铜陵长江大桥主桥钢梁架设过程控制要点

0 引言
目前国内外钢梁架设方法基本为散拼、节段吊装和大节段吊装3种。

国内早期修建的铁路桁梁桥基本采用散拼，具有现场杆件拼接和螺栓施拧工作量大的缺点。

铜陵长江大桥钢梁为国内首次采用整体桁片式结构设计，桁片之间采用高强度螺栓连接、节点外拼接方式，具有技术先进、整体性
好、外观简洁、防腐简单等特点。

铜陵长江大桥主桥钢梁架设引领钢桁梁技术向高强、整体、大跨度、新结构的方向发展，同时也对钢梁架设过程控制提出更高要求。

1 工程概况及钢梁架设总体方案
铜陵长江大桥主桥为两塔五跨钢桁梁三索面斜拉桥，跨度布置为（90+240+630+240+90）m（见图1），塔高212 m，钢梁全长1 290 m，总质量约67 000 t。

主桁采用N字形桁架，三片主桁对应三索面布置，桁高15.5 m，桁宽2×17.1 m，节间长度15 m。

弦杆采用焊接整体节点箱形结构，上弦杆在节点部位设锚固结构与斜拉索相连。

斜杆和竖杆采用箱形、工形及“王”字形截面，与主桁节点采用对接焊连接。

公路桥面采用正交异性钢桥面板，不设钢箱底板，仅在横梁处设置横梁下缘
铜陵长江大桥主桥钢梁架设过程控制要点
蔡跃钦：铁科院（北京）工程咨询有限公司，工程师，北京，100081戴福忠：铁科院（北京）工程咨询有限公司，研究员，北京，100081
苏学波：京福铁路客运专线安徽有限责任公司，教授级高级工程师，安徽 合肥，230001
摘 要：铜陵长江大桥主桥桥跨布置为（90+240+630+240+90）m的五跨连续钢桁梁斜拉桥。

钢梁桁片和桥面首次采用工厂整体制造、桥位架设的施工方法。

北岸岸上边跨采用钢梁拖拉架设，水中部分采用墩旁托架双悬臂架设；南岸采用边跨全顶推，主跨单悬臂架设；钢梁跨中合龙。

铜陵长江大桥钢梁架设采用较多新技术、新设备和新工艺，提高了我国公铁两用大桥建造水平。

介绍该桥钢梁架设过程中的控制要点，为我国铁路同类型钢桥建设提供借鉴。

关键词：钢梁；桁片；钢箱；桥面板；整体制造；架设；过程控制
中图分类号：U445.46 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2016）07-0030-04
图1 铜陵长江大桥总体布置及主桥钢梁架设方案
91.8 240.0 630.0 240.0 91.8
9.5节间拖拉架设
1
2 3
4
5 6
桁片合龙
墩顶5节间支架安装其余悬臂架设 跨中桁
片合龙 17节间悬臂架设
24.5节间顶推法架设
单位：m
底板，横梁间距3 m，横梁腹板与桁片上弦杆采用高强度螺栓连接，桥面板及横梁下翼缘板与桁片上弦杆工地焊接；铁路桥面为正交异性板钢箱桥面，箱高约1.6 m。

每隔3 m设置一道横隔板，在横隔板之间设置纵隔板及加劲肋等，横隔板与桁片采用高强度螺栓连接，钢箱顶、底板与桁片下弦杆工地焊接。

钢梁在工厂制造，经长江水路运至现场，采用驳船存放。

北岸边跨钢梁A0—A9节段利用1 000 t浮吊拖拉架设。

从1#墩至3#墩方向安装135 m长滑移支架，利用浮吊安装一个节段钢梁，完成后向边跨顶推30 m，空出位置后继续拼装节段钢梁，如此循环，完成边跨岸上钢梁架设。

水中部分在3#墩采用双悬臂或悬臂架设，利用浮吊站位于3#墩主跨侧拼装墩顶节段钢梁及架梁吊机，起吊安装主跨侧钢梁，边跨侧钢梁则由浮吊悬臂拼装架设，在A9与A10节点外设边跨合龙口。

