林国强，蒋昌盛

(广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001)

0 引言

中承式钢桁拱桥是一种颇具美感的桥型，是力学与美学完美结合的产物，具有较大的跨越能力，能减少水中作业，保证航道宽度，减少环境污染，增添城市景观。中承式钢桁拱桥的上构安装通常采用缆索吊装法、转体法、拱上吊装法等无支架施工方法。其中，拱上爬行吊机悬拼施工方法在近些年迅速发展，成为主流施工方法。

本文以朝天门长江大桥主桥上构钢桁拱无支架悬拼法为案例，总结形成特大跨度钢桁拱杆件拱上爬行吊机悬拼法，并对本施工方法的特点、工艺原理和操作要点等进行阐述。本施工方法以1 000 t·m塔吊在膺架上安装边跨的部分节段，作为拱上爬行吊机的起始平台，安装调试拱上爬行吊机，再用拱上爬行吊机安装边跨和中跨的其他构件。在安装过程中，通过扣塔和扣索来调整悬拼拱桁过程中的杆件内力以减少悬臂端下挠量，同时通过支座位移来抵消悬拼拱桁跨中挠度，实现拱桁无应力合龙。

1 工程概况

朝天门长江大桥上部结构为中承式钢桁系杆拱桥，跨径为(190+552+190)m组合，主桥长934.1 m，桥梁全宽36.5 m，钢桁宽29 m，上层为双向六车道和人行道，下层为7 m宽的汽车道+双线城市轨道交通+7 m宽的汽车道。拱肋下弦杆采用二次抛物线，矢高128 m，上弦杆中间部分采用二次抛物线，与边跨上弦采用半径700 m的圆曲线相切连接[1]。拱顶至中支点高差为140 m。钢桁拱肋桁高为12～74 m。全桥布置上下两层系杆，间距为11.83 m，系杆采用“H”形、“王”形断面钢结构+体外预应力索。主桥立面如图1所示，爬行吊机立面如图2所示。

图2 爬行吊机立面图(cm)

2 拱上爬行吊机悬拼法的特点

(1)拱上爬行吊机施工具有起重能力大、适用性强和施工速度快等特点。

(2)通过斜拉扣索可调整悬拼拱桁过程中的杆件内力并能减少挠度。

(3)通过支座位移来抵消悬拼拱桁跨中挠度，实现拱桁无应力合龙。

(4)对于高空作业安全性有保障，安装质量可靠。

(5)满足不同跨径特别是大跨径钢桁架拱桥拱肋多节段安装的需要。

注：从交界墩至跨中，主桥桁架节点上弦编号依次为1#至26#，下弦编号依次为E1至E26图1 主桥立面图(cm)

3 拱上爬行吊机悬拼法的适用范围

拱上爬行吊机适用于大跨度钢桁架拱桥的施工，尤其适用于跨越深沟峡谷、大江大河流域和海域，以及通航河道不能中断、不方便搭设支架的拱桥施工。

4 拱上爬行吊机悬拼法的工艺原理

4.1 工艺流程(图3)

图3 施工工艺流程图

4.2 总体施工步骤

步骤一：(1)主桥墩身施工注意预埋后锚，P6、P9墩施工至标高+236.307 m；(2)安装边跨临时墩，两岸各3个临时墩，南边跨临时墩平面位置根据设计要求向跨中预偏650 mm；(3)在P6、P9墩安装调试1 000 t·m塔吊，同时在P6、P9墩安装临时支座、顶升和限位装置。

步骤二：(1)对P6、P9墩临时支座、临时墩进行复测，放出主桥边跨1#～2#节间下弦节点坐标及轴线；(2)用1 000 t·m塔吊安装边跨1#～2#节间及分配梁。

步骤三：在1#～2#节间上弦安装调试拱上爬行吊机，并进行各项试验，确保各项参数满足吊机工作条件。

步骤四：(1)用1 000 t·m塔吊安装边跨1#、2#临时节间；(2)用拱上爬行吊机悬臂安装边跨3#～5#节间，完成NL2、SL2临时墩墩顶抄平和支垫。

步骤五：(1)在两岸NL3、SL3临时墩上安装钢桁纵横移装置、限位装置；(2)在悬臂安装边跨6#～9#节间，并进行实时监控，计算边跨配重，用塔吊安装配重块，配重量约为57.3 t，对NL3、SL3临时墩进行测量，并对墩顶进行抄平和支垫；(3)用1 000 t·m塔吊再次调试拱上吊机。

