張亞鋒

（中國鐵建大橋工程局集團有限公司 天津 300300）

1 工程概況

1.1 大橋簡介

福廈客專安海灣特大橋跨越安海灣航道，主橋采用（40+135+300+135+40）m雙塔雙索面結(jié)合梁斜拉橋（見圖1），半漂浮體系，主橋全長650 m，主墩基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，高樁承臺，H型混凝土索塔，分離式塔柱，塔高126.9 m，主梁采用砼橋面板+槽型鋼箱梁的結(jié)合梁結(jié)構(gòu)，為封閉箱形斷面形式，主梁含風(fēng)嘴全寬21 m，梁高4.25 m，主梁共劃分為65個梁段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長10.5 m，最重節(jié)段吊重403 t（含混凝土橋面板177 t）。

1.2 施工條件

工程所在區(qū)域?qū)儆跂|南沿海，典型海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，臺風(fēng)（熱帶氣旋）是影響施工的主要災(zāi)害性天氣。根據(jù)2001～2016年的熱帶氣旋進(jìn)行統(tǒng)計，平均每年影響橋址區(qū)域的熱帶氣旋約5.6個。

圖1 主橋橋型布置(單位:m)

工程海域的潮流性質(zhì)為正規(guī)半日潮，呈往復(fù)流特征。安海灣內(nèi)水深自灣口向灣頂逐漸變淺，大部分水深淺于4 m，最大水深10.5 m。安海灣潮灘發(fā)育，灘涂面積約占整個海灣面積的80%以上，灣內(nèi)養(yǎng)殖密布，灘面寬闊平緩，最寬達(dá)2 km，因潮溝分割，呈塊狀分布。低潮位時邊墩、輔助墩處海床面外露，主墩處水深不足5 m。

2 鋼箱梁施工方案比選

2.1 原設(shè)計方案

2.1.1 原設(shè)計方案簡介

原設(shè)計方案塔區(qū)0號～1號梁段（含砼橋面板）（G0、G1、SG1、MG1）利用大型浮吊船提升至塔旁托架并縱向牽引（或頂推）就位，在已架設(shè)鋼梁上拼裝400 t架梁吊機（全橋共計4臺），利用橋面吊機懸臂架設(shè)（見圖2），邊跨48.5 m主梁采用駁船整體運輸，浮吊整節(jié)梁段提升架設(shè)[1]。

圖2 懸臂拼裝施工示意

該方案邊跨側(cè)水深不滿足船舶航及大型浮吊吃水要求，需要進(jìn)行清淤處理，低水位按-2.96 m考慮，滿足邊跨整節(jié)段吊裝需清淤至-8.06 m，清淤深度7.6 m，且范圍大。

根據(jù)現(xiàn)場的水深條件、航道條件以及船舶停泊條件，清淤配備三艘8 m3的抓斗船及4艘1 000 m3自航開底式駁船，采用分層、分條、分段開挖法進(jìn)行疏浚施工，一次疏?？偭考s為35萬m3，估算單次清淤費用500余萬。

2.1.2 原設(shè)計方案實施難點

主橋鋼箱梁按原方案施工面臨以下難點:

（1）邊跨側(cè)SG12～SG16節(jié)段48.5 m鋼梁自重約600 t，設(shè)計為整體吊裝，大型浮吊吃水深度不足，清淤疏浚工程量巨大。

（2）鋼梁在加工廠加工成設(shè)計節(jié)段，運輸至橋址附近鋼梁拼裝場，完成混凝土橋面板結(jié)合后再運至待架橋位，橋址附近無合適碼頭可租用，自建碼頭征海、養(yǎng)殖賠償費用巨大[2]。

（3）采用橋面吊機雙懸臂架設(shè)，邊跨淺水區(qū)低潮位為灘涂，海床面多為淤泥，受漲落潮影響回淤速度快清淤效果差，需反復(fù)清淤，以滿足運輸鋼梁船只吃水深度要求。

（4）安海灣主橋為全線控制性工程，前期受征海等因素影響，進(jìn)場晚，工期壓力巨大。清淤及拋泥區(qū)需滿足海事、環(huán)保等部門對海洋管理的要求，施工期間相關(guān)指標(biāo)不得超標(biāo)，手續(xù)辦理難度大，施工時間不可控。

（5）清淤對環(huán)境影響大，紅線兩側(cè)均為鮑魚、螃蟹等海產(chǎn)品養(yǎng)殖區(qū)，補償風(fēng)險高。

2.2 邊跨鋼箱梁高位支架滑移方案

在橋址位置處施工滑移支架，利用大型浮吊船將邊跨側(cè)鋼混結(jié)合梁從SG16開始逐節(jié)段提升在支架上并縱向牽引滑移到設(shè)計位置，從塔區(qū)0號～1號梁段（含砼橋面板）（G0、G1、SG1、MG1）開始，鋼梁栓焊連接好后，施工橋面板濕接縫，張拉第一對斜拉索，在已架設(shè)鋼梁上拼裝400 t架梁吊機（全橋共計2臺），然后中跨側(cè)和邊跨側(cè)同步施工梁段[3-4]，如圖3所示。

