西江特大橋混合梁斜拉橋鋼箱梁架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

徐興國(guó)

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司 湖北襄陽(yáng) 441104）

1 工程概況

新建南沙港鐵路位于珠江三角洲中部地區(qū)，途經(jīng)江門(mén)、中山、佛山及廣州四市，為時(shí)速120 km的雙線貨車(chē)線。南沙港鐵路西江特大橋主橋采用（2×57.5＋172.5＋600＋4 ×57.5）m 鋼箱混合雙主梁等高塔斜拉橋，主跨600 m，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)1 118.7 m，見(jiàn)圖1。

圖1 主橋立面圖

主梁由混凝土箱梁和鋼箱梁兩部分組成，小里程鋼－混分界點(diǎn)位于邊跨，距156＃墩172.5 m位置，距離輔助墩10.5 m。大里程鋼－混分界點(diǎn)位于600 m主跨，距P157＃橋塔26 m位置。兩處鋼－混結(jié)合段之間采用鋼箱梁，兩側(cè)邊跨采用混凝土箱梁。主橋鋼箱梁共54個(gè)節(jié)段，編號(hào)依次為：鋼－混結(jié)合段、26＃～29＃大節(jié)段、L0＃節(jié)段、L1～L24標(biāo)準(zhǔn)段、中跨合龍段、R24～R3標(biāo)準(zhǔn)段、鋼－混結(jié)合段，布置如圖2所示。

圖2 西江特大橋跨西江主橋鋼箱梁位置

172.5 m 邊跨鋼箱梁（26＃～29＃）由 4 個(gè) 36 m長(zhǎng)大節(jié)段組成，P156＃塔頂 L0＃節(jié)段長(zhǎng)20 m，L1～L24、R24～R3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)12 m，中跨合龍段長(zhǎng)4 m。鋼－ 砼結(jié)合段重約 348.3 t，最大節(jié)段重約 686.5 t，其他最大標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段重約244.7 t。

鋼箱梁截面外輪廓尺寸與混凝土箱梁相同，為單箱五室，中間三室與混凝土主梁三室相對(duì)應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖3所示。鋼箱梁頂板、底板厚18～28 mm，中縱腹板厚20～28 mm，邊縱腹板厚32 mm；預(yù)板縱向設(shè)V型加勁肋及U型加勁肋，V型板厚10 mm，U型板厚14 mm，間距600 mm。底板縱向均采用U型加勁肋，板厚8 mm，間距800 mm。

圖3 西江特大橋跨西江主橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：cm）

2 工程建設(shè)難點(diǎn)和總體施工方案

2.1 工程建設(shè)難點(diǎn)

（1）主跨600 m混合梁斜拉橋上部結(jié)構(gòu)主梁采用鋼－混結(jié)合梁的形式，其中在P156＃主塔小里程處鋼箱梁采用4×36 m大節(jié)段鋼箱梁結(jié)構(gòu)，156＃主塔L0＃塊為20 m整節(jié)段鋼箱梁，施工需要采用大型浮吊于主橋上游進(jìn)行鋼箱梁節(jié)段吊裝。吊重大，并且吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)較大，大型浮吊位于主橋上游，對(duì)起吊船拋錨定位、鋼箱梁運(yùn)輸?shù)仁┕そM織提出很大挑戰(zhàn)。

（2）主跨采用12 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁，每節(jié)段鋼箱梁最大吊重220 t左右，吊裝高度26 m，大懸臂施工時(shí)受風(fēng)力影響較大，鋼箱梁吊裝困難、拼裝精度及線形控制要求高且鋼梁拼裝焊接質(zhì)量要求較高。

（3）受自然環(huán)境因素影響較大；鋼箱梁施工位于臺(tái)風(fēng)期，避免臺(tái)風(fēng)天氣下鋼箱梁吊裝作業(yè)，并對(duì)鋼箱梁吊裝及安裝過(guò)程必須采取防臺(tái)風(fēng)措施。

