南钦铁路三岸邕江特大桥连续钢桁拱架设关键技术

南钦铁路三岸邕江特大桥连续钢桁拱架设关键技术
宋小三;徐恭义
【摘要】针对南钦铁路三岸邕江特大桥连续钢桁拱悬臂架设中的技术难点,通过采用新型的边跨压重形式、挂索计算修正公式以及边墩顶落梁的中跨合龙等解决方法,南钦铁路三邕江特大桥得以顺利合龙.
【期刊名称】《交通科技》
【年(卷),期】2012(000)002
【总页数】4页(P39-42)
【关键词】南钦铁路;连续钢桁拱;悬臂架设;中跨合龙
【作者】宋小三;徐恭义
【作者单位】中铁大桥局设计分公司武汉430050;中铁大桥勘测设计院武汉430050
【正文语种】中文
1 工程概况
三岸邕江特大桥是广西沿海铁路南宁至钦州北段扩能改造工程的重点控制工程，于广西南宁东南郊三岸园艺场附近跨越邕江内河二级航道。

三岸邕江特大桥全长2 537.05m，孔跨布置为：4×24m＋8×32m＋2×24m＋
9×32m＋（132m＋276m＋132m）＋39×32m，其中主桥是孔跨布置为132m ＋276m＋132m的三跨连续钢桁拱桥。

本桥连续钢桁拱的主桁采用N形桁架，桁宽15m，除主墩墩顶节间长度为15m 外，其余节间长度均为12m。

边跨为变高度桁架，桁高16m，中支点处渐变为
20m，并设高18m加劲腿。

主跨拱肋下弦杆距系杆中心为58m，拱顶桁高为9m。

主桁采用整体焊接节点构造。

主桁上下弦杆均为箱型截面，腹杆采用箱型及H型截面，除中支点处箱型竖杆与
中支点连接采用四面对接拼接外，其余箱型杆件及H型杆件均插入节点板内拼接，吊杆采用焊接六边形截面。

自重最大的杆件为693kN，桥面板最重为300 kN。

铁路桥面采用正交异性板整体钢桥面结构，其上现浇混凝土道碴槽板。

钢桥面结构顶板板厚0.16m，采用U型纵肋。

横梁为变高度钢板梁结构，横梁布置间距3m。

桥面板标准节段横向宽13.2m，纵向长6m。

2 连续钢桁拱架设方案
针对上述连续钢桁拱架设技术难点，并结合本桥主体结构的特点，连续钢桁拱架设采用“边跨采用临时辅助支墩向中跨方向悬臂架设，上到主墩后采用吊索塔架辅助悬臂架设，最后中跨合龙”的总体架设顺序［1］。

中跨连续钢桁拱合龙时，采用边墩顶落梁［2］（主墩不起顶）与南宁岸连续钢桁拱纵移［3］的合龙方法，全
桥架梁总体方案见图1。

图1 连续钢桁拱架设总体方案图（单位：m）
全桥共计44个节间，其中两边跨共计22个节间。

每侧边跨各设6排临时支墩，
支墩采用钢管立柱，支墩基础采用混凝土扩大基础。

在两边跨各设1台70t跨线龙门吊机，边跨前5个节间由该龙门吊机在支架上安装，安装完成后，利用该吊机在连续钢桁拱上弦拼装70t桅杆式架梁吊机［4］。

剩余的所有节间连续钢桁拱由70t架梁吊机安装，70t跨线龙门吊机位于边跨跨中处作为提升站负责将连续钢桁拱杆件提升至桥面运梁台车上。

连续钢桁拱架设上至主墩后，起顶连续钢桁拱进行支座安装，从主墩位置向中跨悬拼2个节间后，进行连续钢桁拱位移调整，边墩连续钢桁拱预落至计算落梁值，南宁岸连续钢桁拱整体向中跨方向预偏。

继续悬拼连续钢桁拱至中跨第3节间（A14节点），前移架梁吊机1个节间后，即可进行吊索塔架安装，塔架安装与悬臂连续钢桁拱安装同步进行。

连续钢桁拱安装至A15节点后，对边跨连续钢桁拱按照设计要求进行首次压重，待连续钢桁拱架设至A17节点后，需按设计要求完成对边跨连续钢桁拱的3次压重，并挂设、张拉设在A16节点的塔架扣索，之后继续架设连续钢桁拱至连续钢桁拱合龙。

