钢桥架设

继钢桥制造之后。将钢桥杆件或梁段拼装成桥并架设就位的施工过程。按桥梁在施工阶段的受力状态,钢桥的架设方法可分为:支架施工、悬臂施工和整体架设三类(见桥梁施工)。

支架施工

包括膺架法、缆索悬吊法等。

膺架法

在桥位设置木制或钢制的落地式膺架(也称脚手架)。顶面铺脚手板,在上面拼装钢桥。膺架须有落梁装置,便于桥梁拼成后与之分离,拆除膺架。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,大跨度桥梁很少采用。膺架法可利用钢桥杆件或梁段本身的跨越能力,仅在主要节点(如实腹梁梁段的接点,或桁架梁斜腹杆和下弦杆的交点)上设置分立式膺架。日本的丰里斜张桥(1970年),在四个分立式钢膺架上拼装了216米的主梁。

缆索悬吊法

悬索桥的施工,通常是先架设缆索,用缆索上临时加设的走行吊架,将加劲梁的梁段逐渐提升,悬挂在缆索垂下的吊杆上,调整位置后拼装成整跨的加劲梁。施工时加劲梁梁段的自重,由缆索承受。美国的金门、韦拉扎诺海峡及英国的亨伯等著名的悬索桥(见彩图),均用这种方法施工。瑞典阿斯克勒峡湾(Asker Fjord)钢管拱桥(1960年),利用同一原理提升跨度278米的管拱节段,悬吊在临时施工的缆索下,调整位置后拼铆成拱,整体降落到支座上。拱、梁组合结构,也可采用此法安装架设,如日本天草二号桥(1966年)的156.8米朗格尔桁架梁,就是这样施工的。

美国韦拉扎诺海峡桥,世界上大跨度公路悬索桥之一,主跨1298.4米,1964年建成 美国布鲁克林桥,近代史上著名的城市悬索桥,主跨487米,1883年建成 英国亨伯桥,目前世界上跨度最大(1410.8米)的公路悬索桥,1981年建成 土耳其博斯普鲁斯海峡桥,联结欧亚大陆的公路悬索桥,主跨1074米,1973年建成

悬臂施工

包括悬臂拼装法、拖拉法等。由一个墩台悬臂施工到另一个墩台,悬臂长度等于整个桥跨者,称为全悬臂施工;在跨间设置临时墩,桥梁在墩台和临时墩间悬臂施工,悬臂长度小于桥跨长度者,称为半悬臂施工。由墩台向单一方向悬臂,称为单悬臂施工;在一座桥墩上同时向相反方向对称地悬臂,称为平衡悬臂施工。多跨连续桥的主跨可以从两端悬臂施工跨中合龙,使悬臂长度减为主跨之半。

悬臂拼装法

简称悬拼法。

(1)梁式桥悬拼法。就桥式而言,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。如跨度521.2米的英国福斯湾铁路桥(1890年,(见彩图),

英国福斯湾桥,钢悬臂桁架梁双线铁路桥,主跨521米,1890年建成

跨度548.6米的加拿大魁北克铁路桥(1918年)及跨度为 510米的日本港大桥(公路桥,1974年),它们的悬臂桁架梁,均用此法施工。连续梁桥(桁架梁及实腹梁)采用全悬臂施工时,由于受力体系的改变,安装内力常比设计荷载的内力大,有些杆件(或梁段)的截面需要加强,或者采取下列措施减少安装内力:在前方桥墩旁设置托架,使悬臂端较早地得到支承;或设置塔索将悬臂端吊住,减少悬臂根部的弯矩;或在跨间设临时墩,改为半悬臂拼装。中国武汉长江桥南京长江桥(见彩图)的连续桁架梁为全悬臂拼装(第一孔为半悬臂拼装),桥墩旁设有托架,使悬臂长度比跨度缩短16米。枝城长江桥(1971年)悬拼跨度160米连续桁架梁时,在墩顶的梁上设置临时钢塔,伸出拉索吊住悬臂端(图1)。

