大跨度钢桁架拱桥施工技术研究及应用

大跨度钢桁架拱桥施工技术研究及应用
摘要：本文以印度尼西亚Tayan大桥为背景，介绍钢桁架主桥主跨整体安装施工技术、及边跨支架法现场散拼施工技术在工程项目上的实际应用；希望通过本文介绍可以为今后类似桥梁施工提供一定应用参考价值。

关键词：大跨度钢桁架拱桥施工技术研究应用
一、工程概况
Tayan大桥主桥为钢结构三跨连续桁架拱桥（75m+200m+75m），主跨为桁架拱，边跨为桁架梁。

200m主跨计算矢高为36.75m，矢跨比为1/5.44。

主跨拱肋分上、下弦，上下弦通过竖杆和斜杆连接；边跨为桁架梁，上下弦杆利用斜腹杆连接。

主跨拱肋及边跨桁架横桥向间距12.5m，左右侧两片主桁间通过钢管横撑和K撑连接。

钢管横撑和K撑，采用ASTM A36材质，主桁架其它杆件全部采用“H”型断面焊接工钢，设计材质为SM490YA。

所有构件均采用M24高强螺栓连接，只有钢管横撑和K撑有少量加劲板需现场焊接。

图1 主桥纵向布置图
桥道系由纵梁、横梁和小纵梁，以及混凝土桥面板组成的组合梁，同时作为钢拱架系杆。

拱脚处4根横梁间距为7.5m，其余横梁间距全部为5m。

横梁和小纵梁均为单肢工字钢。

桥面板混凝土最高厚度为36.0cm，横向设计为2%双向横坡。

二、总体施工方法介绍
根据钢桁架拱桥自身受力特点，结合施工现场实际自然、水文及设备配置等条件，通过国内、国外多次方案汇报和专家评审，最终决定：边跨采取支架法原位拼装；主拱采取矮支架原位拼装后整体提升安装→桥道系杆安装→主拱及桥道系支架拆除→吊杆安装→桥面及附属工程施工。

三、钢桁架拱桥节段安装
全桥桁架共划分64个节段块，根据桁架片节段组装挠度计算并结合浮吊吊装能力来将节段块组拼成若干个吊装节段；主墩0#块采取支架法现场散拼成型；单侧边跨共设4组吊装节段（上、下游各2组），合拢段设在过渡墩处；跨中单侧悬臂段共设2组吊装节段（上、下游各1组）；跨中矮支架上共设14组吊装节段（上、下游各7组），由跨中向两侧对称组拼完成；跨中桥道系对应主拱圈节段由两侧向跨中对称安装完成。

（1）边跨支架法原位拼装
步骤一：
1）完成主桥P16～P19号墩身施工；
2）安装主桥P17和P18号墩顶支座并采用临时锚固装置限位；
3）安装P17和P18号墩顶及承台上钢管支架。

步骤二：
1）利用浮吊，安装P17和P18支座区中跨M0和边跨S0节段的钢梁，并与钢管支架固结；
2）利用浮吊，振设和安装边跨的临时钢管支架。

步骤三：
1）利用浮吊安装边跨S1节段，并且将其与第1排钢管支架进行固结。

步骤四：
1）利用浮吊，分别依次整体安装边跨上游S2-6主桁架→安装桥道系→整体安装边跨下游S2-6主桁架→安装顶部横撑及K撑，并且将其与第2排钢管支架进行固结。

步骤五：
1）利用浮吊，分别依次整体安装边跨上游S7-12主桁架→安装桥道系→整体安装边跨下游S7-12主桁架→安装顶部横撑及K撑，并且将其与第3、4排钢管支架进行固结。