（4）跨西江600 m混合梁斜拉橋下游約45 m處為廣中江高速公路西江水道橋，該橋主跨400 m，其中一側(cè)索塔與本橋156＃索塔沿巷道平齊相鄰，2座斜拉橋相鄰較近，大型浮吊吊裝等施工時(shí)存在一定干擾。

（5）跨越西江水域繁忙。西江水域?qū)儆贗級(jí)航道，每天通行船只較多，施工過(guò)程中對(duì)航道維護(hù)工作較為突出。同時(shí)對(duì)橋梁大型吊裝、懸臂拼裝等作業(yè)影響較大。

（6）施工工期緊張。斜拉橋?yàn)槿€控制性工程，工期控制較為緊張。鋼箱梁施工在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)、管理等方面必須要求超前謀劃，精細(xì)化管理。

2.2 總體施工方案

西江特大橋跨西江主橋鋼箱梁架設(shè)采用“大節(jié)段鋼箱梁浮吊滑移就位＋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁橋面吊機(jī)懸臂架設(shè)＋中跨適時(shí)適溫合龍”的總體方案。鋼箱梁制作采用工廠內(nèi)加工，按施工計(jì)劃依次運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。其中鋼混段、26?！?9＃大節(jié)段、L0＃節(jié)段利用1 000 t浮吊＋滑移進(jìn)行安裝，精調(diào)就位后，與相鄰節(jié)段焊接固定。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段中，L1、R3、R4、R5段的鋼箱梁同樣利用1 000 t浮吊吊裝＋滑移的方式安裝，其余的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁均采用運(yùn)輸船浮運(yùn)至橋下，在橋面上設(shè)置2臺(tái)BL230型橋面吊機(jī)對(duì)稱(chēng)懸拼施工［1－4］。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 大節(jié)段鋼箱梁浮吊滑移就位關(guān)鍵技術(shù)

鋼箱梁支架基礎(chǔ)采用φ820×10 mm鋼管樁，水中部分采用打樁船完成插打，陸上部分采用履帶吊配合液壓振動(dòng)錘激震鋼管樁下沉。鋼管柱插打完成后用鋼管柱接高至設(shè)計(jì)高程，其上安裝3HM588×300型鋼作為承重梁，承重梁上鋪裝 25a工字鋼作為調(diào)平平臺(tái)。調(diào)平平臺(tái)上面采用φ609×16 mm鋼管作為支撐立柱，立柱間采用2 20a槽鋼作為上部結(jié)構(gòu)連接系。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，在進(jìn)行IV＃大節(jié)段（29＃大節(jié)段）鋼箱梁、L0＃節(jié)段鋼箱梁、R3＃節(jié)段鋼箱梁、R4＃節(jié)段鋼箱梁吊裝時(shí)，受承臺(tái)圍堰位置或河床深度等因素影響，鋼箱梁無(wú)法一次吊裝到位，需要借助滑道進(jìn)行鋼箱梁頂推施工［5－6］。

根據(jù)鋼箱梁截面特性，橫斷面在支架頂布置間距為4.6 m的兩道縱移滑道，滑道沿梁長(zhǎng)度方向分節(jié)設(shè)置。滑塊底部安裝四氟板，滑道頂面布設(shè)不銹鋼板，利用螺栓緊固。通過(guò)在滑道上設(shè)置反力架，利用千斤頂對(duì)稱(chēng)同步牽引滑塊在滑道上移動(dòng)，達(dá)到鋼箱梁滑動(dòng)的目的，見(jiàn)圖4。

圖4 鋼箱梁滑移施工示意

鋼箱梁吊裝到支架后，通過(guò)滑塊及穿心千斤頂組成的滑移系統(tǒng)進(jìn)行橫移就位。根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，滑塊的動(dòng)摩擦系數(shù)約為0.08，采用穿心千斤頂進(jìn)行拖拉?；七^(guò)程中隨時(shí)觀測(cè)鋼箱梁偏位情況，發(fā)現(xiàn)偏位及時(shí)糾正。

