南京大胜关长江大桥连续钢桁拱首孔钢梁架设技术

摘要：介绍了南京大胜关长江大桥连续钢桁拱首孔钢梁架设施工方法及过程中对三桁钢梁拱度和平面线形的控制方法，阐述了整体正交异性板桥面板，采用焊接与高栓连接的新工艺，为同类型钢梁架设施工提供借鉴。

关键词：膺架 三桁连续钢桁拱梁 控制 拱度 平面线形 正交异性板桥面板

1工程概况

新建铁路南京枢纽大胜关长江大桥工程位于既有南京长江大桥上游约20、已建成的南京长江三桥1.55的大胜关桥位，是京沪高速铁路客运专线的越江通道，也是沪汉蓉铁路跨越长江的通道，应南京市规划部门的要求同时搭载双线地铁过江。

南京大胜关长江大桥主桥上部桥跨为(108+192+336+336+192+108)m双拱六跨连续钢桁梁，中跨336m为带系杆的刚性钢桁拱，拱圈矢高84m，矢跨比1/4，钢桁拱肋跨中处高12m，支点处高53m，边跨钢桁连续梁桁高16m，节间长均为12m。横桥向采用三桁承重结构，桁宽为2×15m，京沪铁路客运专线位于下游侧，沪汉蓉铁路位于上游侧，南京地铁分列于主桁两侧。北岸首孔连续钢桁梁自4#墩开始架设至5#墩（如图1）

图1

2架设方案选择

几个架设方案的比较

1）膺架法此法作业简便，并能在膺架上用千斤顶调整桥梁的位置，保证拼装的精度。但膺架的用料较多，成本昂贵，阻水面积大，仅适用于桥位不高，水浅流缓，不通航运的情况，不适宜采用。

2）全悬臂法悬臂桁架梁桥在悬拼时的内力，常小于设计荷载的内力，故最适宜于悬臂拼装施工。但是采用全悬臂施工时须借助锚梁，以保持悬臂时的倾覆稳定，首孔边跨架设不适合采用。

3）半悬臂法在跨间设部分临时支墩，改为半悬臂拼装，前几个节间可方便的调整钢梁，也减少了全部采用鹰架法时的用料，同时已架设的钢梁可做配重，结合了鹰架法和全悬臂法的特点，可很好的解决首孔钢梁的架设。

3具体架设方法

北岸侧钢梁从4#墩开始拼装，在完成4#～6#墩钢梁架设后，再架设4#～0#墩间钢梁。4#～5#墩首孔钢梁采用在支墩膺架上半悬臂拼装方案，首先进行膺架施工，支墩膺架完成后，用400t和165t浮吊从4#墩开始向5#墩方向在膺架上安装前两个节间（第一个节间靠上游侧的上弦平联暂不安装），然后安装临时连接杆件及3#墩方向1个节间作为压重，并在已经架设好的钢梁上拼装1台60t架梁吊机开始向5#墩方向架设。

3.1膺架施工

3.1.1膺架设计

北岸4#～5#墩采用在支墩膺架上半悬臂拼装方案。临时支墩由钢管柱及分配梁组成。在设计时为安全考虑，在计算支墩所承受的反力时，均按“当钢梁架设至该支墩后，以前的支墩不再受力，由本支墩及桥墩承受钢梁自重及施工荷载”进行考虑。第一孔钢梁为108m，根据地形及钢梁安装的需要，在两墩之间设置了4个临时支墩。根据南京大胜关长江大桥初步设计文件钢桁梁重量+架梁吊机荷载+架梁临时荷载，计算临时支墩反力如下表，

支墩单桁受力情况表

考虑温度影响单桩最大轴力N=275t、弯矩Mx=108t.m、My=41t.m，根据单根钢管桩所受内力不同，支墩1、2采用Φ1200×12mm的钢管桩，支墩3采用Φ1800×14mm的钢管桩，支墩4采用Φ1500×16mm的钢管桩，材质均为Q235-B，最大有效入土深度约30m。支墩1、2、3由三层横向联结联成整体，支墩4由十八根钢管桩组成，各桩间通过三层横向联结联成整体，临时支墩布置见图1，经验算均满足施工要求。

