印尼Tayan大桥钢桁架主拱整体提升安装施工方法介绍

唐 剑，刘永松

(中交路桥华东工程有限公司， 上海 200120)



印尼Tayan大桥钢桁架主拱整体提升安装施工方法介绍

唐 剑，刘永松

(中交路桥华东工程有限公司， 上海 200120)

介绍印尼Tayan大桥主桥钢桁架主拱的整体提升安装技术，对主拱提升塔架的施工方案、整体提升段分段拼装工艺、提升过程控制、主拱合龙方法、桥道系安装和吊杆安装等几个方面进行阐述。

钢桁架系杆拱；整体提升；施工方法

1 工程概况

Tayan大桥横跨印尼kapuas河主航道，为75 m+200 m+75 m三跨连续钢桁架系杆拱桥。该桥中跨为钢桁架拱，其计算矢高为39.63 m，矢跨比为1/5.047；主桁采用变高度“N”形桁式结构，拱顶处桁高6.5 m，拱座处桁高19.88 m。该桥设计为2片主桁结构形式，主桁中心间距12.5 m，2片主桁之间通过内支撑钢管连接。桥道系采用纵横梁形式，纵向主梁兼作主拱系杆，以承受钢桁架拱产生的巨大水平推力。钢桁架拱下弦杆与系杆之间采用刚性吊杆连接，吊杆最大长度达28.2 m。

Tayan大桥钢桁架主拱除内支撑钢管以外，其它全部采用单肢和双肢H形焊接型钢截面；主桁联结系K形撑和X形撑杆件采用钢管圆截面。主桁结构、吊杆及桥道系材质采用SM490YA。杆件之间除钢管内支撑是焊接连接外，主要杆件全部采用8.8级M24高强度螺栓连接。

2 施工特点及难点

Tayan大桥钢桁架主拱施工主要存在以下技术特点及难点：

1) 钢桁架主拱采用整体提升安装方法施工。该方法较少用于此类桥型，技术相对较新颖。采用该方法施工可以明显增加工厂和后场作业，减少现场高空作业量，易于质量控制，且可提高劳动效率。

2) 整体提升过程中，需要搭设高达61.8 m(河床面以上)的提升塔架和安装整体提升段临时系杆结构。2个临时结构设计成功与否是主拱施工的关键。

3) 从整体提升段的拼装至钢桁架主拱安装完成，中间过程体系转换步骤多，同时主拱安装线形要求高，因此施工监控较为复杂。

3 总体施工方案

Tayan大桥主桥是以主拱中心线为轴的对称设计，拱脚设置在17号墩和18号墩。主拱钢桁架分为有36个节段，除靠近拱座的M0#和M1#节段长7.5 m外，其它节段长度均为5 m。主跨两侧M1#～M4#节段的施工方法为采用浮吊直接在支架上拼装钢拱桁。主跨17号墩M6#～18号墩M6#节段之间26个节段采用如下方法施工：先在矮支架上将26个钢桁架梁节段拼装成整体提升段，然后利用提升塔和液压提升系统将整体提升段垂直提升到安装位置并完成主拱合龙，最后完成桥道系和吊杆安装，形成系杆拱受力体系[1]。主拱安装总体布置如图1所示。

图1 主拱安装总体布置示意

Tayan大桥主拱施工具体步骤如下：

1) 主桥钢桁架必须在钢结构加工厂按照设计计算的安装预拱度加工并进行全尺寸预拼装，且需匹配所有的连接板和杆件[2-3]。

2) 主拱两侧的M1#～M4#节段总长27.5 m，拼装时，先利用浮吊起吊单杆件，然后在2排中跨钢管支架上，按照设计线型和预拱度安装钢桁架拱杆件。

3) 在中跨河床上，按照整体提升段的设计线型和预拱度搭设钢管支架并将其作为拼装胎架，然后利用浮吊在拼装胎架上拼装完成长130 m、重629 t的中跨钢桁架整体提升段。