图1 枝城长江桥悬拼跨度160米连续桁架梁

悬臂拼装须借助锚梁,以保持悬臂时的倾覆稳定。锚梁可以是连续梁的边跨(用膺架法或半悬臂法拼装的),也可是借用桥梁杆件在邻跨(或路堤)上拼装的平衡梁。为缩短平衡梁的长度,还可在它上面压重。三跨一联的不等跨连续梁桥,一般以边跨为锚梁悬拼中孔,在跨中合龙。为改善合龙的闭合条件,可按下列步骤进行:悬拼时降低两端的支座(或抬高中间两个支座),使两悬臂段能够顺利合龙,合龙后再将各支座恢复到设计位置。中国宜宾金沙江铁路桥(1968年)的112+176+112米三跨连续桁架梁,就是这样架设的。多跨简支梁桥,可用临时杆件组成连续梁悬臂拼装。对于单跨简支梁桥,可用两端加设的平衡梁与压重作为锚梁,照连续梁那样从两端悬拼至跨中合龙。成(都)昆(明)铁路三堆子金沙江桥(1969年),就是用此法悬拼单孔192米的简支桁架梁的。

武汉长江桥,第一座横跨长江的公铁两用双层钢桁架连续梁桥,跨度128米,总长1670.4米,1957年建成南京长江桥钢梁全貌

南京长江桥,公铁两用双层钢桁架连续梁桥,跨度160米,铁路桥总长6772米,1968年建成,该桥的建成是中国修建深水基础桥梁工程的一项重大突破

(2)拱桥悬拼法。钢拱桥适用于宽深河流或峡谷。它的跨度较大,跨间难于设置临时墩,一般从两端悬拼至跨中合龙。为减少悬臂弯矩,可在拱端设置塔索,斜吊住悬伸的钢拱。早在1874年,美国的主跨为158米的路易斯铁路钢拱桥就采用悬臂拼装法施工,在墩顶设木塔架,用拉索吊住钢拱,由桥墩平衡悬臂拼装至跨中合龙。大跨度钢拱桥,如澳大利亚的悉尼港拱桥、美国的新河峡谷桥(见彩图)等,也是采用悬拼法。唯独在美国跨度为503.6米的贝永钢拱桥(1931年),因河床基岩较浅,在跨间设置了临时墩悬臂拼装。

澳大利亚悉尼港桥,世界大跨度城市钢拱桥之一,主跨503米,1932年建成 美国新河峡谷桥,目前世界上跨度最大(518.2米)的公路钢拱桥,1977年建成 拖拉法

钢梁桥在路堤或引桥上拼装后,用卷扬机和滑轮组顺线路方向拖拉,使其在滑道上纵移悬伸架设就位。此法使用的机具设备简单,施工进展较快,适用于中等跨度的钢梁桥。拖拉滑道一般由上、下滑轨及滚轴组成。上滑轨连在纵梁或主桁主要节点下面,下滑轨铺设在路堤、引桥及桥墩顶。上下滑轨之间放进若干直径8~14厘米的滚轴。拖拉时,用卷扬机及滑轮组的钢索牵引,通过滚轴在滑轨间的滚动,使桥梁向前纵移。连续梁桥采用拖拉架设较为方便。几跨简支梁,可临时连成一体,按连续梁拖拉架设,但需考虑到拖拉过程中受力体系的改变,加强某些截面或杆件。为减少悬臂时的杆件内力和支点反力,可在桥梁前端加设轻型导梁,或在跨间设置临时墩,使之较早地到达前方桥墩。中国京广(北京—广州)铁路汉水桥(1954年)三跨55米及黎(塘)湛(江)铁路郁江桥(1955年)三跨66米的简支桁架梁,都是临时组成连续梁拖拉架设的。单跨简支梁桥也可采用拖拉法架设,但需在前端加设导梁,后端压重,以保持悬臂时倾覆稳定。如用浮箱灌水压重,还能调整压重的位置,起到平衡滑道前后支点反力的作用。中国禹门口黄河铁路桥(1973年)用64米长的导梁及压重方法,将跨度144米的单孔简支桁架梁拖拉就位。