南岸采用边跨全顶推，主跨单悬臂架设，在4#、5#、6#墩设墩旁托架，4#—5#墩间设置3排长22 m支架滑道辅助顶推架梁。

利用1 000 t浮吊站位于4#墩主跨侧拼装导梁、边跨A'0、A'5节段钢梁及架梁吊机。

起吊安装钢梁后，向边跨侧顶推架设。

顶推到位后，调整线形，将支点临时锁固。

主跨侧钢梁由架梁吊机悬臂拼装架设，跨中A43节段（15 m）为合龙节段，采用整体片桁合龙。

斜拉索安装滞后于钢梁主桁的安装，每安装完成一个节段（30 m）钢梁，即挂设张拉前一节段钢梁斜拉索，张拉端设置在塔端[1]。

2 钢梁架设过程控制
2.1 大临方案审查
铜陵长江大桥钢梁架设大临设施主要包括：北岸135 m拖拉支架及滑道梁、3#墩墩旁托架及滑道梁、南岸4#、5#、6#墩墩旁托架及滑道梁、4#至5#墩之间2座临时墩顶推支架及滑道梁等。

施工单位设计大临设施并检算，监理进行复核。

以5#墩墩旁托架及滑道梁检算为例，5#墩两侧设17 m长墩旁托架，上铺21 m长滑道梁作为钢梁顶推滑道，滑道顶标高+45.8 m。

墩旁托架横桥向布置与钢梁相对应，为3片桁结构，桁间距17.1 m。

每片桁节点设2根φ1 400 mm×22 mm钢管立柱；顺桥向设置6束每束7根φ15.2 mm钢绞线对拉，预拉力70 t（计算模型见图2）。

检算顶推各种工况下，计算滑块支反力，得出中桁滑块最大反力值为2 724 t，边桁滑块最大反力值为2 356 t。

分配梁为顶板、底板加三腹板焊接结构，材质Q345B，顶板、底板1 400 mm×22 mm，腹板1 536 mm×32 mm，跨度4 000 mm。

检算分配梁整体稳定性和局部稳定性、强度、刚度，同时检算滑道梁的安全性和稳定性。

钢管立柱及连接系受力分为3种工况（见表1）。

钢管立柱及连接系各工况荷载条件下最大应力和最大竖向位移计算结果见表2。

钢管立柱及连接系均为Q235B钢材，其许用应力[σ] =140 MPa，施工阶段取允许应力放大系数为1.3，则取其许用应力为1.3[σ]=182 MPa，3种工况钢管立柱及连接系在钢梁顶推施工过程中的强度与刚度均满足要求[2-3]。

图2 钢管立柱空间计算模型
表1 钢管立柱及连接系受力工况
表2 钢管立柱及连接系各工况荷载条件下
最大应力和最大竖向位移
t
2.2 高强度螺栓检查
大桥采用M30、M24两种规格高强度螺栓，材质均为35VB。

供货方按国标分批提供产品质量检验报告书（含扭矩系数），工地按批号（最大批量为3 000套）进行抽样复验。

复验项目主要为外形尺寸、形位公差、表面缺陷、螺纹参数、机械性能、螺纹脱炭、扭矩系数、标记与包装等。

每个批号螺栓随机抽样连接副8套，在扭矩系数试验仪上进行检验，计算扭矩系数平均值、标准偏差，扭矩系数平均值控制在0.110～0.150，标准偏差小于0.010。

高强度螺栓施拧采用扭矩法施工，紧扣法检查，施工单位100%检查，监理10%比例见证检查。

2.3 工地焊接检查
工地焊接主要包含片桁顶板对接焊，铁路钢箱顶板、底板和公路正交异性板纵、横向对接焊，公路横梁底板与上弦杆接头板对接焊，铁路钢箱底板和公路正交异性板U肋嵌补段对接焊和角焊缝。