4) 在整体提升段下弦杆安装双层临时预应力系杆，同时在两端上弦杆节点处安装整体提升段的提升桁。

5) 在整体提升段两侧搭设提升塔架，且在提升塔顶安装液压同步提升千斤顶和联动操控系统，并进行4吊点联机调试。

6) 控制提升塔顶提升千斤顶和临时预应力系杆张拉千斤顶交替分级加载，直到整体提升段脱离中跨拼装胎架为止。然后继续平稳提升整体提升段到设计高程，并将整体提升段的高程和轴线调整到设计位置。

7) 在合龙温度下，安装钢桁架主拱17号墩M5#和18号墩M5#2个合龙节段杆件，完成钢桁架主拱合龙。

8) 根据桥道系杆件安装计算预拱度和设计高程，改装中跨拼装胎架，并在拼装胎架上安装所有桥道系杆件。

9) 拆除18号墩支座临时锚固，卸载提升千斤顶的提升力，完成钢桁架主拱落拱，拆除整体提升段的临时系杆和提升塔架。

10) 安装主跨所有吊杆，拆除中跨拼装支架，完成桥道系落架。

11) 拆除中跨拼装胎架，完成全桥桥道板混凝土浇筑。

4 主要施工工艺

4.1 提升塔设计

提升系统设计了2个提升塔[4]，左右侧提升塔中心线间距为120 m，与吊点位置相对应。提升塔设计总高81.8 m，河床以上高61.8 m。由于提升塔高度高，承重大，故计算过程中，充分考虑了各施工步骤中各种荷载影响，特别是提升过程中横向风荷载的影响，并以提升塔稳定性验算为控制因素[5]。

提升塔设计为门形桁架式钢管柱结构[6]，每侧提升塔有2个钢管桁架式支腿，立于整体提升段外侧。两支腿间净距为15.8 m，与13.5 m宽的桁架拱外缘保持一定的安全距离。

每个支腿分别由4根Φ1 200 mm×12 mm钢管立柱组成，横桥向中心间距4 m，顺桥向中心间距6 m。单个支腿钢管立柱间通过Φ300 mm×8 mm钢管连接成整体，共布置5层，每层高差约8 m。钢管桩入土深度计算按摩擦桩考虑[7]，故考虑冲刷后钢管桩计算入土深度为20 m。在施工现场，为了保证钢管桩入土深度，采取在钢管桩内抽沙辅助振桩锤振设的方法施工，然后桩内回填河砂到河床面高度。

提升塔两支腿间通过2层横撑连接，用于抵消提升塔向内侧的弯矩。支腿与横撑间的空间为整体提升段的提升通道。横撑设计为型钢桁架结构，第1层横撑作为整体提升段拼装胎架的一部分，其下弦杆位于河床以上12.37 m，略高于最高水位。第2层横撑上弦杆顶标高与支腿钢管顶相同，其下弦杆比整体提升段安装高程高30 cm，以避免与整体提升段发生空间位置冲突。

提升塔架顶承重主梁按简支梁设计计算，其由单层6组H1000×300 mm型钢组成，置于提升塔架两侧支腿顶的2H900×300 mm和2H800×300 mm两层分配梁上。

4.2 整体提升段拼装

4.2.1 胎架现场拼装

Tayan大桥整体提升段采用垂直提升法拼装，即在主桥中跨位置河床上搭设钢管支架并将其作为整体提升段的拼装胎架。钢管支架共布置8排Φ1 000 mm×8 mm钢管，每排2根，顺桥向间距15 m，横向间距10 m。钢管入土深度需10 m以上，且钢管支架的承重横梁标高根据拼装线形来确定。

4.2.2 钢桁架节段后场预先拼装

根据浮吊起重能力、水位变化情况及节段杆件的尺寸与重量，在后场将上、下游两侧主拱钢桁架拼装成7个钢桁架片段，并利用浮吊直接在拼装胎架上安装。整体提升段分段拼装示意如图2所示。

拼装成型的钢桁架片节段为3节段或4节段，相应长度为15或20 m，重量为30～40 t，满足现场浮吊安装的要求。

4.2.3 整体提升段现场拼装

利用浮吊在现场安装钢管支架形成拼装胎架后，起吊钢桁架片段，并在拼装胎架上从跨中向两侧对称安装整体提升段。拼装时，先安装上游侧钢桁架片，测量、调整后作临时固定；再以相同方法安装下游侧对应的钢桁架片，最后安装该节段的钢管内支撑，从而形成空间立体稳定结构。待每个钢桁架拱段拼装完并形成整体后，才允许进行下一个相邻钢桁架拱段的拼装。接头处高强螺栓要及时安装，以提高整体稳定性。

