陳茂濤

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司，重慶 400065）

0 引言

斜拉橋具有跨度大、通航能力強(qiáng)和美觀的特點(diǎn)，在跨越大江、大海和深溝大壑中應(yīng)用較廣泛，其中鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)憑借自重輕、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)在斜拉橋中廣泛使用。然而，斜拉橋鋼箱梁具有跨度大、幅寬、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、焊接易變形、施工精度要求高、構(gòu)件尺寸大的特點(diǎn)，無形中加大了施工難度。為解決各種情況下的施工難題，眾多工程師、專家和學(xué)者進(jìn)行了長期和深入的研究。楊勇等［1］提出了塔周梁段采用不對(duì)稱安裝工藝，即先搭設(shè)中、邊跨不對(duì)稱支架，利用大型履帶吊進(jìn)行墩頂（0號(hào)梁段）、邊跨側(cè)（S1～S3號(hào)梁段）及中跨側(cè)起始梁段（C1號(hào)梁段）安裝，再拼裝橋面吊機(jī)和提梁站，利用橋面吊機(jī)懸臂安裝中跨側(cè)后2個(gè)梁段（C2號(hào)、C3號(hào)梁段）。殷緒敏［2］提出了采用三節(jié)段濕接縫滯后澆筑施工工藝，解決了高速公路大跨徑疊合梁斜拉橋項(xiàng)目工期緊張的問題。孫國亮等［3］介紹了斜拉橋鋼梁的現(xiàn)場施工特點(diǎn)和整體落架施工技術(shù)和工藝。韓國明［4］、龐維新［5］提出了基于鋼箱疊合梁支架法安裝施工技術(shù)條件下，如何使鋼箱梁滿足設(shè)計(jì)要求，研究了主梁安裝施工方法、順序與工藝。但上述的研究基本都是在邊節(jié)段梁體安裝邊斜拉索施工，而本文的研究是在主塔墩身施工嚴(yán)重滯后不具備斜拉索安裝承擔(dān)應(yīng)力條件下，采用支架法進(jìn)行的大跨度、幅寬的鋼混疊合梁安裝技術(shù)。

1 工程概況

西村港跨海大橋位于廣西北海市境內(nèi)，是連接鐵山港新城、海洋新城和銀灘新城的重要干線工程。橋梁包含東引橋、主橋、西引橋3個(gè)部分，全長1 775.8 m，其主橋采用（38.9+70+238+70+38.9）m雙塔雙索面斜拉橋，雙向6車道，主梁為鋼混疊合梁，20#、21#主塔采用國內(nèi)罕見的大傾角空間寶石形索塔，19#、22#墩為過渡墩，18#、23#墩為邊墩，其主橋成型效果如圖1所示。

圖1 主橋成型效果圖

西村港跨海大橋位于淺灘出海口處，受潮水漲落影響明顯，漲潮期間常被海水淹沒，低潮位時(shí)灘涂區(qū)域出現(xiàn)。其中，漲潮時(shí)橋位處潮位標(biāo)高約3.0 m，縱向海床標(biāo)高為 -0.65～1.1 m，航道處最深可達(dá) -1.5 m；低潮位時(shí)水位為-0.85 m，此時(shí)海面僅寬150 m。橋位巖土成分主要為第四紀(jì)沖、洪積及濱海沉積作用形成的黏土、粉質(zhì)黏土和砂類土［6］。

主橋梁體主要由兩大部分組成，一是采用Q345qD鋼材全焊結(jié)構(gòu)的鋼箱梁，二是采用C55混凝土的橋面板結(jié)構(gòu)，并設(shè)置縱向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束。其中，鋼箱梁由縱梁、橫梁、小縱梁共同焊接組成梁格體系，具體為“2片箱形斷面主縱梁+‘I’字形小縱梁+橫梁”，主縱梁中心間距為 35.14 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長 10 m，錨跨部分節(jié)段長 7.5 m ；縱梁、過渡墩位置處端橫梁的橫截面為箱形，小縱梁及其他橫梁的橫截面為“工”字形；鋼箱形主縱梁由鋼錨箱、風(fēng)嘴及腹板組成，索梁錨固采用外置鋼錨箱形式，即鋼錨箱焊接在箱型主縱梁外腹部側(cè)。橋面板采用先分塊預(yù)制后現(xiàn)場逐塊組裝再在濕接縫連接現(xiàn)澆的施工工藝，其中橋面板通過剪力釘與主縱梁、小縱梁、橫梁連接固定。鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2所示。

