道，桥面总宽度39m。其立面布置图，如图1所示。
桥钢桁架共划分为26个节段，包括桥门架QM。在钢桁架的制作过程中，为了控制钢梁的拱度，确保拼装过程中的稳定性。钢梁桥位拼装方案拟采用支架和悬臂拼装结合的方案。将钢梁桥位拼装分为两个阶段，第一阶段是支架拼装阶段，第二阶段是悬臂拼装阶段（见图2）。
支架做好后在支架上固定拼装下弦杆，调整拱度，然后依次拼装桥面板、腹杆及上弦杆。悬臂拼装阶段是按照腹杆-下弦杆-桥面板-腹杆-上弦杆的顺序交替进行拼装，确保拼装结构稳定性，尽量避免悬臂引起的拼装拱度值变化，主桁杆件吊装顺序见表1。
该桥位于京杭大运河上，且南面跨越国道，水陆运输船只和车辆都较多，结构复杂，而钢桁架梁的合龙施工，施工难度较大。这里主要阐述钢桁架梁合龙施工过程中的关键技术控制。
2 合龙段的施工方案及施工难点分析
2.1 合龙段的施工方案
花园街大桥采用转体施工方案，在南、北两岸同时拼装大桥的南半部分和北半部分，钢梁拼装采用全悬臂拼装方案。悬臂拼装是利用弦杆自稳定性进行安装，安装过程遵循下弦杆——腹杆——上弦杆——桥面系——下弦杆的顺序，且两片主桁杆件同步进行拼装，弦杆拼装完成后安装桥面系，接着安装下一个节间弦杆，在下一个节间安装过程中焊接上节间桥面系，弦杆拼装始终领先桥面拼装一个节间，弦杆、桥面系交替进行。其拼装过程见图3。
2.2 施工难点
由于边跨过渡墩上JGQZ5000KN的支座自重达到了近9吨，因此，如果先不在边跨墩上安放永久支座，而先进行边跨尾端一节的拼装，通过过渡墩上设置临时支座从而实现中跨的安全合拢是能够实现的，可是，在邊跨尾节拼装到位后再来人工安装重达近9吨的边跨墩永久支座，几乎不可能做到。因此，边跨的合拢只能在临时支墩上实现。
钢桁架中跨施工的合龙实际上是钢梁由悬臂外伸的梁转换成三跨连续的梁的过程，施工时采取的方法是通过改变边支点的相对高差，构造三跨连续梁的跨中弯距、剪力和相对转角均为零的这样一个合龙条件，保持钢桁梁合龙前、合龙后的受力状况基本一致（见图4）。根据设计要求，计算该桥钢桁架在设计体系温度下（19℃）中跨无应力状况合龙时，边跨和中跨支点的高差，进行合龙调整。其施工难点主要有：①钢桁架的施工合龙，受温度、临时荷载、支墩的稳定性影响较大。②主梁自重大，使得全桥施工在转体合龙过程中纵向横向线性调整难度加大。③钢桁架的合龙和连接，多采用高强螺栓连接，误差调整余地小，且刚性构件，在施工过程中纵横向相互影响，桁架的制作和合龙精度要求高。④合龙段施工在温度敏感的6月份，气候变化大，合龙段气候预测困难，给数据采集和温度控制带来较大的影响。
3 合龙段控制技术
先不拼装尾节钢桁架梁，通过在临时支墩上设置千斤顶支撑，同时在边跨一侧适当配重以维持转动体系的安全稳定，使得转动体系临时边跨合拢，然后再通过临时支墩上的千斤顶的伸缩，利用跷跷板的原理来实现中跨合拢。在中跨合拢之后，在过渡墩上先安放永久支座，再来拼装最后一节，使尾节直接落放在边跨墩永久支座上。为拆除方便，临时墩采用主梁拼装阶段主墩两侧支墩一致的临时支架体系：下部采用两根直径1.2m的钢筋混凝土桩基和承台基础，外露在地面以上部分采用钢管柱支架（详见边跨临时墩支架体系图）。只是这里每个点改用一台千斤顶代替砂桶临时支座，以方便合拢时可以通过千斤顶进行高度方向的上下精调。临时墩设在主桁架下，可以在边跨合拢前维持上部结构的稳定，同时为转体到位后边跨最后一节（8m）实施拼装提供支撑点。临时支墩上要设置一定的抛高，为最末尾一节的拼装提供高度空间。
3.1 合龙时关键数据观测及处理
为了确定合龙段的节段的长度、标高和线性控制、施工温度和放置温度等关键参数，合龙段施工前必需对合龙段的几何位置和温度进行连续观测。连续观测前，考虑到引桥现浇箱梁先施工，且主桥过渡墩在主桥和引桥一侧有高差（引桥一侧高60cm），如果主桥钢桁架梁纵向节段全部拼装到位后再转体，那么边跨末节因上部结构角点旋转半径（南岸为70.1m，北岸为69.3m）大于边跨跨径（65.7m）而无法实现转体就位，因此，只能通过少拼装一节（8m）边跨钢桁架梁来实现，为确保合拢作业安全稳定，这就需要在水平转体到位后在距离边跨过渡墩8m的主桥一侧设置两根临时墩，临时墩下设计直径1.2m的桩基础以满足受力。