焊接设备、材料、坡口形式和焊接参数等均经过焊接工艺评定试验确定。

施焊过程特别注意：（1）焊缝两侧30 mm范围修磨除锈12 h内施焊；（2）焊脚尺寸允许偏差-2～6 mm；（3）环境温度宜在5 ℃以上；（4）相对湿度不高于80%；（5）风力不大于5级。

焊后质量主要从3个方面检查：
（1）外观检查（100%进行）：所有焊缝不得有裂纹、未熔合、焊瘤、烧穿、夹渣、未填满弧坑及漏焊等缺陷，同一部位的返修焊不宜超过两次。

（2）无损检测：桥面板纵、横向焊缝进行100%超声波探伤检测；纵缝10%比例X射线探伤检测，检测部位为焊缝中间250～300 mm；横缝顶板100%、底板10%比例X射线探伤检测，检测部位以十字接头为中心检测，每个十字接头处250～300 mm；片桁顶板对接焊、公路横梁底板与上弦杆接头板对接焊100%超声波探伤检测；铁路钢箱底板和公路正交异性板U肋嵌补段对接焊和角焊缝100%磁粉探伤检测。

（3）产品试板检验：工地桥面顶板、公路横梁底板与上弦杆接头板对接焊每4个节段制作1组产品试板，进行接头拉伸、侧弯和焊缝金属低温冲击试验。

2.4 涂装检查
本桥涂装体系为特制环氧富锌防锈底漆+环氧云铁中间漆+氟碳面漆，根据不同涂装部位稍作调整，检查重点如下：
（1）干膜厚度以10 m2为一测量单元，每1个测量单元至少选取3处基准表面，每个基准表面按5点法进行测量。

钢梁涂装的每一涂层干膜平均厚度不小于设计厚度，最小厚度不小于设计厚度的90%。

（2）涂层对底材附着力和涂装体系层间附着力采用拉开法测定。

（3）钢梁涂装后涂层表面应平整光滑，颜色均匀，无漏底、漏涂、起泡、气孔、裂缝、剥落、划伤及咬底等缺陷，手工涂刷应无明显添痕。

在1 m2范围内，桔皮、起皱、针孔、流挂小于3 cm×3 cm面积的缺陷不超过2处，小面积刷痕不超过4处，涂料颗粒和尘微粒所占面积不超过10%[4]。

2.5 线形监控
钢梁在顶推和拖拉过程中，弦杆节点对相邻2个奇数或偶数节点中心连线的偏移不大于5 mm，立柱在横断面内垂直偏移不大于立柱理论长度的1/700（22 mm）[4]。

钢梁架设应及时监测中线和高程，为消除温度影响，测试时间为凌晨5：00。

在三片主桁高强度螺栓终拧、上弦顶板焊接前，校核中线。

如偏差大，除利用栓孔直径大于冲钉直径调整外，辅以改变焊接顺序，利用焊接收缩变形量调整中线。

三桁节点中心连线应各自用最小二乘法拟合成直线，尤其是中桁，用以判断钢梁的偏移（见图3），指导钢梁安装时的调整、支座的安装和钢梁合龙。

2.6 斜拉索安装与张拉
斜拉索采用平行的钢绞线拉索体系，索体由多股无粘结高强镀锌钢绞线组成，外层装有HDPE索套管。

全桥228根钢绞线，最长索336.451 m。

斜拉索安装采用单
图3 中桁中线偏位
中
桁
中
线
偏
位
/
m
m
60
40
20
-20
-40
y=3.373 6 x+0.054 9
E37' E38' E39' E40' E41' E42' E43' E43 E42 E41 E40 E39 E38 E37 测点偏轴y/mm 回归残差/mm 回归线
注：正值为向下游偏
根穿索、单根张拉、整体调整。

监测、监控单位提供每层索的初张拉力值和整体调整索力值，专业的斜拉索安装队采用等值张拉法初张拉，保证每根索索力值与设计值之差在±2%，按经验先张拉2根钢绞线到一定吨位，保证将HDPE索套管调直。