每節(jié)梁段橫隔板底部設(shè)置4個(gè)支撐墊墩，墊墩旁邊布置精調(diào)千斤頂，千斤頂可實(shí)現(xiàn)鋼箱梁平面位置及高程的調(diào)整。通過(guò)觀測(cè)及精調(diào)，完成節(jié)段定位后對(duì)千斤頂進(jìn)行卸壓，并由支撐墊墩承受鋼箱梁節(jié)段豎向荷載。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁橋面吊機(jī)懸臂架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

橋面吊機(jī)由承重主桁、走行機(jī)構(gòu)、后錨固裝置、前支點(diǎn)裝置、起升機(jī)構(gòu)、吊具以及縱向調(diào)位裝置組成。組裝前檢查各構(gòu)件是否滿足使用要求，然后再在組裝場(chǎng)地進(jìn)行橋面吊機(jī)主承重結(jié)構(gòu)（菱形起重架）組裝。組裝場(chǎng)組裝完成后，裝船運(yùn)輸至橋位處，然后采用1 000 t浮吊整體一次性吊裝安裝到位。安裝檢查合格后進(jìn)行載荷試驗(yàn)，驗(yàn)證橋面吊機(jī)的主要技術(shù)性能。

3.2.1 節(jié)段運(yùn)輸

鋼箱梁節(jié)段裝船時(shí)，用2 000 t龍門(mén)吊將梁段平穩(wěn)吊起，按預(yù)先排定的位置將梁段擺放在運(yùn)輸船托架上。為便于鋼箱梁節(jié)段在運(yùn)輸船上固定綁扎及超寬或橋位吊裝時(shí)梁段相碰，節(jié)段按梁長(zhǎng)方向與船身縱向垂直。為使鋼箱梁在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中穩(wěn)固，保證運(yùn)輸安全，對(duì)鋼箱梁同時(shí)采用軟加固與硬加固相結(jié)合的方式進(jìn)行加固。

3.2.2 起吊

當(dāng)運(yùn)輸船就位拋錨后，將橋面吊機(jī)吊具落至鋼箱梁節(jié)段頂部上方，吊具吊鉤在鋼箱梁頂50 cm左右。根據(jù)箱梁節(jié)段上的臨時(shí)吊點(diǎn)與橋面吊機(jī)吊鉤位置對(duì)運(yùn)輸船進(jìn)行精確定位，確保橋面吊機(jī)吊鉤順利連接吊點(diǎn)。吊鉤與吊點(diǎn)連接完成后，啟動(dòng)橋面吊機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)，使吊具吊鉤受力。過(guò)程中檢查鋼絲繩是否垂直，并檢查吊點(diǎn)連接，確認(rèn)無(wú)誤后方可起吊。

起吊時(shí)利用電子秤分級(jí)加載，使箱梁節(jié)段上、下游端保持平衡。在鋼箱梁節(jié)段被吊離運(yùn)輸船時(shí)檢查其是否處于水平狀態(tài)，若不水平，則要將鋼箱梁節(jié)段落至運(yùn)輸船上，調(diào)節(jié)吊具絲桿，使鋼箱梁節(jié)段吊起時(shí)處于水平狀態(tài)。當(dāng)鋼箱梁節(jié)段起吊，要離開(kāi)運(yùn)輸船時(shí)，緩慢加速，使鋼箱梁節(jié)段能夠迅速離開(kāi)船體，避免運(yùn)輸船因載荷減小隨水流晃動(dòng)而與箱梁節(jié)段相撞。

3.2.3 對(duì)位

為了防止待吊裝節(jié)段與已拼裝梁段發(fā)生碰撞，應(yīng)留置10 cm水平距離。鋼箱梁節(jié)段起吊至橋面時(shí)100 cm時(shí)，減緩速度直至起吊節(jié)段比橋面略低20 cm，然后用兩只10 t手拉葫蘆水平牽引，并用橋面吊機(jī)大鉤使箱梁輪廓對(duì)齊已拼裝梁段截面。對(duì)位時(shí)通過(guò)橋面吊機(jī)前端縱移油缸將拼裝節(jié)段緩慢靠近已拼裝梁段。節(jié)段對(duì)位微調(diào)，通過(guò)橋面吊機(jī)吊具上的縱向調(diào)整油缸以及兩側(cè)吊機(jī)的提升高度完成縱、橫向調(diào)整，見(jiàn)圖5。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段起吊

