華曉燁

摘 要：文章以南京江心洲長(zhǎng)江大橋?yàn)橐劳?，介紹了組合梁斜拉橋建設(shè)中的結(jié)構(gòu)、工藝及設(shè)備創(chuàng)新。鋼殼-混凝土組合索塔關(guān)鍵技術(shù)、粗骨料活性粉末混凝土組合結(jié)構(gòu)及工業(yè)化建造技術(shù)等技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用，有效推動(dòng)了大跨徑組合梁斜拉橋建設(shè)水平的提升。

關(guān)鍵詞：南京江心洲長(zhǎng)江大橋;組合梁斜拉橋;創(chuàng)新

1 工程概況

南京江心洲長(zhǎng)江大橋位于南京長(zhǎng)江三橋下游約5km、南京長(zhǎng)江大橋上游約13 km處，是205國(guó)道和312國(guó)道的過(guò)江通道，同時(shí)也是南京“高快速路系統(tǒng)”中繞城公路的重要組成部分。路線起于寧合高速五里橋互通，向東南方向跨越長(zhǎng)江主航道至江心洲，其中跨江主橋長(zhǎng)4134m，為縱向鉆石型索塔中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，索塔為鋼-混凝土組合索塔，主梁為粗骨料活性粉末混凝土為橋面板的流線型扁平整體箱型組合梁。江心洲長(zhǎng)江大橋于2017年5月開(kāi)工建設(shè)，2020年12月建成通車(chē)。

2 工程特點(diǎn)

南京江心洲長(zhǎng)江大橋采用了多項(xiàng)世界或國(guó)內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)，施工工藝復(fù)雜、技術(shù)創(chuàng)新多。索塔采用鋼-混凝土組合索塔結(jié)構(gòu)，為世界首創(chuàng)。索塔縱向?yàn)殂@石型索塔，橫向?yàn)楠?dú)柱塔，中索塔承臺(tái)以上高177.4米，邊索塔承臺(tái)以上高169.7米，鋼殼部分為雙壁異形箱型附筋鋼結(jié)構(gòu)，索塔基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，有效解決了多跨斜拉橋中塔穩(wěn)定性等問(wèn)題。主梁采用粗骨料活性粉末混凝土為橋面板的流線型扁平整體箱型組合梁，組合梁全寬35.6米，是世界上首次采用粗骨料活性粉末混凝土橋面板結(jié)構(gòu)的大跨徑斜拉橋。

3 技術(shù)創(chuàng)新

3.1鋼殼-混凝土組合索塔關(guān)鍵技術(shù)

南京江心洲長(zhǎng)江大橋索塔建設(shè)首創(chuàng)了鋼殼-混凝土組合索塔的理念，將鋼結(jié)構(gòu)索塔的工廠化制造及架設(shè)工藝與混凝土索塔所具有的優(yōu)良抗彎、壓剛度相結(jié)合，研發(fā)了結(jié)構(gòu)性能優(yōu)、工業(yè)化程度高、建造速度快的鋼殼-混凝土組合索塔，在組合索塔受力機(jī)理、設(shè)計(jì)技術(shù)、施工技術(shù)等方面取得了重要突破。

（1）首創(chuàng)了以縱橫雙向鋼筋混凝土榫群為剪力連接件、鋼殼與混凝土協(xié)同受力、共同工作的鋼殼-混凝土組合索塔。鋼殼-混凝土組合索塔由雙層附筋鋼殼與填充于鋼殼之間的混凝土組合成協(xié)同受力的整體結(jié)構(gòu)，鋼殼通過(guò)縱橫雙向鋼筋混凝土榫群與混凝土組成協(xié)同受力整體。鋼殼及附筋在工廠制造、組裝，在現(xiàn)場(chǎng)只需吊裝和機(jī)械式連接。組合索塔結(jié)構(gòu)繼承了鋼結(jié)構(gòu)索塔工廠化制造、模塊化拼裝的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮了鋼混組合結(jié)構(gòu)剛度大、承載力強(qiáng)、延性好的優(yōu)勢(shì);有效提高了索塔工廠化制造率，降低了原材料的投入，顯著縮短了索塔建造周期、減少了人工投入和設(shè)備占用周期?，F(xiàn)場(chǎng)施工速度由混凝土索塔的0.7m/天提高到1.2m/天，現(xiàn)場(chǎng)人工投入減少70%。

（2）構(gòu)建了鋼殼-混凝土索塔結(jié)構(gòu)的功能模塊，提出了構(gòu)造設(shè)計(jì)原則，建立了保證鋼殼-混凝土組合索塔整體協(xié)同受力性能的設(shè)計(jì)理論和方法。鋼殼-混凝土組合橋塔采用在鋼殼的薄鋼板加勁肋上開(kāi)孔、內(nèi)插鋼筋形成雙向薄鋼板鋼筋混凝土榫剪力連接件，明顯加強(qiáng)了鋼殼與混凝土連接。足尺模型試驗(yàn)表明，鋼殼-混凝土組合結(jié)構(gòu)試件的剛度、承載能力、延性等較相同含鋼率鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試件分別提高了33%，49%和50%，顯著提高了結(jié)構(gòu)的綜合性能;縱橫雙向剪力連接件為大寬厚比薄板鋼殼提供了面外約束，避免鋼殼彈性屈曲，通過(guò)對(duì)鋼殼壁板厚度與混凝土強(qiáng)度的合理匹配，有效提高索塔結(jié)構(gòu)延性;鋼殼-混凝土組合截面在工作全過(guò)程滿足平截面假定，鋼殼、鋼筋、混凝土共同工作，協(xié)同受力。