整体桥面板采用分块（横向宽13.2m，纵向长6m）安装的方案［5］，横向焊缝在本节间焊接，纵向焊缝最多可滞后2个节间焊接；横梁与弦杆、纵肋与纵肋之间的连接高栓最多可滞后2个节间终拧。

3 连续钢桁拱架设关键技术
3.1 边跨压重
连续钢桁拱悬臂施工边跨压重传统的方法主要有3种：压重块桥上压重；后锚固压重即将边墩上设置的预埋索与钢梁尾部设置的锚固结构连接，形成后锚固体系；压重块吊挂压重［6］。

三岸邕江特大桥边中跨比为0.478，连续钢桁拱悬臂架设时，为满足抗倾覆稳定（M稳＞1.3 M倾）的需要，需在边跨侧钢梁进行压重，如果按压重荷载均匀分布于E0～E3节间，则每个边跨各需压重近25MN。

考虑压重不影响桥面施工，同时考虑钢梁合龙口位移调整需两岸边墩支点顶落和纵移，因此边跨压重采用桥面下混凝土块吊挂的压重形式。

由于压重材料需50MN，其材料组织及使用完成后的废料处理也是一道难题。

考虑到边跨钢梁架设时设置的临时支墩扩大基础，如果考虑倒用，则可节约2／3的压重材料，可产生较好的经济效益。

因此，本桥的边跨压重为采用临时支墩扩大基础作为主要的压重材料，利用钢绞线通过泄水孔将扩大基础吊挂在桥面分配梁上的新型压重形式。

压重块利用钢绞线通过泄水孔悬挂在桥面分配梁上，两岸边跨各设3个混凝土压重块，每个压重块的
尺寸为：20.2m（长）×5.2m（宽）×3.0m（高），每个压重块重7 880kN，每
个边跨各压重23 640kN。

其中，压重块底部2.0m高的混凝土压重块为临时支墩1～3的扩大基础。

在临时支墩使用完毕后，拆除支墩钢管立柱结构，在扩大基础
上浇注1.0m高的新增混凝土块，压重时，将扩大基础及新增混凝土块吊离地面0.2m。

3.2 吊索挂设
当钢梁向中跨侧悬臂8个节间时，需进行吊索塔架吊索的挂设，之后，利用吊索
辅助继续悬臂架设。

挂索时，一般经历软牵引、硬牵引、锚杯戴帽、张拉至设计位置4个阶段。

软牵引、硬牵引的设备配置应根据理论计算确定。

传统的挂索计算一般按斜拉桥的挂索计算方法确定。

如图2所示，假设斜拉索两端的几何距离为L0，对应的无应力索长为L，梁端锚
杯中心距张拉设计位置的距离为a，在牵引力T作用下，其弹性伸长量为TL／EA，垂度影响的伸长量近似为：因此可得：
式中：L0为斜拉索总长，m；L为斜拉索的无应力长度，m；Lx为斜拉索的水平
投影长度，m；E为斜拉索的弹性模量，N／m2；W 为斜拉索单位长度重量，N
／m；A 为斜拉索中钢丝的截面积，m2；T 为牵引力，N。

图2 斜拉索计算简图
以上的计算中，未考虑斜拉索张拉后两端几何距离的变化。

在连续钢桁拱的悬臂架设中，钢桁拱在挂索前，其前端已经有较大的挠度，挂索后钢梁前端的挠度有较大
幅度的减小，吊索两端的几何距离在挂索前后有较大的差异。

以上差异对挂索计算造成的主要影响是戴帽索力计算值与实际值出入较大，软牵引、硬牵引的设备配置要求过高，导致成本增加。

因此，需对上述计算公式进行修正，以考虑吊索张拉过程中的钢桁拱悬臂端位移。

经修正后的计算公式为：
式中：T0为设计安装索力，N；δ为单位索力引起的位移修正系数，m／N。

采用midas软件建立钢桁拱和吊索塔架的计算模型，并计入架梁吊机的自重及钢梁压重段重量，挂索索力按节点荷载输入至相应节点上，求解单位位移修正系数。

通过计算分析，南宁岸和钦州岸后索在1 000 kN索力作用下，其梁端锚头处钢桁拱位移为0.011m；前索在1 000kN索力作用下，其梁端锚头处钢梁位移为
0.072m，转换为公式上的位移修正系数δ，单位索力引起前索位移修正系数δ＝0.716×10－7 m／N。

