大跨度超宽桥面无背索斜拉桥钢箱梁施工技术

大跨度超宽桥面无背索斜拉桥钢箱梁施工技术

李晓倩张询王显鹤

摘要本文结合亚洲第一宽双索面无背索斜拉桥---郑州贾鲁河大桥（跨度为30+120+40m，

宽度为55m）施工实践经验，总结了超宽桥面无背索斜拉桥钢箱梁制造、安装施工技术，为公司

乃至国内同类桥钢箱梁施工提供借鉴。

关键词超宽桥面斜拉桥钢箱梁施工技术

1 引言

无背索斜拉桥是近年来逐步发展的一种新桥型，其以良好的力学性能、优美的景观，为桥梁建设中最有竞争力的桥型之一。世界上第一座大跨度无背索斜拉桥是西班牙的Alamillo桥，跨度200m，建成于1992年，此桥型新颖美观，在艺术上堪称杰作。目前国内建成的无背索斜拉桥有长沙洪山大桥、长春轻轨伊通河斜拉桥、哈尔滨太阳岛斜拉桥、白鹭大桥等等。无背索斜拉桥桥塔仅有单侧索，为确保主塔处于良好的受力状态，塔身一般都设计成倾斜的，塔身后倾的巨大重力需通过主梁来平衡。

郑州市贾鲁河大桥为双索面无背索斜拉桥，其中中跨跨中100m为钢箱梁，桥梁宽为55米，其超宽桥面堪为亚洲之最，本桥结构复杂，施工难度大，本文主要介绍主梁中钢箱梁施工技术，为今后超宽桥面无背索斜拉桥钢梁施工提供借鉴。

2 工程概况

郑州贾鲁河大桥主桥为（30+120+40）m无背索斜拉桥，桥梁全宽55m，主塔为预应力混凝土斜塔，上塔柱高60m，向后倾斜30°，斜拉索水平倾角24°，全桥共计18根，纵向间距10m，主梁采用钢混纵向组合结构，纵向布置为30+120+40m，其中中跨跨中100m为钢梁，钢梁与混凝土梁结合处设钢混结合过渡GA段，与钢混段连接的节段为GB、GD段，其余节段均为标准段GC，共11个节段。

钢梁为主纵梁、小纵梁、中横梁、小横梁、正交异性钢桥面板及大悬挑组成的钢构架。钢梁断面图如图1所示。

3 钢箱梁施工方案

3.1 钢箱梁制作方案

根据现场安装条件、设计图纸及相关规范要求，本工程钢箱梁纵、横向进行分段，在车间内进行板单元制作，在预拼装场地内进行预拼装，预拼装时将板单元组焊成运输块体，块体采用陆运至安装现场。

图1 钢梁断面图

3.1.1 板单元制作

顶板单元、底板单元、横隔板单元、腹板单元、横联单元、锚箱单元、挑臂单元等均在专用的工装设备上完成组焊。

3.1.2 节段制作

板单元制作完成后，在设置了桥梁竖向线形的整体组装胎架上按轮次进行节段的整体组装焊接及预拼装，采用多节段连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的方案。

在节段制作中，按照“纵梁锚箱底板单元→两侧底板单元→纵梁两侧箱体隔板→腹板单元→锚箱块体初定位→两侧箱体隔板→两侧箱体腹板→横梁单元→组焊中间顶板→组焊两侧顶板→组焊挑臂块体1→组焊挑臂块体2”的顺序，实现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接。组装时，重点控制桥梁的线形、钢梁几何形状和尺寸精度、锚点的位置精度，相邻接口的精确匹配等。

