超寬混合梁斜拉橋鋼箱梁懸臂拼裝施工關鍵技術

馬瓊鋒，嚴小衛(wèi)

(中交第二航務工程局有限公司第六分公司，湖北 武漢 430012)

為解決日益擁堵的交通問題，橋梁在設計規(guī)劃中加大通行能力，越來越多的雙向八車道橋梁開始出現(xiàn)；許多橋梁采用以正交異性結(jié)構的寬幅鋼箱梁為主的輕型主梁結(jié)構，鋼箱梁的主要安裝方法有支架浮吊吊裝法、頂推法、懸臂拼裝法等，而當橋梁跨越通行受限的運輸水域時，采用懸臂拼裝工藝無疑是一種比較理想的方法。然而對于寬幅鋼箱梁，在采用懸臂拼裝施工過程中，由于鋼箱梁各工序約束條件的變化，會導致梁段變形狀態(tài)有較大差異，鋼箱梁結(jié)合匹配難度大，因此在寬幅鋼箱梁懸臂吊裝過程中解決吊裝梁與成橋梁對正結(jié)合端成了重點和難點。

1 工程概況

廈漳同城大道三標西溪主橋位于福建省漳州龍海市，跨九龍江西溪，橋梁結(jié)構形式為獨斜塔扭背索斜拉橋，墩、塔、梁固結(jié)體系，跨徑組成為(88+200) m。邊跨為雙索面現(xiàn)澆混凝土PC梁結(jié)構，標準梁寬51 m，幾何高度4 m；主跨是準單索面單箱七室鋼箱梁結(jié)構，鋼箱梁寬度47 m，幾何高度4 m，主橋橋型布置如圖1所示。西溪主橋為目前世界橋面最寬的獨斜塔扭背索斜拉橋，受其外部環(huán)境的限制，選擇合理的鋼箱梁懸臂拼裝工藝成為該橋施工的關鍵。

圖1 西溪主橋橋型布置圖(單位:cm)

主跨鋼箱梁總計16個拼裝節(jié)段，其中1#鋼箱梁為鋼混結(jié)合段，與混凝土梁相接；2#～15#梁段為標準梁段；16#梁段為合龍段。梁段劃分如圖2所示。各梁段主要參數(shù)如表1所示。

圖2 鋼箱梁節(jié)段劃分(單位:cm)

表1 梁段主要參數(shù)

2 工程難點分析

(1) 橋位鄰近九龍江西溪入?？?，水位受潮汐影響最大潮差達到6.7 m，水流速度較大，平潮時間較短，對運梁船舶定位、梁段吊裝影響大。

(2) 塔梁墩固結(jié)現(xiàn)澆段采用鋼管支架法施工，固結(jié)段施工完成后，需要將1#梁段(鋼混結(jié)合段)吊裝至已搭設好的支架上，常規(guī)采用大型浮吊進行吊裝；但是受上下游已建成橋梁的通航凈空限制，大型水上起重設備無法進場，只能利用橋面吊機進行吊裝1#梁段，對橋面吊機有較高要求。

(3) 鋼箱梁梁寬達到47 m，斜拉索布置為準單索面，吊裝過程吊點和安裝后斜拉索吊點位置的不同會導致梁段橫橋向撓度不一致，現(xiàn)場安裝、匹配難度大。

(4) 受沿海環(huán)境影響，橋位處風力較大，施工環(huán)境對鋼箱梁焊接質(zhì)量有較大影響。

3 吊裝設備選擇

鋼箱梁節(jié)段最重的1#梁段吊重384.4 t，根據(jù)橋面寬度和吊裝重量，確定采用兩臺200 t橋面吊機；根據(jù)運梁船停放位置和1#梁段安裝位置，確定橋面吊機變幅機構變幅范圍為8.5～24 m。

鋼箱梁寬度為47 m，為保證每個節(jié)段鋼箱梁吊裝時橋面吊機位置的精確、便于施工中梁段匹配精度的控制，特為橋面吊機增加了橫移裝置，當橋面吊機行走過程中出現(xiàn)偏位時可以及時調(diào)整，能夠有效控制節(jié)段安裝精度。

1#梁段、16#梁段及2#～15#標準梁段重心位置不同，為了保證梁段吊裝過程中的平衡和縱坡的調(diào)整，根據(jù)不同梁段吊裝時的重心位置，在吊具上開設了對應的扁擔梁連接孔，同時在吊具上安裝了調(diào)節(jié)油缸以微調(diào)梁段縱坡。吊具與鋼箱梁吊點之間采用鋼絲繩圈聯(lián)系，吊裝時即使水流速度較大影響運梁船的精確定位，也能順利實現(xiàn)吊具與鋼箱梁吊點之間的連接。

4 施工工藝

根據(jù)橋梁結(jié)構特點和施工環(huán)境條件，確定施工工藝流程如下：1#梁段吊裝→鋼混結(jié)合段混凝土澆筑→2#梁段吊裝→檢查車安裝→3#～14#梁段吊裝→16#梁段吊放在支架上→15#梁段吊裝→16#梁段回移、安裝。