3.1.2膺架施工

由于临时支墩钢管桩入土深度较大，钢管桩插打采用APE400B型液压震动锤（双锤并联激振力640t,上拔力356t），可满足施工需求。由于钢管桩较长每根约70m，施工时将其分为两节安装，底节约为40m，插打完成后顶标高为+10.0m，比第一层横向联结顶高1m，在将底层横向联结安装完成后对接顶节钢护筒，后再依次完成顶上两层横向联结和桩顶布置的安装，安装时各联结部位焊缝均经专职人员检查合格后再进行后续施工，钢管桩对接焊缝采用超声波无损探伤检测，已保证施工质量。在钢管桩插打和对接过程中，为保证钢管桩的平面位置和垂直度，安装时均有测量组全程配合监控，出现偏差及时调整。

3.2钢梁架设

本桥为大跨度三桁钢桁拱梁，架设前先将4#墩临时支座限位锁定，架设遵循先下后上、先平面后立面、先装杆件不妨碍后续杆件的拼装、尽快将桁架闭合等原则，采用自由悬拼对称架设的原则进行。每个节间架设顺序为下弦斜杆桥面板竖杆上弦横向连接系平面连接系。三主桁间通过桥面板、横向连接系和平面连接系构成很强的空间框架，整体刚度大，三主桁如果发生较大高差或产生扭转后，部分杆件将很难安装，增加调整难度，影响结构受力，同时边跨合龙也将很难顺利进行，这就要求在施工过程中提高精度控制要求，同时架梁初期偏注重后期全悬臂状态钢梁架设的监控，忽视了前期E0-E9节间的半悬臂架设，此段架设处于膺架与悬臂的转换过程中，增加了工况转换的控制次数，加大了施工控制的难度，为保证钢梁结构满足要求，需加强钢梁的拱度、平面线形、桥面板安装及高栓施拧的控制。

3.2.1拱度控制

1、为保证钢梁拼装拱度，按孔眼总数的50%均匀分布打入冲钉，安装部分高栓做一般拧紧后松钩，冲钉直径比栓孔小0.2-0.3mm。

2、 E0-E1首节间按理论位置直接摆放在墩顶与临时支墩上架设，E1-E3节间采用膺架法架设，每节间均形成支点，但是在钢梁架设过程中前端处于自由状态，在前端形成支点前，需将支点部位以前高栓全部终拧，防止由于支点受力时接点错位和临时支墩不均匀沉降时横向约束不够造成三桁高差，同时需及时观测前面节点三桁相对高差变化，计算出临时支墩不均匀沉降量，将此变量在下一节间通过顿顶布置提前调整，防止此部分变量累积，后续节间依次施工。

3、E4-E9节间采用膺架半悬臂架设，在E5、E9节点设置支点，在形成支点前也需按前膺架法架设要求施工。在E4-E5、E5-E9悬臂架设时，需及时跟踪测量，针对三桁高差及拱度情况，扣除临时支墩不均匀沉降的影响，依设计院理论计算挠度为目标值，符合要求的桁采用标准冲钉正常拼装；对偏高和偏底的另外两桁下三角及时采用规格偏小的冲钉拼装，利用冲钉与孔眼的间隙调整，下弦利用间隙产生转角，斜杆缩短（加长）轴向长度，按杆件轴线理论长度不变，当栓孔与冲钉间有1mm间隙时，杆件前端位置后高差约为4mm，高程偏低的中桁利用吊机施加外力向上调整，整体调整下三角，调整至目标值时将接点高栓初拧，高程偏高的下游下弦和斜杆按规则要求拼装后利用自重向下调整，至E9（5#墩）时三桁高差调整至规范要求范围内。