步骤六：
1）利用浮吊，安装边跨合龙节段S13，完成边跨合拢。

2）浇筑辅助墩支座地脚螺栓砂浆，解除支座的约束，让边墩支座可以自由滑动。

（2）、主拱采取矮支架原位拼装后整体提升安装
步骤七：
1）利用浮吊，振设和安装中跨临时钢管支架和第1节提升塔。

2）利用浮吊，依次安装上、下游中跨的M1-4节段。

3）安装钢管顶M4节段的横向限位以后，拆除边跨钢管支架。

4）利用浮吊，把M5节段的杆件安装到临时位置。

步骤八：
1）利用浮吊，在中跨矮支架上，拼装P17-6和P18-6节段间的26个起吊梁段并完成预应力张拉。

2）同步进行提升塔架搭设。

步骤九：
1）安装和调整中跨整体起吊梁段的吊具和吊索。

2）平稳起吊中跨整体梁段到设计高度，安装提升塔中平联操作平台。

3）精确调节整体提升梁段标高和轴线，然后安装横向调节限位和竖向精轧螺栓加强吊杆。

步骤十：1）在设计合拢温度下，安装钢桁拱P17-5和P18-5两个合拢梁段。

2）拆除中跨M4节段处钢管支架与钢桁架拱的连接。

3）解除P18墩支座临时锚固。

步骤十一：
1）利用浮吊，改装中跨矮支架，并在矮支架上从拱座两侧向跨中安装桥道系组合梁，直至中跨合拢。

2）利用四吊点连续液压千斤顶，配合拆除提升塔中平联操作平台，然后逐步卸压完成中跨钢桁架拱的落架。

3）拆除整体提升梁段的临时预应力束。

步骤十二：
1）利用浮吊和下弦杆吊架，按照设计监控数据提供的吊杆安装长度和顺序，安装所有桥道系吊杆。

步骤十三：
1）利用浮吊，拆除两个提升塔和矮支架。

2）按设计要求，浇筑桥面系混凝土，进一步完成全桥施工。

四、钢桁架主拱整体提升
（1）提升塔的设计
每个提升塔采用8根钢管立柱，全部为1200mm×12m钢管。

每侧支腿的4根钢管之间通过双肢I28a型钢平联和双肢I28a型钢斜撑进行连接。

两侧支腿之间
由底层和顶层两层大桁架平联连接成整体，达到足够的刚度。

提升承重横梁采用
H1200mm型钢钢梁，安装在提升塔顶。

（2）提升段的安装
中跨整体提升段从P17-6#节段至P18-6#节段，共26个节段。

整体提升梁段
结构尺寸长130m，宽13.5m，高21.8m，在计算吊具、预应力索和维修通道的情
况下，总重达600t。

设计用两个提升塔，4台200t液压连续千斤顶进行同步提升整体梁段的M6
与M7节段间的上弦杆节点。

整体提升梁段长达130m，为了防止提升时杆件内力超过允许范围，或者整体节段产生过大下挠，在起吊前需在整体节段M7和M8节段的下弦杆节点施加横
向临时预应力束。

（3）整体节段的提升
1）开启千斤顶，使钢绞线束拉直，处于10%应力的初始状态。

检查钢绞线束
的垂直度。

如果发生偏差，因当找到原因，重新调整后再次检查。

2）继续开启提升千斤顶，监控4个吊点千斤顶的提升力，保持4点提升力均衡，标高水平，缓慢加载将整体钢桁架节段提升脱离支架，在支垫上方约5～
10cm处悬停20分钟。

3）检查提升塔和液压千斤顶系统等，以及各受力点的工作状况是否正常，若有问题，应立即停止操作，将提升梁段落回拼装支架上，进行整改。

达标后进入
后续工作。

4）检查脱空后梁段的变形，是否超过设计计算允许范围。

如果超出允许范围，临时预应力钢胶线束是否需要补拉，或者落回支架上找出原因后，方可进行下一
步工作。

5）脱空后各项检查完毕以后，继续平稳提升整体钢桁架节段，特别注意：提升过程中要注意4个吊点的标高要在同一水平面，提升过程中，测量要全程测量
监控，4个吊点的高差不能超过5cm。

4个吊点的提升力也要平均，防止某个吊
点超出安全范围发生危险。

6）微调提升梁段至设计位置后在每个吊点两侧安装4根直径32mm的精轧
螺纹钢筋作为加强吊杆，增加安全系数，防止竖向位移变动。

在钢管支架内侧上
下弦杆处安装两层横向限位装置，增加抗风能力，防止风振晃动。

五、钢桁架主拱合拢
主拱圈共有36个节段，以主跨中线为轴对称，设置两个M5节段为合龙段，
M5与M6节段间的节点为合拢节点；桥道系组合梁杆件，设置P18-18#节段的纵
向主梁为合拢杆件，跨中中心线的节点为合拢节点。

主拱合拢时，可先安装P17墩侧M5#节段，再安装P18#侧的M5节段的合拢
杆件。

合拢顺序按照先下弦→后上弦→斜杆和钢管平联，具体操作步骤如下：（1）完成P17-M5节段所有杆件的安装
1）使用第1块已打孔连接板的一部分，安装M6节段所有杆件，包括与M5
节段共有的直腹杆。

2）利用前期观测数据，给P17-M5节段杆件下料，控制合拢接头在合拢温度
时的接头间隙在15mm±10mm。

3）以第1块已经打孔的连接板的另一部分为母板，给下好料的P17-M5节段杆件“打孔的合拢端”打孔，并按摩擦面要求处理完毕。

4）把M5节段所有的杆件的母板安装到合拢端，把M5节段的下弦杆、斜腹杆和上弦杆安装到设计位置。

5）在合拢温度时，临时点焊固定合拢接头处两块切割开的连接板，然后迅速拆除合拢接头的所有连接板。

6）以拆除的重新焊接成整体的连接板为母板，后场在合拢温度下给第2块未打孔的连接板钻孔，完成后运至施工现场。

7）在现场等待合拢温度，在合拢接头处安装新连接板。

8）然后安装斜腹杆和下弦杆的合龙接头的螺栓和冲钉，最后安装所有的钢管平联，完成P17-M5节段的所有杆件的安装。

9）合龙杆件安装时均先打70%的冲钉，安装30%的高强螺栓并初拧，待所有杆件均安装完成后，再将冲钉置换成高强螺栓，100%终拧。

（2）安装完成桥道系组合梁
安装完成所有桥道系杆件，按照现场匹配法合拢单根杆件的方法，合拢完成桥道系组合梁的合拢杆件。

（3）安装完成P18-M5节段的所有杆件
（4）解除P18#支座所有的临时固结
（5）钢桁架主拱落架
六、结束语
Tayan大桥的建成对当地经济社会的发展有很大的促进作用，主拱采取大节段整体提升施工技术，为今后同类型桥梁施工也提供了很好的借鉴和引领作用。