整体架设

包括整体吊装法、浮运法、转体法、横移法,架桥机架设法等。

整体吊装法

整孔钢桥或大型梁段浮运到桥下,用起重设备整体吊装、提升或预升就位。此法多用于大跨度桥梁,需要大型吊机或利用一般起重机具(如卷扬机、滑轮组、千斤顶等)来完成。英国不列颠箱管桥(1850年)的主跨长140米,重约1300吨,制成后船运至桥下,用千斤顶提升就位。美国跨度为 382米的弗里蒙特公路桥(1973年)用千斤顶顶升钢吊杆,将275米长、5800吨重的中间拱段提升就位。日本港大桥用卷扬机滑轮组提升186米长、4515吨重的挂孔。巴西跨度为300米的瓜纳巴拉湾悬臂梁公路桥(1974年),用千斤顶将292米长的锚跨(包括两端悬臂),连同起重平台共重5275吨,提升52米到墩顶横移就位。中国安康汉江 176米的斜腿刚架桥(见彩图)的中孔梁长56米,重180吨,也是用卷扬机及滑轮组整体提升架设的(图2)。

安康汉江桥,钢斜腿刚架铁路桥,脚铰跨度为176米,1982年建成 图2 安康汉江桥整体提升中孔梁

70年代以来,日本的大型浮吊设备发展较快,起重量最大达3000吨,起吊高度106米。荒川湾悬臂桁架梁桥(1975年)的桥长840米,分为6个大型梁段,用一台3000吨及两台1500吨的浮吊整体吊装架设,其中最大的吊重是195米长的锚跨(包括两端悬臂),重4250吨。泉北川联络桥(1976年)的 172.6米拱、梁组合结构总重3182吨,用两台3000吨浮吊一次吊装就位。

浮运法

桥梁在驳船上或在河岸上拼装后,用船浮运至桥下,利用落潮或充水压舱落梁就位。此法适用于宽阔平稳的水域,桥位和水面的高差不宜过大。驳船的设计吨位最好大于浮运重量2~3倍,以保证浮运体系的稳定。中国杭州钱塘江桥(见彩图)有15孔65.8米钢桁架梁是利用潮汐浮运架设的。日本生浦桥(1973年)的195米拱、梁组合结构,整孔浮运400公里到达桥位,再利用落潮架设。

钱塘江桥,中国自己建造的第一座现代化公铁两用双层钢桁架梁桥,全长1453米 转体法

整孔桥梁或大型梁体,在竖直面或水平面上旋转就位。如意大利斯法拉沙376米斜腿刚架桥(1972年)的斜腿竖直拼装后,绕腿底的铰轴向下倾转至设计位置。

横移法

常用于通车线路更换旧桥,能缩短中断交通的时间。在桥位两侧设置支架及垂直于线路的横移滑道。新桥在一侧支架上拼装(平行于线路)就绪后,先从桥孔移出旧桥,再将新桥横移就位。例如:联邦德国杜塞尔多夫—上卡瑟尔桥(1976年),为更换旧桥采用横移法新建主跨258米的独塔斜张桥,桥长590米,重12700吨,设有四条横移滑道,绝大部分的桥重(约10300吨)支承在独塔下的一条滑道上,用安装在新建塔墩上的千斤顶通过钢拉杆拉曳梁体,使整座斜张桥横移47.5米到达桥位。横移的速度平均每小时3.6米。

架桥机架设法

跨度不大于40米的铁路上承钢板梁,可在工厂内整孔制造,运往工地用铁路架桥机整体架设。

参考书目
  1. 小西一郎:《鋼橋》基礎篇Ⅱ,丸善株式会社,東京,1976。