圖3 邊跨高位支架滑移方案示意

2.3 邊跨鋼箱梁高位支架頂推方案

安海灣主橋邊跨鋼梁頂推擬采用以下3種方案:

（1）頂推方案一（見圖4）

圖4 高位支架頂推方案一示意

設(shè)置兩個臨時墩，前端不設(shè)導(dǎo)梁，邊跨鋼梁不帶橋面板頂推，頂推到位后安裝橋面板[5]。

此方案水中設(shè)置兩個臨時墩，頂推梁段從SG16開始直至SG1安裝就位。頂推距離為164 m，頂推跨度42 m。SG16～SG14采用大型浮吊吊至頂推平臺上，再用塔吊在鋼梁上安裝橋面吊機，其余鋼箱梁通過駁船運輸至橋面吊機下方，橋面吊機提梁、精確對位，鋼梁吊裝到位與其前方的鋼梁栓焊連接（底板焊接，腹板頂板栓接）后向前頂推一個節(jié)間，如此循環(huán)施工直至最后一節(jié)栓焊連接頂推到位。預(yù)制板通過棧橋運至棧橋頭固定提升站吊裝至鋼梁上，運板車水平運輸，梁面上龍門吊機架設(shè)預(yù)制板并結(jié)合橋面板。

（2）頂推方案二（見圖5）

圖5 高位支架頂推方案二示意

設(shè)置一個臨時墩，前端設(shè)置35 m導(dǎo)梁，邊跨鋼梁帶橋面板一起頂推到位[6]。

此方案水中設(shè)置一個臨時墩，設(shè)置35 m鋼導(dǎo)梁，頂推過程中需對導(dǎo)梁增加配重，并進(jìn)行多次加載和卸載，頂推梁段從SG16開始直至SG1安裝就位。導(dǎo)梁用塔吊吊至頂推平臺上拼裝，在導(dǎo)梁上安裝架梁吊機。橋面板在預(yù)制場集中預(yù)制，通過棧橋運輸，鋼箱梁通過海運至橋址附近，利用浮吊在駁船上進(jìn)行橋面板安裝，橋面板安裝完成后由駁船運輸至架梁吊機下方，架梁吊機取梁，該節(jié)段鋼梁栓焊接后頂推，按照架梁順序依次循環(huán)完成邊跨鋼箱頂推施工。

（3）頂推方案三（見圖6）

圖6 頂推方案三示意

設(shè)置兩個臨時墩，前端設(shè)置10 m導(dǎo)梁，邊跨（SG16～SG12）不帶橋面板，其余鋼梁帶橋面板頂推。

此方案水中設(shè)置兩個臨時墩，兩個臨時墩之間鋪設(shè)加強的新型組合式桿件，SG16～SG12不帶板頂推，以減小鋼混結(jié)合梁在懸臂過程中混凝土應(yīng)力過大，SG16～SG12節(jié)段橋面板安裝同頂推方案一，其余節(jié)段橋面板安裝同頂推方案二。

2.4 施工方案比選

2.4.1 邊跨滑移與頂推方案比選

邊跨頂推方案及邊跨滑移方案區(qū)別在于滑移方案鋼梁節(jié)段提升采用浮吊，每一節(jié)鋼梁縱向牽引滑移先到位，節(jié)點之間不進(jìn)行連接，兩種方案均是在下橫梁及中塔柱第3節(jié)施工完成后，邊跨鋼梁與上塔柱同步施工，方案優(yōu)點:

（1）避免海上清淤工作量，減少2臺橋面吊機及大型浮吊。

（2）對養(yǎng)殖區(qū)及海上環(huán)境影響顯著減小。

（3）支架、邊跨鋼梁可與主塔同步進(jìn)行，主塔區(qū)及橋面吊機節(jié)省工期3個月以上，每節(jié)段節(jié)省工期至少3 d以上，合計節(jié)省工期4個月以上。

滑移方案較頂推方案劣勢在于:

（1）支架材料用量大，施工成本較高。

（2）支架基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，且數(shù)量多，施工周期長。

（3）海上、高墩、大風(fēng)等多重不利因素疊加，安全風(fēng)險高。

綜上所述確定采用邊跨頂推方案。

2.4.2 邊跨頂推方案比選

三種頂推方案綜合考慮施工成本、組織難度、安全風(fēng)險及工期等因素，經(jīng)比選確定方案一為最優(yōu)方案，對比見表1。

表1 頂推方案對比

3 邊跨鋼箱梁頂推施工

3.1 主要施工方案

邊跨（SG16～SG1）不帶預(yù)制板頂推，該方案水中設(shè)置兩個臨時墩，SG16～SG14需用浮吊吊至頂推平臺上，再用塔吊在鋼梁上安裝架梁吊機，其余鋼箱梁通過駁船運輸至架梁吊機下方，利用布置于鋼箱梁上的架梁吊機取梁，橋面板在預(yù)制場預(yù)制，通過棧橋運至主墩位利用提升站吊裝至鋼梁上運板車水平運輸，門吊結(jié)合[7]。

