东平水道钢桁拱钢梁架设抗倾覆施工技术

东平水道钢桁拱钢梁架设抗倾覆施工技术
摘要：东平水道桥是一座大型的连续钢桁拱桥，孔跨布置为（85.75+286+85.75）m，其边中跨比很小为0.300，钢梁架设过程中抗倾覆稳定成为一个很大的难题。

该桥采用了边跨后锚固及压重保持整体稳定，并通过吊索塔架辅助大悬臂钢梁拼装，圆满解决了抗倾覆问题，为今后类似桥梁的建设积累了经验。

关键词：钢桁拱；抗倾覆；锚固；压重；吊索塔架
中图分类号：U655.4文献标识码：A 文章编号：
中图分类号：文献标志码：
The Construction Technology of Anti Overturning of Steel Girder Erection of Dongping Channel Steel Truss Arch
WANG Hui-li
（China Railway Major Bridge Engineering Group CO.,LTD., Wuhan 430050，China）
Abstract：Dongping Channel Bridge is a large continuous steel truss arch bridge, span arrangement for the (85.75+286+85.75 ) m, the ratio of center span to side span is very small for 0.300, steel girder erection process of overturning stability has become a big problem. The bridge uses the side span anchoring and ballast maintain overall stability, and through the cable tower assisted large cantilever steel beam splicing, solved overturning problem, accumulated experience for the similar bridge.
Key Words: steel truss arch; resistance to capsizing; anchorage; weight; cable tower
1工程概况
贵广南广铁路东平水道钢桁架拱位于广州和佛山交界处的佛山水道与平洲水道交汇口附近，采用柔性系杆钢桁拱结构，孔跨布置为（85.75+286+85.75）m, 采用正交异性板整体桥面，主桥钢梁全长457.5m，全桥结构采用两片主桁，桁间距15m，搭载设计时速为200km/h的双线铁路。

钢桁拱节间长度除边跨第一节间为8.75m外，其余节间长度均为11米，边跨8个节间，中跨26个节间，边跨与中跨之比为0.300；边跨梁端为门式墩钢结构，由两根高为24m的立柱与横梁构成，与钢梁相连的双线混凝土T梁架在钢梁门式墩横梁上，立柱之间、立柱与横梁体内均灌注压重混凝土；拱顶桁高9米，最长吊杆45米。

具体桥式布置见图1。

图1 桥式布置图（单位：mm）
2钢梁架设总体方案
东平水道桥设计时速高，主跨跨度大，边中跨之比仅为0.300，结构严重不对称，主跨采用悬臂拼装时，施工过程中抗倾覆稳定性较难控制，且由于应力幅变化大，施工结构刚度及辅助措施要求高，相应施工控制要求严格。

结合本桥的主体结构特点，钢桁拱架设顺序由边墩向跨中方向架设，边跨采用临时支墩辅助向中跨方向悬拼架设，中跨采用吊索塔架辅助悬臂拼装架设，最后跨中合拢的总体架设顺序。

为保证中跨钢梁悬臂拼装过程中防倾覆整体稳定性，在主跨悬臂拼装架设至第四个节间（即A14节点）后，开始分别在贵阳侧边墩31#墩处设置预应力后锚固，广州侧边跨第一至第四节间进行压重。

悬臂拼装具体布置见图2。

图2 钢梁架设总布置图
3整体稳定性计算
3.1计算假定
（1）采用Midas 2006软件进行计算，计算模型中钢桁杆件均按梁单元模拟；索采用只受拉索单元模拟；桥面板按梁格法进行等效模拟，计算模型见图3；
图3 计算模型示意图
（2）计算中永久支座均按刚性考虑，未考虑各支点由于地质情况引起的支点沉降；
（3）计算模型中吊索塔架与主体结构铰接，并假定第一层索挂设前吊索塔架处于竖直状态；
（4）计算中新安装的单元考虑其由于已安装单元转角引起的初始位移。