所以在确定观测记录时，尽量使其观测条件和合龙时的施工条件（包括桥梁的边界条件、临时载荷的大小、相应桁架的位置等等）保持一致。对钢桁梁合龙段的间距（上、下弦杆最前排螺栓孔边缘的距离）、轴线、标高、气温和弦杆温度等进行长达48小时的连续观测，观测频率为每两小时一次。图5是施工合龙前24小时（8：00到次日8：00）的合龙段标高、轴线和间距测试结果实测值。通过分析可知：一天之中合龙段的标高的变化幅度最大可以达到10厘米，轴线的变化幅度达到18厘米，钢桁架间距的变化达到近24厘米，受气温和日照辐射的影响非常大。同时，合龙段几何位置的最大值出现在下午15：00～16：00，凌晨2：00～6：00变化幅度较小。
3.2 合龙温度的确定
钢桁架形式的桥梁，其转体施工时合龙段的施工温度（即合龙温度）决定了合龙段钢桁架的构造长度，能否准确地预测合龙时的温度，是所有后续合龙工作的基础。由于该桥梁合龙采用的是高强螺栓连接，所以，希望合龙时，周围环境温度相对稳定，这会给合龙段一侧的高强螺栓连接留有充裕的施工时间。但是周围环境温度稳定，合龙段就难以正常合龙施工，因为，在进行钢桁架的合龙施工时，考虑到钢材的热胀冷缩，一定程度的热胀对桥梁合龙是有利的。因此，合龙段施工时温度的选择，应综合考虑高强螺栓的施工时间和合龙段钢桁架的间距等因素。
该桥处于长江下游地区，6月份又是梅雨季节，因此，总结和统计这一地区往年的气温数据显得尤为重要。对过去10年（2007～2017年）该时段6月5～9日的气温进行统计分析（21：00至次日20：00），得到合龙施工前后的平均温度曲线，如图6所示。通过对各项观测数据的整理和综合分析可知：该桥位处凌晨0时至上午7时气温较稳定，温度变化在2℃左右，预测合龙时的温度为19℃，与设计合龙的温度20℃很接近。此外，南岸和北岸的合龙段之间分别预留3cm和2cm的间隙。这样可以较好地满足施工温度和施工间隙，确保钢桁架顺利合龙。同时，也给高强度螺栓的放置和紧固留了充足的时间和空间。
3.3 中跨合拢吊装方案
大桥横跨京杭运河，京杭大运河是三级航道，往来船只频繁，施工过程不能占用航道。桥面吊机自重较大，影响跨中拱度控制。经分析，拟采用多吊点葫芦吊的吊装方案。转体前将吊装设备和合龙杆件提前安装及摆放至相应位置（见图7）。待到适宜合龙的状态时起吊合龙杆件。
多吊点葫芦吊的原理：在上弦杆上设定滑轮③，在下弦杆上设卷扬机⑤，用葫芦吊②辅助吊装结合定滑轮③和卷扬⑤吊装下弦杆。在合龙口附近上弦杆上安装一个三角固定支架，支架上安装两个10t手动葫芦吊，用吊点①+②吊装上弦杆合龙段。在上弦杆上设置吊点④，用吊点①+④吊装腹杆。
3.4 中跨合龙调整方案
桁架安装到跨中时受结构自重、加工制作精度、安装误差及外界环境条件等因素的影响，合龙端存在一定的误差，需要采取措施进行调整，调整的步骤如下：①选择气温在19℃左右，且没有阳光偏晒的条件下，实测合龙端误差和桁架梁轴线偏差。②在边桁架的支点处施加一个横向水平力，使钢桁梁绕中心支点转动，从而调整轴线偏差。③适当降低边桁架的支点，调整合龙端的高差。具体高差數值设计单位与施工单位应分别计算对比后确定。④用10t手拉葫芦将合龙端对拉。
4 结束语
花园街大桥，其特点是跨径大、合龙段施工杆件多、要用高强螺栓连接钢构件、主桥桥位处天气变化不稳定，这使得该桥合龙时的施工难度变大，对施工精度提出了更高的要求。中跨钢桁梁采用转体合龙法施工，同时辅以电动手拉葫芦等措施配合合龙施工，这样的施工方法降低了现场对施工温度的完全依赖，缩短了合龙段的施工时间，提高了合龙精度。在施工过程中，通过各类数据的观测分析以及该桥位处近10年气象资料统计分析后，确定合龙段的施工长度、合龙时的最佳温度;采用钢管和工字钢等临时辅助支撑，多吊点和葫芦吊等措施，确保施工顺利，防止合龙段在吊装和运输中发生变形。
花园街大桥的合龙施工，施工速度快，合龙施工结束后的施工精度高，合龙后主桥线形能保持平顺、流畅，施工误差满足设计和规范要求。该桥的钢桁梁合龙施工技术可供类似桥梁借鉴和参考。
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