斜拉索挂索公式计算的前索戴帽索力T＝318kN，修正后的计算公式计算的前索戴帽索力T＝121kN，可见，是否考虑钢桁拱变形的修正，对戴帽索力计算结果的影响很大。

考虑钢桁拱变形影响后，戴帽索力有很大的降低，修正后的戴帽索力更加符合实际。

因此，挂索计算中考虑钢桁拱变形的修正是非常有意义的。

3.3 中跨合龙
本桥中跨合龙采用边墩顶落梁（主墩不起顶）与调索的综合合龙方法［7］。

该方法为通过调索，将钢梁前端转角尽可能调小，然后两岸边墩落梁，将钢梁合龙口调至设计长度，依次合龙下弦、斜杆和上弦。

边墩顶落（主墩不起顶）与调索的综合合龙方法的具体实施步骤如下［8］：（1）安装合龙杆件的一头，杆件的另一头留作合龙口，安装拱上弦的合龙口顶拉
设施。

（2）测量合龙口的横向ΔY、高程差ΔZ和两侧钢梁角度总差值θ，计算出边墩的落梁值和纵移值。

（3）如果顶落量超出允许的范围，调整索力，将两侧钢梁角度总差值θ减小，直至满足要求。

（4）起顶中墩或边墩的横向千斤顶，调整钢梁中线。

（5）起顶边墩钢梁，将边墩钢梁落梁到位。

（6）启动纵向水平千斤顶，将南宁侧钢梁纵移到位。

（7）打入合龙钢销，完成合龙口临时锁定。

（8）打入下弦冲钉，施拧部分高栓，完成下弦合龙。

（9）通过上弦的顶拉设施，对合龙口进行对顶或对拉，微调斜杆合龙口尺寸，打入斜杆冲钉，施拧部分高栓，完成斜杆合龙［9］。

（10）主拱合龙后，释放一个主墩的临时纵向约束，此时系杆合龙口尺寸比理论
尺寸短，通过起顶边墩支点，将系杆合龙口张开至理论尺寸，打入系杆冲钉，施拧部分高栓，完成系杆合龙。

4 连续钢桁拱架设主要创新点
三岸邕江特大桥技术标准高，施工难度大，连续钢桁拱架设中存在较多的技术难题，为解决相关难题，采取了如下几个方面的创新：
（1）连续钢桁拱架设方案。

针对本桥连续钢桁拱架设技术难点，并结合本桥主体结构的特点，连续钢桁拱架设采用“边跨采用临时辅助支墩向中跨方向悬臂架设，上到主墩后采用吊索塔架辅助悬臂架设，最后中跨合龙”的总体架设顺序和边墩顶落梁（主墩不起顶）与南宁岸连续钢桁拱纵移的合龙方法，减少了大临结构的投入，降低了合龙风险。

（2）边跨压重。

连续钢桁拱悬臂架设中，为满足抗倾覆稳定要求，本桥摈弃了传
统的压重形式［10］，在边跨压重首次采用临时支墩扩大基础作为主要的压重材料，利用钢绞线通过泄水孔将扩大基础吊挂在桥面分配梁上。

（3）挂索计算创新。

对钢桁拱悬臂架设中吊索的挂设理论计算进行研究，通过考虑连续钢桁拱变形的影响，对斜拉桥挂索计算公式应用于钢桁拱吊索挂设计算进行了修正，具有一定的理论创新。

（4）连续钢桁拱合龙研究。

对钢桁拱的合龙理论、合龙计算及位移调整手段进行了系统的研究，首次采用设置横向起顶牛腿，竖向千斤顶横桥向布置，较好地解决了连续钢桁拱纵移受墩身尺寸限制的难题。

5 结语
三岸邕江特大桥连续钢桁拱架设于2010年6月8日正式开始，2011年6月15
日顺利实现主桥合龙。

作为南钦铁路全线重点控制性工程，三岸邕江特大桥针对主体结构特点，在连续钢桁拱架设方案中采用新型压重形式，对斜拉桥挂索计算公式应用于钢桁拱吊索挂设计算进行了修正，对钢桁拱纵横向位移调整进行了研究，为今后类似连续钢桁拱桥的架设提供了新的借鉴。

参考文献
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