4.2.4 临时预应力系杆安装

为了防止提升过程中整体提升段在自重作用下产生过大的下挠或杆件应力超出允许范围，在整体提升段下弦杆设计安装双层临时预应力系杆[8]。临时预应力系杆安装如图3所示。

图2 整体提升段分段拼装示意

图3 临时预应力系杆安装示意

图3中，第1层临时预应力系杆锚固点设置在M7#和M8#节段间下弦杆节点处，采用9根Φ15.24 mm的钢绞线，直线长度110 m；第2层临时预应力系杆锚固点设置在M6#和M7#节段下弦杆节点处，采用19根Φ15.24 mm钢绞线，直线长度120 m。临时预应力系杆全部采用单端张拉，上层临时系杆设计张拉力为63.5 t，下层为160 t。计算可知，脱空后的钢桁架整体提升段在自重和临时系杆钢绞线张拉力作用下，跨中下挠4.5 mm，杆件最大拉应力59.3 MPa，最大压应力51.9 MPa，全部在安全容许范围内。

4.3 提升系统安装

提升系统主要由承重主梁、提升千斤顶、提升钢绞线吊索和提升桁架组成。拼装完毕的整体提升段长、宽、高分别为130、13和28.2 m，总重629 t(带附属设施)，采用4个吊点同步提升到位[9]。4吊点横向和纵向轴向对称布置，每侧提升塔的承重主梁上设置2个上吊点，两侧吊点间距120 m，与提升主塔中心线间距一致；上下游侧吊点间距13.5 m，吊索中心线距钢桁架外缘25 cm。

每个上吊点设置1台200 t液压连续千斤顶，采用集成联动操控。千斤顶的提升吊索为19根Φ15.20 mm钢绞线，其上吊点和下吊点在平面位置上重合，以保证提升过程中吊索呈竖直状态。

主拱上下游钢桁架间距12.5 m，通过钢管支撑连接。为了减少提升过程中同侧2个吊点间钢管内支撑的内力和变形，下吊点通过一个刚度较大的桁架式提升横梁托起整体提升段。提升系统安装如图4所示。

图4 提升系统安装示意

4.4 提升和安装控制

4.4.1 整体提升段脱空

为了保证起吊过程中整体提升段平稳脱离拼装胎架，脱架过程中对垂直提升千斤顶和临时钢绞线系杆千斤顶实施分级交替加载，直至整体提升段脱空为止。

加载分为10%、25%、50%、75%、100%共5级。循环加载过程如下：先同步均匀加载4吊点的垂直提升力，然后同步加载4根预应力系杆水平张拉力；检查提升塔和整体提升段节点焊缝及变形情况，待确认无异常变化后才进行下一循环的加载，直到整体提升段各点均与拼装胎架脱离。

整体提升段安全脱空后，再次检查提升塔和整体提升段各主要受力点是否出现异常情况。方法是将整体提升段提升到拼装胎架上方30 cm，并悬停60 min，以检验整个提升系统的安全性。

4.4.2 整体提升段安装调整

继续控制4个吊点以提升千斤顶，同步连续提升整体提升段到设计高程，并对其两端合龙口的上、下弦杆各4个节点坐标进行精确测量和调整，以保证高程和轴线满足设计要求。微调过程中，以控制整体提升段两侧合龙口的高程和轴线为准，以保证合龙段安装精度。合龙口经测量调整合格后，使用液压连续千斤顶双层夹具锁定提升钢绞线吊索，以固定整体提升段的高程，并安装临时横向和纵向限位装置。

4.5 主拱合龙

连续5个晚上在合龙温度下测量主拱合龙段的间隙，确定合龙段杆件长度。在合龙温度下，使用现场匹配法合龙钢桁架主拱，并使合龙段杆件具有较小的初始应力，以保证合龙接头高强螺栓施工质量。

现场先安装17号墩侧合龙段，再安装18号墩侧合龙段，同一个合龙段其上下游钢桁架拱需同时合龙。现场合龙段杆件安装顺序为：先安装下弦杆和斜腹杆→然后安装上弦杆→最后安装上下游钢桁架拱间的内支撑钢管。