圖2 主橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖 （單位：mm）

2 鋼混疊合梁施工總體方案

由于某些原因，鋼混疊合梁施工前主塔墩施工滯后，現(xiàn)場不具備逐節(jié)段鋼箱梁安裝、吊索安裝及張拉的循環(huán)順序施工條件。為實(shí)現(xiàn)按期通車，經(jīng)研討，形成先簡支梁橋后斜拉橋的施工方案，即通過搭設(shè)鋼支墩形成鋼箱梁臨時(shí)墩，然后利用吊機(jī)在臨時(shí)鋼支墩上逐次安裝鋼箱梁、橋面板，再選擇合適時(shí)機(jī)進(jìn)行合龍與張拉，形成穩(wěn)定的簡支梁橋，最后將主塔與鋼錨箱之間逐次安裝吊索并張拉，形成斜拉橋，拆除梁體下方臨時(shí)支架［7-10］。

考慮到鋼箱梁具有跨度大、幅寬、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及焊接易變形等情況，對(duì)梁體幾何精度影響較大；同時(shí)，考慮橋梁存在長大桿件，以及橋位周邊環(huán)境與場地布置、交通狀況復(fù)雜等綜合狀況，其運(yùn)輸難度大，決定采用“廠內(nèi)加工+現(xiàn)場拼裝”模式進(jìn)行施工。其中，構(gòu)件均在工廠內(nèi)完成下料、板單元制造、桿件拼焊，防腐涂裝完成后分批發(fā)往施工現(xiàn)場存放和組裝，然后在橋位處按照設(shè)計(jì)的節(jié)段單元塊依次進(jìn)行拼裝［11-12］。為克服淺灘潮汐給船運(yùn)造成的影響，利用臨時(shí)棧橋作為施工運(yùn)輸通道［13-14］。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)及工藝

3.1 鋼箱梁制造工藝

鋼混疊合梁的主要鋼構(gòu)件如主縱梁節(jié)段、橫梁節(jié)段、小縱梁節(jié)段、風(fēng)嘴節(jié)段等均在工廠內(nèi)制造。其中，主縱梁、加強(qiáng)橫梁及風(fēng)嘴為箱形結(jié)構(gòu)，主要由頂?shù)装鍐卧?、腹板單元、隔板單元組成，主縱梁之間、主縱梁與橫梁及主縱梁與風(fēng)嘴之間均采用焊接形式連接；小縱梁、壓重區(qū)縱梁及橫梁為焊接組合型“工”字梁，由于“工”形橫梁長度為32.340 m，橫梁按二次拋物線設(shè)置25 mm的預(yù)拱度且長度超出了陸運(yùn)運(yùn)輸條件，需合理劃分節(jié)段后再組拼焊接成3個(gè)小節(jié)段，本梁劃分節(jié)段分別為8.685 m、14.97 m和8.685 m，在頂?shù)装鍞帱c(diǎn)成“Z”字形并錯(cuò)開20 cm，最后發(fā)運(yùn)工地進(jìn)行原位總拼成整體。制造工藝流程如下。

縱梁加工工藝流程：鋼板預(yù)處理→零部件下料、數(shù)控切割→零部件加工→板單元件制作→在專用臺(tái)架上進(jìn)行桿件總拼→箱體組裝、焊接與變形控制→噴砂打磨、涂裝→批次發(fā)運(yùn)。

工型橫梁制造工藝流程：計(jì)算機(jī)放樣→零部件下料、數(shù)控切割、矯正→腹板、邊緣及坡口加工→在胎架上進(jìn)行零部件組裝→組裝和焊接→除銹涂裝→編號(hào)、轉(zhuǎn)運(yùn)、發(fā)運(yùn)。

工型橫梁組裝焊接工藝流程：在胎架上鋪設(shè)腹板單元→拼裝頂板、底板在胎架上完成主焊縫焊接→組裝加勁板等完成所有焊縫后進(jìn)行桿件矯正、檢驗(yàn)→檢驗(yàn)合格后進(jìn)行編號(hào)。

