南京长江二桥南汊斜拉桥合龙技术简介

一、合龙构思
　　本桥合龙主要面临以下一些方面的困难：
　　（1）钢箱梁顶板昼夜温差达到25℃左右。
　　（2）顶底板温差大，顶底板温差在日间约为20℃左右。
　　（3）主跨跨度达628m，温度变化1℃将导致合龙间隙变化约8mm。
　　（4）合龙时合龙段与20号梁段间隙允许范围小，间隙一般在大于5mm时方可将合龙段吊进，而间隙如果大于20mm则无法保证快速良好的焊接。
　　（5）整个合龙工期要求紧，合龙段运到后必须在当夜完成合龙工作。
　　针对合龙难度大、精度要求高、合龙时间要求紧迫这一系列的问题，我们主要采取了以下一些措施来保证合龙：
　　（1）在南北塔20号斜拉索张拉完成后，于江侧20号梁段设置水箱以模拟合龙段吊装重量，在此基础上调整两侧的高程，在合龙段起吊时逐步放掉水箱内的水。这样可保护合龙段起吊过程中钢箱梁两个悬臂端的稳定。
　　（2）在标高调整完成后设置合龙桁架，该桁架两端分别固定在20号梁段腹板外侧，该支架不承受轴向力，仅承受弯矩及剪力。在采用合龙桁架后，可以保证钢箱梁两个悬臂端变形同步协调。这样在整个合龙过程中我们仅需要关心合龙间隙的变化。
　　（3）在标高调整好合龙桁架连接完成后进行24h连续观测，以确定温度变化与合龙间隙的关系。
　　（4）根据观测结果选择温度变化比较缓和的夜间时段作为合龙时段，并确定合龙段长度。合龙时段内温度随时间缓慢下降，作业条件好，所以合龙工序是以温度下降为顺序的。
　　（5）在合龙段顶底板设置合龙段加强件，在合龙段吊进后迅速锁定加强件及合龙桁架，使其承受日出之前由于温度变化而产生的较小的轴向力，以保证合龙段在焊接过程中焊缝间隙不发生变化。
　　（6）在日出之前完成合龙段的主腹板等刚度较大部位的焊接工作并解除塔下纵向及竖向约束，以避免合龙桁架及加强件承受由于日照温度变化而产生的较大的轴向力。
　　整个合龙过程如图1所示。


图1 合龙段施工流程图
二、合龙实施关键技术
　　 1．合龙桁架及合龙段加强件的设计
　　合龙桁架位于箱梁竖腹板的外侧，不影响合龙段吊进的位置上。合龙桁架主要目的是保证南北江侧20号梁段在合龙过程中的变形协调及在合龙段焊接过程中承受部分由温度产生的轴向力。合龙桁架安装好后要经历数个白天的强烈日照，日照产生很大的体系升温及箱梁顶板升温。由于竖腹板外侧空间有限，故不可能设置很强大的构件。为了避免由于升温产生的巨大的轴向力，将该构件与20号梁段的连接在合龙段匹配前设计为不传递轴向力的连接。根据这种思路，最后设计出来的合龙桁架仅由每侧4根C28b的槽钢组成。
　　合龙段加强件位于合龙段及20号块顶底板，该加强件通过拼接板采用高强螺栓连接。其作用是保证合龙段吊进后通过锁定加强件来阻止合龙间隙的进一步变化，以便于合龙段的焊接，加强件需要抵抗夜间温度变化产生的轴向力。
　　在设计时考虑了三种工况来进行上述合龙辅助构件的计算：①主塔临时约束未解除前，合龙桁架承受日照升温。日照升温按体系升温20℃、顶板升温50℃考虑。若该工况合龙桁架与竖腹板固接，则合龙桁架将变得很庞大，而且塔下应力也难以通过；②主塔临时约束未解除前，合龙桁架与合龙段加强件共同承受体系降温8℃，此时合龙桁架承受轴向力。该工况主要模拟合龙段匹配完成后主腹板焊接完成前的夜间温度变化。在该工况下合龙间隙变化计算仅为2.6mm，可满足焊接要求；③主塔临时约束解除后，合龙桁架与合龙段加强件承受日照升温。该工况偏于安全地不考虑合龙段已焊接好的主腹板参与受力。
　　在合龙过程中，该组合龙辅助构件工作良好，确保了合龙段吊入并在匹配过程中两侧悬臂端变形协同，并保证了在焊接过程中焊缝宽度不会随温度的降低而扩大。在主塔临时约束解除后，该组辅助构件亦经历了白天日照的考验。
　　合龙桁架及合龙段加强件安装后的情况见图2。