第3根钢绞线张拉力按下式计算：
T 3= N -N 1-N 2 + E c Aδ ， n -2 l
式中：N 为张拉索力值；N 1、N 2为前2根钢绞线张拉力；
n 为钢绞线根数；E c 、A 、l 为钢绞线弹性模量、截面积和
长度；δ为张拉端和锚固端间压缩量。

在第3根钢绞线上安装传感器，与后面张拉的钢绞线张拉系统相连，后面张拉的钢绞线张拉力与第3根相等时，自动停止张拉[1]。

钢绞线拉索体系中锚具、减振装置、紧索装置、防水、防腐体系为非标产品，应严格检查质量证明文件和外观质量。

2.7 钢梁合龙
（1）边跨采用A9、A10间桁片整体合龙。

边跨里程调整以边跨侧钢梁顶拉为主，利用温度调整钢梁伸缩为辅；中线调整以合龙口钢梁上、下游对拉为主；高程调整边跨侧在2#墩起顶，主跨侧以斜拉索拉、放为主[1]。

先调整钢梁中线，再调高程，最后调整里程。

先合龙下弦、再合龙斜杆和上弦。

（2）中跨合龙里程调整是关键，调整手段少，以利用温度钢梁伸缩调整为主，也可设计顶拉设施辅助合龙；中线调整以合龙钢梁上、下游对拉为主；高程调整以两侧斜拉索拉、放为主。

实践表明，使用长圆孔+圆孔辅助合龙是常用的一个较好的方法，能够将空间位置调整简化为分阶段的平面位置调整。

2.8 支座安装
铜陵长江大桥铰轴滑板支座布置，铰轴滑板支座由上摆、铰轴、下摆、底座等组成。

8 000 t 纵向活动铰轴滑板支座上摆通过112根M30×315 mm高强度螺栓与钢梁梁体相连，底座采用12根M95×1 600 mm锚栓与支承垫石相连，底座平面尺寸4 240 mm×2 700 mm，采用重力灌浆法安装，底座底面与支承垫石顶面距离20～50 mm。

底座面积大，灌浆层
薄，浇筑时不容易排气，浇筑后无法检查灌浆层质量。

应先做灌浆试验，证明工艺可行后，再用于实体支座底板安装。

试验选定M 50砂浆配合比（k g /m 3）∶水泥（海螺p.o42.5）∶水∶外加剂（兰溪昆仑N10型）∶粉煤灰（皖能电厂）=700∶280∶96∶100，出机流动度350 mm（大于320 mm），30 min流动度330 mm（大于240 mm），膨胀率0.09%[1]。

2个分项目部分别制定方案，分开试验，主要考虑进浆口和出气孔是否合理及免振捣砂浆工作性能是否满足要求。

试验后揭开顶板，检查砂浆是否密实，表面是否平整及气泡是否在合理范围内，试验结果应得到建设各方认可。

3 结束语
铜陵长江大桥钢梁架设采用较多新技术、新设备和新工艺，施工难度大，技术要求高。

在近4年的建设过程中，建设单位超前谋划，严格管理；施工单位制定方案，精心组织，精细施工；监理单位审核方案，过程监控，建设各方为大桥钢梁顺利推进共同努力。

铜陵长江大桥钢梁的成功架设，极大提高了我国公铁两用大桥建造水平，可为日后建设提供宝贵经验。

参考文献
[1] 中铁大桥局合福铁路铜陵长江大桥项目经理部. 合 福铁路铜陵长江大桥主桥施工组织设计和施工方案
[R]，2013.
[2] GB 50068—2001 建筑结构可靠度设计统一标准[S].[3] GB 50017—2003 钢结构设计规范[S].
[4] TB 10752—2010 高速铁路桥涵工程施工质量验收标
准[S].
责任编辑 李葳收稿日期 2016-03-21。