在鋼構(gòu)件加工前，應(yīng)仔細(xì)審核設(shè)計(jì)圖紙，建立三維BIM模型進(jìn)行分析，確認(rèn)無任何問題的方可進(jìn)行零部件下料；在零部件焊接前，還應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。同時(shí)，為了保證橫梁的整體尺寸精度，廠內(nèi)制造時(shí)采取分別組裝，單根橫梁整體試拼、整體檢驗(yàn)，合格后再拆分成運(yùn)輸節(jié)段進(jìn)行運(yùn)輸。此外，出廠前應(yīng)對(duì)鋼箱梁各構(gòu)件進(jìn)行全焊縫探傷試驗(yàn)檢測與質(zhì)量驗(yàn)收，消除質(zhì)量缺陷，必要時(shí)進(jìn)行整改、返修和處治。

3.2 鋼箱梁涂裝工藝

鋼箱梁的防腐涂裝，首先對(duì)鋼板進(jìn)行校平等預(yù)處理，然后進(jìn)行二次噴砂打磨處理，最后按層進(jìn)行防腐材料涂裝。對(duì)涂裝的效果檢驗(yàn)需配備磁性測厚儀、拉拔儀和粗糙度測量儀，確保涂膜厚度滿足設(shè)計(jì)要求，漆膜外觀要均勻、平整，不能有氣泡、裂紋、流掛、脫落等缺陷。

鋼箱梁防腐涂裝前，應(yīng)根據(jù)施工位置核對(duì)使用涂料的種類、名稱，多組分涂料要明確摻配比例，待均勻攪拌、熟化后使用，但不得超期使用。為防止影響構(gòu)件焊接質(zhì)量，需現(xiàn)場焊接處可事先不進(jìn)行涂裝。鋼構(gòu)件在轉(zhuǎn)運(yùn)和安裝過程中，有較大面積損壞的涂裝體系應(yīng)進(jìn)行打磨補(bǔ)涂，有大面積損傷的必須重新噴砂按層修補(bǔ)，若條件不允許，經(jīng)打磨St3級(jí)，再按相應(yīng)涂裝體系進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)局部小面積損傷部位，則可采用人工打磨后進(jìn)行逐層補(bǔ)涂。

3.3 構(gòu)件的運(yùn)輸與存放

3.3.1 包裝、運(yùn)輸

在廠內(nèi)完成鋼構(gòu)件的下料、局部組裝、焊接、調(diào)校、預(yù)拼裝及除銹、涂裝等工序，然后對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行包裝，然后經(jīng)過公路運(yùn)輸至北海市西村港跨海大橋總拼裝現(xiàn)場。

包裝應(yīng)在涂層干燥后進(jìn)行，包裝和運(yùn)輸過程應(yīng)保證各構(gòu)件不出現(xiàn)變形、損壞和散失。細(xì)而長的工形構(gòu)件采用框架捆裝，且構(gòu)件之間應(yīng)加墊層；長而大截面工形構(gòu)件可不包裝，但在吊裝和支墊處應(yīng)進(jìn)行防護(hù)。

3.3.2 存放

鋼構(gòu)件運(yùn)輸至大橋總拼裝現(xiàn)場后，在現(xiàn)場將鋼箱梁節(jié)段組裝焊接成吊裝節(jié)段，然后將鋼箱梁節(jié)段轉(zhuǎn)運(yùn)至橋位處進(jìn)行安裝就位。

鋼構(gòu)件采取集中堆放，堆放前應(yīng)做好場地規(guī)劃布置，滿足長大構(gòu)件裝卸和運(yùn)輸條件；堆放中要保證場區(qū)內(nèi)道路通暢。同時(shí)，場地應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整且通風(fēng)、排水效果良好，其支承處應(yīng)有足夠的承載力，不允許在鋼構(gòu)件上方存放零部件等荷載。

3.3.3 現(xiàn)場轉(zhuǎn)運(yùn)