3.2 钢箱梁安装方案

3.2.1 工程整体施工过程

从工期、安全、费用、施工条件等多方面综合考虑，本桥采用塔梁同步施工方法，即

是将钢箱梁的施工和索塔的浇筑同步进行，完成对应节段的钢箱梁和索塔后，即张拉此段

斜拉索，再施工下段钢箱梁和索塔。整体施工步序如图2所示。

图2 工程整体施工步序

3.2.2 钢箱梁吊装方案

钢箱梁节段块体在制作完成后陆运至安装现场，在现场进行预拼装后进行吊装。本工

程钢箱梁采用“胎架支撑原位拼装工艺”进行安装，即在钢箱梁下方设置临时支撑胎架，

在临时支撑体系上原位安装所有构件以达到初始位形。根据本工程的制作分段、结构形式

4 主要施工技术

4.1 支撑胎架

4.1.1 支撑胎架形式

本工程钢箱梁采用胎架支撑原位拼装，GA2～GC5支架高度约9.5m，GA1～GC4段支架高约12m。均采用6m、4m标准段支架，在现场根据实际高度再临时进行加高，加高支架部分与原有标准段支架结构形式一致，加高部分与原有支架顶部的钢板进行焊接。根据各支承段的受力特点，综合考虑现场的支承环境，支架立置在钢箱梁横向分段处，主肢采用Φ325X10钢管，横断面以及侧面的连接均采用Φ89X4的钢管，连接时采用焊接形式，承重梁为2H400×200×8×13钢焊接而成，顶部设置φ200×10调节钢管。6m标准段支架如图5所示。

4.1.2 支撑胎架制作

支架制作时，严格按照图纸加工，支架材质为Q235B，法兰盘为Q345B，节点板与钢管立柱采用6mm双面角焊缝，除立杆外其他杆件采用螺栓连接，加劲板倒角距离为20mm。支架的单节制作高度为6m，支架节与节之间通过法兰盘、螺栓连接。

4.1.3 支撑胎架安装

临时支架安装前，对实地进行考察和测量，对安装基础不符合要求的，进行平整、硬化或加铺钢板，根据桥梁中心线、支架轴线和节段的划分，用经纬仪或全站仪确定临时支架的纵横坐标及标高。

图5 6m标准段支架图

为确保支架稳定，在支架主肢底端加焊一块700*700*20的钢板，四周采用M16×120mm 膨胀螺栓与路面基础固结。据计算分析可知，单个主肢最大受力为FZ=548.6kN，施加给扩大基础的压强为P=548.6kN/(0.7×0.7)=1.12MPa。

钢箱梁节段安装完成后，选择部分支架设置沉降观测点，用来对整个支架的沉降状况及稳定性进行观测。临时支架调节采用调节段与千斤顶进行，主要用于钢箱梁吊装时调节钢箱梁标高和安装结束后进行钢箱梁整体卸载。

支架采用汽车吊吊装，通过预埋螺杆与揽风绳进行支架临时固定，临时固定后，采用两台经纬仪或者全站仪进行垂直度校正，采用全站仪进行支架顶部标高测量。

4.1.4 支撑胎架受力计算

4.1.4.1 荷载取值与边界条件

荷载主要考虑上部块体的自重与临时支撑的自重，选取1.35的荷载增大系数进行计算分析。临时墩为钢管立柱，柱脚为固定支座（约束Ux、Uy、Uz）。

4.1.4.2 有限元结果分析

对原结构进行简化，建立有限元计算模型，拼接过程只考虑自重效应，荷载安全系数取1.35，计算结果如图6所示。

根据计算，结构的X方向最大变形DX为±2.27mm，Y方向最大变形DY为±0.31mm，Z 方向最大变形DZ为-4.22mm；则按照《钢结构设计规范》GB50017-2003，结构的变形满足要求。

结构的最大应力约为-144.44MPa，位于顶部分配梁的跨中位置，小于杆件的设计应力310MPa，因此应力满足要求。

4.2 地基处理

根据勘测资料以及现场实地考察，施工现场地势高低不平，土质松软，地处淤泥地，给本工程钢箱梁运输、支架原位拼装带来了极大的不便，因此支架基础、吊装作业区均需

进行地基处理。