2．24h连续观测
　　为了掌握一天内温度变化及合龙间隙变化规律，在合龙前安排了24h的连续观测。观测频率一般为20：00——8：00为半小时一次，其余时段为一小时一次。温度测量采用三种手段：①采用温度计测量大气温度；②采用点温计测量钢箱梁温度；③采用埋置于15号梁段的22个温度应力测点测量钢箱梁温度。合龙间隙测量在钢箱梁上共布置了17个测点以测量顶底板及腹板的合龙间隙，采用了两组人员同步测量。
　　图2为测量的结果。
　　通过24h连续观测，我们发现：①钢箱梁顶底板合龙间隙与顶底板温度有着很好的同步关系。②从 20：00到凌晨 5：00这个时段，温度均处于缓慢下降阶段，每小时温度变化梯度小于2．1℃，而且顶底板温差小于1℃。在该时段内合龙间隙约减小4.4cm，顶底板间隙差小于5mm，而且均为底板间隙稍大于或等于顶板间隙，这有利于合龙段的吊进。由于最大可焊间隙可以达到2.5cm，故该选择该时段作为合龙时段内焊缝的最大间隙在4.4/2=2.2cm内，这样，在合龙时段的大部分时间间隙可以满足焊接的要求。
　　通过上述观测，我们确定20：00为合龙段吊进的时间，并根据该时间合龙间隙并考虑6mm的富余来确定合龙段配切长度。
　　在实施过程中，合龙段顶板于21：10越过20号梁段的底板，并于22：40完成就位。并于凌晨5：00前完成了主腹板的焊接工作。
　　 3．塔下临时约束解除
　　塔下临时约束承受轴向力及竖向拉力，由于无法完全保证全部焊接工作在日照前完成，而合龙段辅助构件无法承受日照产生的强大轴向力，故塔下约束的解除选择在清晨日照前完成。
　　塔下拉力采用钢绞线来抵抗，在约束解除中要释放掉约600t的竖向拉力，主梁在塔附近将产生近8cm的上挠，为了避免对主梁产生冲击，在解除塔下约束时，在塔附近主梁上采用重载汽车进行了压重，待所有约束解除后再逐次开走压重车辆。
　　图3为割除钢绞线后的塔下临时约束。

三、几点体会
　　经过多方面的努力，南京二桥南汊斜拉桥按照预定时间实现了顺利合龙及塔下临时约束的解除。回顾整个合龙过程，有以下几点体会：
　　（1）通过在悬臂端采用水箱压重来模拟合龙段重量，可以有较宽裕的时间来调整悬臂端的标高及轴线。如早在合龙段起吊后再来调整标高，一是会延误工期，二是一旦遇上有风的天气，合龙段会摆荡而影响标高的测量精度。
　　（2）合龙桁架的采用可以锁定悬臂端调整好后的标高，避免由于两个悬臂可能的不对称荷载引起的悬臂端标高差。
　　（3）合龙桁架主要目的是保证悬臂端变形协调，合龙段加强件主要目的是保证合龙间隙。这两部分构件不需要很强大就可以满足刚度要求。然而这些构件均无法抵抗在塔下约束解除前日照产生的轴向力，所以在设计该部分构件时采用了约束上及时间上的措施来避免构件直接抵抗日照产生的轴向力是一个良好的途径。可以避免强大的合龙段辅助构件带来的制作、安装及经济上的问题。

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