鋼構(gòu)件運(yùn)輸及場地存貯時(shí)，需按拼裝、吊運(yùn)順序合理編排位置。運(yùn)輸時(shí)配備8臺(tái)200 t輪胎式運(yùn)梁臺(tái)車，一次最大轉(zhuǎn)運(yùn)能力為1 600 t。滿足工廠到現(xiàn)場、現(xiàn)場到橋下的轉(zhuǎn)運(yùn)，并由全回轉(zhuǎn)式吊機(jī)吊裝至臨時(shí)支架處進(jìn)行拼裝。

為保證物料順利轉(zhuǎn)運(yùn)至施工現(xiàn)場，還需設(shè)置臨時(shí)鋼棧橋作為聯(lián)絡(luò)通道。具體設(shè)置如下：沿大橋方向鋪設(shè)臨時(shí)鋼棧橋一座，棧橋均采用“鋼管柱+貝雷梁”結(jié)構(gòu)形式，主棧橋設(shè)計(jì)荷載不小于80 t，支棧橋荷載不小于100 t。棧橋?qū)? m，并在各橋墩處垂直于主棧橋單側(cè)修建支棧橋，其中主塔墩沿墩周設(shè)置一圈8 m寬的支棧橋，主橋邊墩及過渡墩一側(cè)設(shè)6 m寬的支棧橋。其中，主棧橋是鋼箱梁桿件從大橋總拼裝場運(yùn)到待架梁位的運(yùn)輸通道及停放平臺(tái)，主塔墩順橋向兩側(cè)加寬、加強(qiáng)、支棧橋是塔區(qū)梁段大噸位履帶吊行走通道及站位吊裝平臺(tái)，針對(duì)大噸位構(gòu)件吊裝位置還需單獨(dú)做加寬和加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

3.4 臨時(shí)支架

臨時(shí)支架由墩旁支架、輔助支架和臨時(shí)墩等組成，支架總體平面布置如圖3所示。

圖3 支架總體平面布置圖 （單位：mm）

3.4.1 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)

（1）墩旁支架。在20#、21#主塔墩旁采用壁厚10 mm、管徑630 mm的鋼管樁進(jìn)行支撐，在樁帽上放置橫向分配梁或縱向分配梁，并在分配梁上方設(shè)置墊塊方便高度調(diào)整，主縱梁處鋼管樁上還設(shè)置滑道梁及滑塊進(jìn)行鋼梁拖拉操作，鋼管樁與主塔墩間采用I25a“工”字鋼進(jìn)行水平連接，其余部分連接采用壁厚8 mm、管徑325 mm的鋼管進(jìn)行連接。斜向鋼管樁頂部采用鋼板焊接加強(qiáng)。

（2）輔助支架。19#、22#過渡墩設(shè)置輔助支架也采用壁厚10 mm、管徑630 mm的鋼管樁，鋼管樁上方放置橫向一級(jí)分配梁，分配梁上方放置高度調(diào)整墊塊。順橋向、橫橋向鋼管樁之間采用雙拼［20a槽鋼進(jìn)行連接。

（3）臨時(shí)墩。在邊墩18#～23#墩及墩旁支架之外順橋向?qū)ΨQ設(shè)置臨時(shí)墩，并利用鋼箱梁梁段自身強(qiáng)度、剛度優(yōu)勢輔助全回轉(zhuǎn)吊機(jī)進(jìn)行安裝。臨時(shí)墩采用4根壁厚為12 mm、管徑為820 mm的鋼管樁進(jìn)行支撐，順橋向、橫橋向鋼管樁之間采用雙拼［20a槽鋼進(jìn)行連接，其鋼管樁上層依次放置順橋向、橫橋向的兩層分配梁，分配梁上方有調(diào)整墊板。

3.4.2 臨時(shí)支架施工

主跨部位拼裝支架采用4個(gè)班組同時(shí)施工，左右兩邊同時(shí)進(jìn)行，即中跨采用主塔相向順序施工；次跨及邊跨采用主塔向過渡墩再向邊墩的順序進(jìn)行施工，邊向前推進(jìn)邊形成施工平臺(tái)，直至推進(jìn)到邊墩。臨時(shí)墩鋼管樁每4根一組，采用履帶吊配45型或60型電動(dòng)振動(dòng)樁錘進(jìn)行插打，插打前用全站儀檢查樁位及傾斜度，符合要求后啟動(dòng)電動(dòng)振動(dòng)樁錘進(jìn)行鋼管樁插打，并嚴(yán)密監(jiān)控管樁樁位和傾斜度，完樁后位移偏差小于10 cm，傾斜度不超過1%［4］。