3.2 主要臨時結(jié)構(gòu)及設(shè)備

3.2.1 臨時支墩

在頂推過程中設(shè)置頂推支架作為鋼箱梁中間支撐點，在邊跨設(shè)置2個，支架基礎(chǔ)采用直徑1 m鋼管打入樁[8]，單樁最大反力196 t，支架基礎(chǔ)以上采用直徑1.5 m螺旋管，頂推支架高度50～55 m，在頂推支架上設(shè)置縱橫梁并安裝頂推設(shè)備，主塔處設(shè)置頂推支架兼做鋼箱梁和橋面吊機拼裝平臺。

3.2.2 浮吊

根據(jù)現(xiàn)場施工條件及采用起重船吊裝的施工方法，選用吊重600 t自航起重船，船長×寬×型深＝78.3 m×26.6 m×5.6 m，最小吃水2.8 m，滿載吃水3.5 m，主鉤兩對300 t×2＝600 t，作業(yè)半徑在38 m內(nèi)，可起吊600 t，滿足鋼梁吊裝要求。

3.2.3 橋面吊機

橋面吊機主要參數(shù)如下[9]:

（1）拼裝梁段:滿足10.5 m（長）×17 m（寬）標(biāo)準(zhǔn)梁段起升及縱、橫向精確定位。

（2）額定起吊重量:400 t。

（3）起升高度（凈）:80 m。

（4）起升速度:0～1 m/min（滿載）。

（5）整機行走方式:步履行走，輪距12 m。

（6）整機功率:120 kW。

（7）三合一減速機參數(shù):輸出扭矩9 308 N·m，功率2.2 kW×4，輸出轉(zhuǎn)速1.9 r/min。

（8）外輪廓尺寸:16.5 m×13.5 m×8 m。

（9）工作級別:A2；機構(gòu)工作級別:M4。

（10）允許最大作業(yè)風(fēng)力:7級；允許非作業(yè)最大風(fēng)力:12級。

3.2.4 步履式頂推器

頂推器為步履平移頂推器，布置三向千斤頂[10]。

（1）豎向千斤頂:共設(shè)4臺500 t千斤頂，頂升力2 000 t，單次頂升行程≤30 cm。

（2）縱向千斤頂:4臺50 t千斤頂，最大頂推力200 t，單次頂推行程≤35 cm。

（3）橫向千斤頂:每側(cè)兩臺，橫向調(diào)整力100 t，單次調(diào)整行程≤5 cm。

（4）步履式平移頂推器工作原理:就位→起頂、觸梁→頂起橋梁→平移1個頂推行程→落梁→脫離→平移頂回程[11]。

3.3 主要施工步驟

（1）施工主塔同時，施工臨時墩及拼裝平臺。

（2）運輸船運輸SG16～SG13號鋼梁到位，利用600 t浮吊提升至拼裝平臺上，拖拉滑移至指定位置并栓焊連接[12]。

（3）頂推鋼梁，拼裝架梁吊機，靜載試驗。

（4）橋面吊機吊裝梁段，栓焊連接，頂推。

（5）重復(fù)步驟施工直至鋼梁頂推到位。

（6）安裝提升站、在鋼梁面上拼裝龍門吊機，梁面運板小車調(diào)試到位。

（7）提升站提升預(yù)制板至橋面，運板車運輸，龍門吊安裝預(yù)制板并結(jié)合橋面板。

（8）澆筑塔頂G0、G1及SG1、MG1節(jié)段線濕接縫及張拉縱向預(yù)應(yīng)力筋。

（9）安裝并張拉第一對斜拉索，吊機前移就位準(zhǔn)備吊裝中跨下一主梁節(jié)段。

（10）重復(fù)步驟，依次安裝主梁節(jié)段直至完成邊跨側(cè)126.5 m及中跨側(cè)126.5 m的主梁施工。

4 結(jié)束語

本項目結(jié)合施工特點及現(xiàn)場主要影響因素，對設(shè)計方案進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，一是邊跨側(cè)SG12～SG16節(jié)段48.5 m鋼梁由整體吊裝優(yōu)化為標(biāo)準(zhǔn)梁段頂推；二是鋼梁雙懸臂施工優(yōu)化為單懸臂施工；三是鋼梁與橋面板結(jié)合時間由先結(jié)合優(yōu)化為橋上結(jié)合。通過對邊跨鋼梁施工方案比選，提出塔梁同步施工的理念，有效解決了邊跨側(cè)水深不足及中轉(zhuǎn)碼頭資源稀缺難題，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了成本，降低了施工協(xié)調(diào)難度及對海洋環(huán)境的影響，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。