4.1 1#梁段(鋼混結(jié)合段)吊裝

1#梁段(鋼混結(jié)合段)支架采用鋼管支架，支架搭設完成后在對應鋼箱梁腹板位置放置好三向千斤頂。運梁船就位后下放橋面吊機吊具、利用吊具的鋼絲繩圈連接鋼箱梁吊點。各吊點可靠連接后兩臺橋面吊機同步、緩慢提升梁段，待梁底脫離運梁船1 m左右時撤出運梁船。橋面吊機繼續(xù)提升梁段至梁底高出支架頂面1 m左右時通過變幅機構調(diào)整，將梁段逐漸移動到支架上方，施工過程中要保證梁底與支架之間有足夠的空間避免碰撞(圖3)。

梁段位置調(diào)整到設計位置后下放梁段，使其落在支架上方的三向千斤頂上，然后解除與橋面吊機的聯(lián)系。測量梁頂面各控制點坐標、標高，利用三向千斤頂對梁段進行精確調(diào)整、定位，同時調(diào)整梁底臨時鋼支墩標高，待梁段調(diào)整好之后將荷載轉(zhuǎn)移到鋼支墩上，并將鋼箱梁、鋼支墩和支架進行焊接固定，防止鋼混結(jié)合段混凝土澆筑時鋼箱梁發(fā)生位移。

圖3 1#梁段吊裝示意圖

1#梁段調(diào)整、固定之后，施工鋼混結(jié)合段聚丙烯微膨脹混凝土及預應力，完成1#梁段安裝。

4.2 標準梁段吊裝

標準梁段吊裝過程中，待安裝的n#梁段和已安裝的(n-1)#梁段受力狀態(tài)有較大差異：n#梁段支撐點為吊裝時的吊點，兩吊點橫橋向間距為21.15 m；(n-1)#梁段支撐點為對應的斜拉索，斜拉索在鋼箱梁上的錨固點橫橋向間距為3.9 m，橋面吊機1 470 kN自重荷載分布在鋼箱梁兩側(cè)，橋面吊機重心橫橋向間距為21.15 m。

待安裝梁段和已安裝梁段間變形狀態(tài)的差異導致現(xiàn)場匹配難度較大，現(xiàn)場按照圖4中①→⑤的順序從剛度最大的位置開始分區(qū)進行匹配，將匹配度差異逐步縮小。在鋼箱梁加工時腹板端部預留20 cm不與頂?shù)装搴附?，待梁段匹配完成后在現(xiàn)場進行焊接，這樣既能減小梁段間接口處剛度，又能夠提高腹板匹配精度。

圖4 梁段間匹配順序示意圖

橋面吊機定位精度偏差導致的梁段橫向偏位，在梁段初步就位后可以利用手拉葫蘆進行橫向調(diào)整；縱坡可以利用吊具上的調(diào)節(jié)油缸進行調(diào)整。

鋼箱梁粗匹配完成后利用碼板進行板縫間精匹配，調(diào)整局部板縫高差控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，然后進行節(jié)段間焊接。頂、底板及腹板焊接時首先粘貼陶瓷襯墊，打底焊按照焊接工藝評定要求采用二氧化碳氣體保護焊。頂板焊接時為避免風吹影響焊接質(zhì)量，采用防風罩進行擋風處理。頂板蓋面采用埋弧自動焊，保證焊縫平順一致。

4.3 頂推合龍施工

2#～14#梁段及對應斜拉索安裝完成之后，先吊放16#梁段到臨時支架上，并將梁段向邊墩做適當?shù)钠疲缓蟀凑諛藴柿憾问┕すに嚵鞒掏瓿?5#梁段匹配、安裝，并進行對應斜拉索張拉。

待15#梁段施工完成后，對合龍口寬度進行48 h連續(xù)觀測，確定合龍口寬度隨氣溫變化的情況，以此確定16#梁段配切長度、切除16#梁段預留的調(diào)節(jié)長度，在夜間氣溫較穩(wěn)定時段利用16#梁段下方的三向千斤頂將16#梁段調(diào)整至設計位置，與15#梁段進行匹配、焊接，實現(xiàn)合龍施工。

4.4 檢查車安裝

橋梁檢查車廠內(nèi)加工完成后分節(jié)段運輸至橋位，在已拼裝鋼箱梁懸臂前端進行組裝后安裝臨時軌道，利用橋面吊機下放至待吊3#梁段上；提升3#梁段，檢查車隨梁段一起提升至已安裝2#梁段下方；橋面吊機做變幅，使臨時軌道與2#梁段已安裝的軌道靠近，利用手拉葫蘆微調(diào)精準對接后對臨時軌道進行固定，然后檢查車向2#梁段移動至永久軌道，完成檢查車安裝。

5 結(jié)語

西溪主橋鋼箱梁懸臂拼裝施工過程中通過研發(fā)中國最大變幅橋面吊機、采用小位移頂推合龍工藝，解決了大型吊裝設備無法進場等條件受限地區(qū)大噸位、大寬度整寬鋼箱梁的吊裝、合龍問題；采取可靠的焊接工藝、制定簡便有效的檢查車安裝方案等一系列技術措施，保證了鋼箱梁的安裝質(zhì)量和安裝效率，順利實現(xiàn)了橋梁的施工，整套工藝應用效果好，可為類似工程施工提供一定的借鑒和參考。