步骤六：(1)悬臂安装边跨10#～13#节间，并安装边跨配重，配重为235.9 t，完成P7、P8主墩墩顶调节及限位装置，在P7、P8墩安装中支座和E15节点，支座与节点进行连接；(2)调节装置就位中支座和E15节点，安装E14、E15下弦杆。

步骤七：(1)按先立面、再下平面、最后上平面的顺序安装14#节间的其他杆件；(2)继续安装至E19节点，利用NL3、SL3临时墩及主墩顶布置调整桁梁位置以精确定位；(3)完成P7、P8墩支座底板压浆。

步骤八：(1)进行第一次航道转换，主航道基本位于跨中，航道宽度为180 m；(2)悬臂安装中跨钢桁至27#节间后，暂停钢桁架设，在中支点正上方安装扣塔；(3)扣塔规整安装至一半高度时，安装临时扣索；(4)监测扣索索力，对边跨进行配重，调节后锚力，使钢桁拱标高符合设计及监控要求。

步骤九：安装1#扣索，并初张拉，张拉力为扣索937.9 t、背索1 095.2 t。

步骤十：(1)进行第二次航道转换，主航道基本位于跨中，航道宽度为120 m；(2)继续架设南面中跨钢桁至33#节间，(3)在这一过程中同步增加边跨配重和后锚力，确保钢桁的抗倾覆稳定系数>1.3。

步骤十一：(1)进行第三次航道转换，主航道偏向南岸中跨已安装节间的下方，航道宽度为120 m；(2)安装南岸2#扣索，并初张拉，张拉力为扣索1 107.5 t、背索1 301.8 t。

步骤十二：(1)继续安装北面中跨钢桁至35#节间，南面中跨钢桁到36#节间；(2)根据设计、监控、气象信息等选择低温无风的天气条件，调整合龙段误差。

步骤十三：观察环境温度变化，总结钢桁因温度产生的变形规律，利用临时铰等辅助措施，完成桁拱上下弦杆中跨合龙。

步骤十四：调节配重块和后锚力，将边支点预降值抬高1/4，调整中跨跨径，安装1/2的临时系杆，调整索长和索力并锚固。

步骤十五：(1)安装剩余1/2的临时系杆，调整索长和索力后锚固；(2)将边支点调整到低于设计高程1.2 m的高度，拆除斜拉索扣挂系统和配重。

步骤十六：(1)用爬行吊机安装中跨系杆至跨中；(2)安装体外系杆预应力索，进行初张拉，准备钢结构系杆合龙。

步骤十七：(1)调整临时系杆索力至4 566.1 t；(2)利用环境温度引起的钢结构系杆位移变化及在合龙段施加张拉力实现上下系杆合龙，拆除临时系杆；(3)爬行吊机缓慢退至21#节间并锁定。

步骤十八：(1)安装桥面板；(2)进行桥面系和附属结构施工，根据设计及监控要求调整系杆体外预应力；(3)进行成桥荷载试验，准备交工验收。

主桥墩及临时墩标号如图4所示。桥墩及扣索应力分布如图5所示。

图4 主桥墩及临时墩示意图

图5 桥墩及扣索应力分布图

4.3 主要工作要点

4.3.1 墩顶布置

(1)主桥上部钢桁架梁悬臂安装期间，采取在交界墩压载配重的方式平衡悬臂端倾覆力矩[2]，中跨施工时边支点提供的平衡力最大为3 200 t，计划压载+锚载达4 200 t，保证1.3倍的安全系数。

(2)为满足钢桁架梁位移调整需要，主墩顶的调节系统、限位系统是本桥的关键点之一，需要布置水平、竖向千斤顶，安全可靠的调节对保证钢桁线形至关重要。

(3)为满足钢桁架纵横移需求，在NL3、SL3临时墩墩顶布置控制系统及限位装置。

4.3.2 首节桁梁安装

首节安装前应先安装大吨位塔吊，搭设膺架作为安装边跨1#、2#桁节的起重设备和就位支承平台。

4.3.3 拱上爬行吊机

用塔吊将拱上爬行吊机安装在1#、2#桁节形成的平台上，并进行相关试验，经有资质的部门检验合格后方能投入使用。拱上爬行吊机操作必须经过严格的培训考试，制定严谨的操作规程，设置专门的技术人员指挥作业。