（3）針對(duì)附筋鋼殼的制造要求，提出了密肋附筋板單元制作工藝及附筋精確定位、組裝技術(shù);針對(duì)鋼殼雙層箱型截面抗畸變能力弱的特點(diǎn)，提出了附筋鋼殼立式總拼技術(shù)，研制了立式總拼胎架，提出了基于中央基線的短線法匹配方式，實(shí)現(xiàn)了附筋鋼殼工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化的制造。發(fā)明了豎向附筋精確匹配定位工藝，根據(jù)豎向鋼筋間距不同，制作不同孔距鋼筋定位樣板，采用定位樣板卡固在鋼筋端頭螺紋絲扣處，實(shí)施對(duì)豎向鋼筋的精確定位，再使用槽型定位工裝搭配定制螺母，固定鋼筋水平位置，豎向位置可調(diào)節(jié)。

（4）發(fā)明了輕型液壓整體自爬升施工平臺(tái)，確保了附筋鋼殼在橋位處的精確定位和快速連接。平臺(tái)主要由預(yù)埋件系統(tǒng)、爬升裝置、承載桁架、走道及安全圍護(hù)、液壓及智能控制系統(tǒng)等部分組成。平臺(tái)工作時(shí)，在鋼殼預(yù)留孔位置安裝錨錐和埋件，并保證其安裝緊固，在上一節(jié)鋼殼上安裝附墻掛，插入導(dǎo)軌，依次過(guò)二層附墻掛座，操作動(dòng)力裝置控制器爬升架體。

3.2粗骨料活性粉末混凝土組合結(jié)構(gòu)及工業(yè)化建造技術(shù)

南京江心洲長(zhǎng)江大橋首創(chuàng)了結(jié)構(gòu)輕型、力學(xué)性能優(yōu)異、工廠化、智能化建造程度高、質(zhì)量可靠的粗骨料活性粉末混凝土組合梁，并在材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)、施工工藝及智能化裝備方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了系統(tǒng)的材料制備方法，構(gòu)件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法，研發(fā)了系列新工藝、新裝備。

（1）基于活性粉末混凝土設(shè)計(jì)原理，引入改性組分和骨架結(jié)構(gòu)，研發(fā)了高彈性模量、低總收縮、抗彎拉性能優(yōu)良的粗骨料活性粉末混凝土材料，并通過(guò)常規(guī)養(yǎng)護(hù)即可獲得優(yōu)異材料性能，降低了超高性能混凝土的材料造價(jià)。與普通混凝土（以C60為例）相比，粗骨料活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度提高了2.8倍，抗拉強(qiáng)度提高4.5倍，彈性模量提高了1.5倍，徐變減小了3.5倍，克服了混凝土性能的諸多不足，是一種適宜于鋼-混組合梁的新材料。

（2） 首創(chuàng)了以粗骨料活性粉末混凝土為橋面板的粗骨料活性粉末混凝土組合梁結(jié)構(gòu)，利用粗骨料活性粉末混凝土強(qiáng)度高、彈模大的特點(diǎn)，減輕了結(jié)構(gòu)自重，提高了正負(fù)彎矩區(qū)的抗裂性能、結(jié)構(gòu)剛度及其抗彎壓穩(wěn)定性，減低了收縮自應(yīng)力及收縮次應(yīng)力，提高了主梁的極限承載力，減少了材料用量。橋面板厚度由傳統(tǒng)的27cm降低至17cm，單位重量由37.3t/m降低至27.7t/m，顯著改善結(jié)構(gòu)整體受力性能，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。

（3）提出了粗骨料活性粉末混凝土標(biāo)準(zhǔn)化拌合制度、標(biāo)準(zhǔn)化振搗工藝、橋面板制造工藝，確定了具體的工藝參數(shù)。研發(fā)了高精度、模塊化、多功能專(zhuān)用模具，該模具與鋼箱梁制造采用同一定位系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)制板形狀、外形尺寸的精度控制、快速拆模等功能，從源頭保證了預(yù)制板制造精度和鋼筋的連通;研發(fā)了兼顧工廠化生產(chǎn)和橋位施工的智能化拌合系統(tǒng)、數(shù)字化自動(dòng)布料機(jī)、陣列式數(shù)字化自動(dòng)振搗機(jī)、數(shù)字化自動(dòng)振搗整平機(jī)系列設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了橋面板生產(chǎn)、鋼-混疊合、橋位施工的自動(dòng)化、智能化，提高了施工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

依托南京江心洲長(zhǎng)江大橋工程建設(shè)，圍繞鋼-混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋建設(shè)技術(shù)開(kāi)展的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用，有效改善了組合梁斜拉橋的受力性能，提高了組合結(jié)構(gòu)的耐久性，提升了大跨徑橋梁建設(shè)的工業(yè)化、綠色化程度，降低了工程造價(jià)，推動(dòng)了大跨徑組合梁斜拉橋建設(shè)由建造型向制造型的轉(zhuǎn)變。

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（南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019）