4、每个节间横向连接和平面连接的安装，均需在架桥机前移到此位置以前将其各接点调整安装完成，防止由于横向约束不到位加大三桁相对高差；同时每个节间横向连接和桥面板横梁连接高栓均在架桥机中支撑约束解除后施拧，消除钢梁架设过程中中桁荷载偏大的不利影响。

5、钢梁两桁之间的横向连接系在架设之前预拼成整体，并将中间各节点高栓终拧，加强横向连接系的整体刚度。

2.2.2线形控制

1、中桁线形控制

每个节间均依中桁为基准线调整，在测量人员配合测出中桁偏差情况，结合已架设节间的线形调整。对于膺架架设节间利用墩顶布置调整，悬臂架设节间利用主桁节点栓孔连接吊具，10t倒链对其进行横桥向调整（如图2），调整至规范要求范围内，标高和平面位置均符合要求后将中桁下弦接点高栓全部初拧定位。

2、两侧边桁线形控制

中桁平面位置调整好后，尺量三桁中心距。如图2所示，假如中桁向上游侧调整，首先安装与中桁调整方向相反一侧桥面板，如果此边中心距偏小可采用加工好的可调整型钢配合千斤顶撑开，调整至理论距离后再行安装，如果中心距偏大就直接安装桥面板，两种情况下均先行对位拼装中桁横肋（横梁），安装完成后再依中桁为基准对位边桁侧，防止先对位边桁再装中间时，若中心距偏大时强行调整时，中桁发生弹性变形导致三桁拼装成平行四边形增加施工难度，也影响线形，剩余侧桥面板也按此方法调整。

图2

3.2.3桥面板安装

桥面板为整体正交异性板，采用焊接与高栓连接的施工工艺，结构受力及安装比较复杂。桥面板间连接时，先将面板横、纵缝调平定位后进行连接高栓初拧，并在焊缝焊接完成后将相应的高栓终拧。

1、桥面板吊装

1）主桁平面位置和拱度调整完成后，利用架梁吊机架设桥面板时，对于拥有一道横梁的3.74m桥面板，先连接4道纵梁和两端的部分U肋，然后连接横梁，最后将剩余U肋连接。对于有三道横梁的8.26m桥面板的安装，先连接4道纵梁和两端的部分U肋后，由近及远依次连接第一至第三道横梁，最后将剩余U肋连接。对于所有桥面板横梁的连接，横梁腹板顶部与面板连接处部分焊缝未施焊，因此先连接倒T型横梁的翼缘板，然后在腹板连接少量螺栓后由下往上打入冲钉，若因制造误差导致腹板顶部错台，可调整腹板来保证连接。

2）桥面板拼装时，需在连接接头处穿少量螺栓并一般拧紧将拼接缝带平，再打入40％的冲钉后方能松钩。

2、桥面板焊接

1)焊接顺序

桥面板连接分为横向和纵向连接缝，焊接时为避免T形接头端形成焊接裂纹，现场先焊接横缝，本节间待横缝焊接完成将焊缝起熄弧端打磨平顺后，再对称焊接纵缝。

2）焊接变形控制

桥面板纵横缝焊接时，根据监测数据，每条焊缝收缩2-3mm，考虑焊缝收缩变形累积后增加施工难度，纵缝累积后主桁间距变小桥面板无法安装，横缝收缩累积后导致桥面板横肋（横梁）错位，为避免此情况，后续施工时，纵缝滞后架设一节间焊接，横缝每节间适配一条连接缝拼接板（孔距累计加大5mm），将收缩变形在本节间调整完成。

3结束语

南京大胜关长江大桥北岸连续钢桁拱首孔钢梁在架设过程中，经过不断地摸索和研究，制定了许多富有创造性的新工艺、新方法，以较短的时间优质地完成，为同类三桁钢桁梁的架设积累了宝贵的经验。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看