4.3.4 配重区

在边跨安装两个临时桁节，与1#、2#桁节一起作为压载配重区[3]，分为上下两层进行压重，加重最大达到4 400 t。2 200 t压重布置在上层，分布区域长48.8 m，每延米压重45 t，2 200 t压重布置在下层。中跨桁拱安装过程中，根据需要分期进行压重。

4.3.5 杆件安装

(1)钢桁架拱肋应按图纸顺序安装，钢桁架拱肋的拼装拱度曲线应满足设计及监控要求，除起始两个节间，其余主桁构件均应在自由悬臂状态下拼装。

(2)钢桁拱肋拼装应按照从下至上、尽快形成三角形稳定结构的原则进行：立面→下平面→上平面。

(3)钢桁架拱肋杆件拼装时，为保证拼装拱度，对拼接头应按设计要求上足冲钉、工作螺栓和高栓，拧紧后才能松钩。

(4)钢桁架拱肋进行横移调整之前，螺栓应终拧完毕，以防钢桁拱肋受横向水平力的影响，使轴线发生曲折[4]。

(5)应制订详细可靠的高强螺栓施拧方案，并进行工艺评定和工艺试验。按评定标准要求的频率和数量对每批高强螺栓进场时的扭矩系数进行复验，确保不出现欠拧和超拧现象。

4.3.6 斜拉扣挂系统

(1)在主墩桥头堡位置上下游各安装一台塔吊作为扣塔安装起重设备。

(2)扣塔在钢桁架拱肋杆件安装到E20节点后开始安装，安装扣塔期间钢桁架拱肋杆件停止安装。

(3)扣塔搭设过程设置二道临时风缆。

4.3.7 中跨合龙

(1)合龙安装顺序为：下弦杆与北E35节点连接→斜杆与北E35节点连接→等待温度变化，观察孔位移动，精确对位下弦和斜杆E36节点栓孔→上弦合龙下拉板→上弦合龙杆件与北A35节点连接→安装上弦合龙上拉板→安装千斤顶→内侧连接板调整到位→千斤顶微调平面误差→安装上弦合龙临时铰→解除P8、P9墩支座临时固定措施使支座滑动→等温度变化精确对位A36节点栓孔→精确对位下弦和斜杆E36节点栓孔。

(2)以上每个工序打70%冲钉和30%工作螺栓，并拧紧。

(3)安装平联杆件。

(4)将全部的冲钉置换成高强螺栓，进行终拧，完成桁拱中跨合龙[5]。

4.3.8 临时系杆安装

(1)桁拱合龙后，用φ15.24 mm平行钢铰线在E17节点处安装临时系杆。每桁设计控制拉力为4 425.2 t，初张拉力为2 149.1 t。

(2)边支点调至设计的预降值高程→安装临时系杆→完成初张拉→拆除斜拉扣挂系统→临时系杆的拉力调为3 143.3 t。

(3)施工时对临时系杆的索力进行监测，并根据需要对索力进行调整[6]。

5 结语

对于大跨度的钢桁架拱桥，可靠的拱上爬行吊机悬臂拼装施工方法，既经济又安全，通过边跨配重和边支点后锚力来平衡主跨钢拱肋，在中支点上方搭设扣塔并设两组扣挂来调节平衡，从而节约了大量的钢铰线。

相反，缆索吊装的吊重能力受到高度、跨度和扣索张拉施工工序的限制，超过700 m的缆索吊装成本偏高，且施工过程中的安全因素极为复杂。

朝天门长江大桥的施工经验表明，拱上爬行吊机悬臂拼装施工方法具有较好的经济和社会效益。本桥采用的“先拱后系杆”施工顺序，为主拱合龙赢得了宝贵时间，在突然发生地震的情况下，丝毫未受到影响。该方法可以满足“先拱后梁(系杆)”“拱梁(系杆)同步”两大施工方式，为大跨度拱桥的修建提供了安全高效的选择，为今后类似桥梁施工增加了有力的比选方案。