4.6 桥道系安装和体系转换

Tayan大桥主拱设计为系杆拱，桥道系纵向主梁兼作主拱系杆，以抵消两拱脚间的水平推力。在主拱合龙完成后，按照桥道系纵坡和预拱度改造中跨支架，并将其作为桥道系拼装胎架。在胎架上从两侧向跨中拼装完成整个桥道系杆件。设置桥道系跨中节点为合龙节点，合龙方法与主拱合龙一致，且需在夜间稳定低温条件下完成桥道系中跨合龙。

Tayan大桥由于安装方法和结构上的特点，体系转换过程步骤较多。钢桁架主拱和桥道系永久系杆形成完毕以后进行体系转换[10]。

1) 解除18号墩支座临时固结，使支座在纵向可以自由滑动，避免主墩承受额外的水平推力。

2) 控制液压连续千斤顶，分4级卸载提升力，直至钢桁架主拱完成落拱为止。

3) 卸载临时预应力系杆张拉力，拆除主拱临时预应力系杆，使永久系杆发挥作用。

4.7 吊杆安装和桥道系落架

吊杆设计为刚性H型钢吊杆。主拱完成合龙并落拱以后，从拱座两侧向跨中对称安装吊杆。安装时，只安装吊杆上端节点的高强螺栓，下端不与桥道系纵向主梁连接。待全部吊杆安装完成且使主拱承受吊杆全部自重并再次充分下挠后，再从两侧向跨中安装吊杆下端的高强螺栓。

桥道系落架采用整体落架法，从跨中向两侧对称拆除拼装胎架上的沙筒，使桥道系与支架完全脱离。然后按设计顺序浇筑桥道系现浇混凝土桥面板，完成全桥施工。

5 结束语

印尼Tayan大桥主桥为3跨连续钢桁架系杆拱桥，钢桁架主拱采用整体提升安装技术进行施工。该施工技术较为新颖，具有现场高空作业量少、劳动效率高、安全和质量风险小、线型容易控制、节省工期等特点。施工过程中，采取上述技术措施，精心施工，顺利完成了200 m钢桁架主拱的安装,取得了良好效果。

[1] 李红征，薛志清.贵广铁路大跨度钢桁架拱桥施工方法[J].铁路建筑，2010(6)：49-52.

[2] 中交公路规划设计院.公路桥涵设计通用规范：JTG D60—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3] 中交第一公路工程局有限公司.公路桥涵施工技术规范：JTG/T F50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 何朝奇.广州新光大桥边拱拱肋拼装支架施工方案[J].中外公路，2006，26(4)：91-93.

[5] 王元清，姜 波，石永久，等.大跨度钢桁拱桥主拱和边段提升支架承载性能分析[J].铁道科学与工程学报，2002，2(3)：9-14.

[6] 中国工程建设标准化协会组织.钢结构设计规范：GB 50017—2003[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[7] 中交公路规划设计院有限公司.公路桥涵地基与基础设计规范：JTG D63—2007[S].北京：人民交通出版社，2007.

[8] 简永航.新光大桥边拱肋提升技术[J].中外公路，2007，27(3)：122-123.

[9] 中华人民共和国城乡住房和城乡建设部.重型结构(设备)整体提升技术规程：DGT J08-2056—2009[S].北京：中国计划出版社，2009.

[10]刘 民.大跨径钢桁拱桥系杆转换问题的研究与实践[D].重庆：重庆交通大学，2009.

Introduction of Erection & Construction of Integral Raising of Steel Truss Main Arch of Tayan Bridge, Indonesia

TANG Jian, LIU Yongsong

This paper introduces the erection & construction of integral raising of steel truss main arch of Tayan Bridge, Indonesia. It demonstrates construction scheme of main arch raising tower, integral raising segment fitting process, raising process control, main arch joining method, bridge road system installation and hanger rod installation, etc.

Steel truss tied arch; integral raising; construction method

10.13607/j.cnki.gljt.2016.05.015

2016-04-27

唐 剑(1982-)，男，湖南省怀化市人，本科，高工。

1009-6477(2016)05-0061-05

U445.4

B