3.5 鋼箱梁安裝

主塔墩第2節(jié)段施工后同步施工鋼箱梁。主塔墩40 m范圍內(nèi)鋼箱梁吊裝采用履帶吊進(jìn)行安裝，其余部位采用全回轉(zhuǎn)式吊機(jī)進(jìn)行吊裝。橋面回轉(zhuǎn)吊機(jī)安裝調(diào)試完成后，在主塔墩兩側(cè)對(duì)稱、同步進(jìn)行鋼箱梁梁段的懸臂吊裝工作。吊裝具體工藝如下：回轉(zhuǎn)吊機(jī)扁擔(dān)梁連接鋼箱梁吊耳，然后主塔墩兩側(cè)、橫橋向兩側(cè)同步對(duì)稱起吊，定位梁段，環(huán)縫焊接，吊機(jī)前移循環(huán)施工，最后擇機(jī)合龍。

施工過程中應(yīng)確保橋梁的成橋線性，主要包括梁體中線、高程和梁長、梁寬等。影響中線的主要因素是溫差、焊縫收縮和風(fēng)荷載等；高程與梁體自重相關(guān)，經(jīng)建模分析梁體沉落量，最終確定施工過程中梁體預(yù)抬高30 mm；主梁長度與預(yù)制精度、安裝節(jié)段的壓縮量值計(jì)算相關(guān)，根據(jù)確定的合龍溫度進(jìn)行合龍段鋼箱梁加工。同時(shí)，施工中應(yīng)加強(qiáng)位移和應(yīng)力監(jiān)測，特別是在落梁架設(shè)過程中，拱肋肯定會(huì)發(fā)生變形，此外應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測拱肋在落梁架設(shè)過程中的應(yīng)力變化，若實(shí)際應(yīng)力與理論值相差較大，應(yīng)及時(shí)查找原因并調(diào)整使之達(dá)標(biāo)。

3.6 橋面板預(yù)制與安裝

主橋橋面板主要采用平板和倒凹形槽板兩種類型，在橋頭預(yù)制場內(nèi)預(yù)制，棧橋運(yùn)輸至橋位利用全回轉(zhuǎn)吊機(jī)進(jìn)行組拼，然后張拉壓漿。主橋共計(jì)梁板22種556塊，單塊最大重量為20.44 t，其預(yù)制混凝土采用C55高性能海工混凝土，現(xiàn)澆段采用UHPC超高性能混凝土。具體梁板參數(shù)如下：板長 7.735 m，板寬 1.285～3.16 m，板厚分 0.24 m和0.29 m兩種。橋面板采用預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，預(yù)制時(shí)在板內(nèi)預(yù)留縱向預(yù)應(yīng)力孔洞，單塊板預(yù)應(yīng)力束為1～9束，待安裝完成后進(jìn)行張拉和壓漿工作。

4 結(jié)語

（1）西村港跨海大橋位于海灣灘涂區(qū)，鋼箱梁整節(jié)段（散件）水運(yùn)受淺灘、潮汐影響，施工工效較低，采取合理劃分節(jié)段，優(yōu)化組拼工藝，通過棧橋運(yùn)輸，彌補(bǔ)了水運(yùn)的不利影響。

（2）鋼箱梁采用建立三維BIM模型，工廠精密制造、分段焊接，再到現(xiàn)場鋼箱梁組拼，其加工精度高、施工進(jìn)度快，工藝滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（3）采用橋位支架法進(jìn)行邊跨、中跨鋼箱梁拼裝，即墩旁支架之外順橋向?qū)ΨQ搭設(shè)臨時(shí)墩，并在主塔墩第2節(jié)段之后節(jié)段與鋼箱梁同步施工，利用高大鋼箱梁梁段自身強(qiáng)度剛度輔助全回轉(zhuǎn)吊機(jī)進(jìn)行節(jié)段架設(shè)，然后安裝橋面板，直至邊跨安裝完成或跨中合龍，實(shí)現(xiàn)了鋼混疊合梁與主塔墩同步平行施工目的，節(jié)約了工期。