3.2参数选择
（1）几何参数：主体结构及施工临时结构构件的几何参数按设计图纸取值。

（2）材料参数：主体结构和吊索塔架的弹性模量为206GPa，吊索的初始弹模为195GPa。

（3）荷载参数
①压重及后锚固：东平水道桥在施工过程中需对边墩进行压重或锚固，以确保施工过程中钢梁的抗倾覆系数大于1.3。

在具体实施中，贵阳侧边墩采用后锚固，每片桁按800t计算；广州侧前三个节间进行压重，每个节间压重重量为400t。

②自重系数：由于一些板件，如节点板、横隔板等，其重量在杆系计算模型中不易模拟，本工程通过对桥面模型自重乘上自重系数来反映，模型中桥面系数为1.394。

对于节点重量利用节点荷载加至相应节点上来反映。

钢梁架设过程中的临时施工荷载见表1所示。

表1钢梁架设临时施工荷载
架梁吊机前支点164t/桁,竖直向下锚固力800t/节点.桁
架梁吊机后支点74t/桁,竖直向上压重400t/节点.桁
锚箱及提升架8.55t/节点.桁运梁车7.5t/节点.桁
吊索塔架150t/桁吊机走道0.2t/桁.m
运索小车 2.151t/节点.桁人行走道0.064t/桁.m
锚箱小车 6.13t/节点.桁运梁道0.4t/桁.m
合龙施工荷载 3.0t/节点.桁
3.3稳定性计算
按两侧大悬臂状态计算两侧压重重量，计算时只考虑杆件自重和压重重量，计算倾覆、抗倾覆弯矩时以各自主墩为支点。

贵阳侧采用锚固和压重墩保证结构稳定，广州侧采用边跨压重和压重墩保证结构的稳定。

两侧稳定系数计算如下：
（1）贵阳侧
贵阳侧倾覆力矩，抗倾覆力矩。

由此，抗倾覆系数，满足规范要求。

（2）广州侧
广州侧倾覆力矩，抗倾覆力矩。

由此，抗倾覆系数，故广州侧需要压重。

在广州侧边跨对钢梁压重，经计算，在广州侧钢梁前三个节间压重，每个节间压重400t。

此时，，满足规范要求。

上述式中表示钢梁各部分构件的重量，表示各构件中心到对应侧主墩的距离，表示广州侧各节间的压重重量，表示各节间压重量到广州侧主墩的距离。

4边墩后锚固和压重布置
4.1贵阳侧边墩后锚固
贵阳侧钢梁采用边墩后锚固平衡倾覆力矩，后锚最大锚固力800t/桁。

在贵阳侧钢梁悬拼过32#主墩4个节间后即完成锚固工作。

（1）在钢梁尾部设置长L=1.8m，高h=3.954m的接长梁与主梁连接，接长梁顶面布置有四氟板滑动面、上扁担梁，然后通过柔性钢绞线与承台预埋件相连，边墩钢梁的顶落通过张拉钢绞线倒顶实现。

（2）钢梁受天气温差影响，其纵向位移通过钢梁顶、底面的滑动面和钢绞线柔性实现。

具体见图4。

图4贵阳侧边墩后锚固布置图（单位：mm）
4.2广州侧压重
广州侧边跨压重采用砼块压重方案，总压重量为1200t，采用吊挂方式进行。

（1）在广州侧第2～4节间（E2’、E3’、A4’）桥面两侧布置6组分配梁共12根，竖直下方地面上立模浇筑压重块，尺寸为：L=15.3m，b×h=5.5m3，底部配20根φ16钢筋，保护层厚度50mm，混凝土等级为C30。

（2）预埋锚具用于锁死砼内钢绞线，上方的钢绞线悬挂于桥面分配梁上。

制作安装完毕后按设计文件进行张拉悬挂，压重块距离地面高度30～40cm，各块件离地距离应保持一致。

（3）压重分别在钢梁悬臂拼装至过主墩第四、五、六节间时分三期进行。

图5广州侧边跨压重布置图（单位：mm）
5钢梁监控原则和重点
（1）本桥的施工监控主要是钢梁变形、内力及稳定性控制综合考虑。

其中以稳定性控制为主，在施工过程中采取以下控制原则：在满足稳定性要求的前提下，对变形、应力进行双控，并以控制变形为主，严格控制钢桁梁吊拼装和体系转换过程中的挠度和轴线偏位，严格控制成桥期间的应力变化趋势。

（2）钢梁采用悬臂拼装施工监控主要包括悬臂拼装空间线形的确定和整体结构安全的监控两个方面，由此决定了本桥监控重点如下：①吊索塔架索力张拉方案计算分析及吊索塔架索力监控；②贵阳侧边墩临时压重索索力监控；③吊
索塔架强度及稳定监控。

6 结语
东平水道钢桁拱边中跨相差大，结构形式较为典型，施工难度大，整体抗倾覆问题突出，边跨压重及后锚固的配合使用成为本桥抗倾覆的关键，为该桥正常悬臂拼装直至合拢成桥提供了保证，对今后类似桥梁的施工具有一定的借鉴意义。

参考文献：
[1] 汪芳进. 武广客运专线东平水道钢梁架设施工设计[J]. 铁道标准设计，2009，（4）.
[2] 谭康荣. 武广铁路客运专线东平水道桥三主桁钢桁拱架设的技术创新[J].铁道建筑，2010，（01）.
[3] 周水兴，何兆益，邹毅松. 路桥施工计算手册人民交通出版社，2004.
[4] 铁建设[2010]241号，高速铁路桥涵工程施工技术指南，2010.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。