3.2.4 精調(diào)

標(biāo)準(zhǔn)段精調(diào)選擇在夜間進(jìn)行，且梁段頂、底板溫差小于2℃時(shí)。先對(duì)懸臂前端控制點(diǎn)的相對(duì)平面位置及高差進(jìn)行觀測(cè)，然后根據(jù)橋梁線控單位發(fā)出的指令值，對(duì)比確定節(jié)段所需調(diào)整量。

已安裝梁段在橋面吊機(jī)前支點(diǎn)反力和索力作用下，梁體橫向中間出現(xiàn)下?lián)?，兩邊上翹。采用先固定內(nèi)側(cè)縱隔板，然后在外側(cè)縱隔板處用千斤頂調(diào)整腹板變形差，再用馬板調(diào)整梁段頂、底板局部變形差的匹配方案［7－8］。

架設(shè)梁段與上一梁段匹配精調(diào)后，復(fù)測(cè)懸臂前端線形與軸線并進(jìn)行調(diào)整，滿足安裝精度要求后，擰緊匹配件螺栓，焊接固定交叉限位板，鎖定千斤頂，外側(cè)縱腹板殘余高差用馬板配合80 t千斤頂調(diào)整，頂、底板殘余高差用馬板配合10 t千斤頂調(diào)整。

精調(diào)完成并臨時(shí)固結(jié)后開(kāi)始全截面焊接，完成并驗(yàn)收合格后，拆除臨時(shí)固結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行本節(jié)段斜拉索張拉。

3.3 鋼箱梁適時(shí)適溫合龍關(guān)鍵技術(shù)

西江特大橋跨西江主橋采用被動(dòng)合龍方式。中跨鋼箱梁合龍段長(zhǎng)度為4.0 m，節(jié)段吊裝重量75.1 t。全橋設(shè)計(jì)合龍溫度為21.5℃。

首先，連續(xù)觀察48 h合龍口的寬度和線形，根據(jù)合龍口寬度的觀察結(jié)果和合龍時(shí)的溫度條件，確定合龍溫度，并以該溫度下的合龍口寬度作為合龍段的長(zhǎng)度。然后，在溫度條件滿足要求時(shí)，安裝勁性骨架，將合龍段提升到合龍口后再鎖定勁性骨架縱向自由度，最后通過(guò)焊接合口完成連接［9－10］。

合龍前合龍段兩邊的線形調(diào)整必須與設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)吻合，以確保合龍段順利安裝。線性調(diào)整主要根據(jù)設(shè)計(jì)和監(jiān)控指令通過(guò)索力完成。根據(jù)監(jiān)控要求，合龍施工時(shí)需設(shè)置連接桁架，以確保合龍質(zhì)量。桁架采用型鋼結(jié)構(gòu)，分別連接在L24＃和R24＃梁段頂板外側(cè)，其一端設(shè)計(jì)為可伸縮的構(gòu)造。桁架的長(zhǎng)度應(yīng)按合龍段的制造長(zhǎng)度＋錨固長(zhǎng)度確定，且含有一定的余量，使用前需根據(jù)合龍口的距離尺寸從兩端對(duì)稱(chēng)配切。為了保證桁架連接強(qiáng)度，每端錨固長(zhǎng)度不小于50 cm。

待L24＃和R24＃梁段調(diào)整到位后安裝合龍桁架，其一邊梁段板先焊接固定，另一端梁段不焊接，待合龍段吊裝就位后，溫度達(dá)到設(shè)計(jì)合龍溫度時(shí)，再進(jìn)行焊接及接口匹配［11－12］。

4 結(jié)束語(yǔ)

大節(jié)段鋼箱梁在工廠內(nèi)制作拼裝，利用碼頭龍門(mén)吊機(jī)裝船運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，而后利用大型浮吊吊裝至支架平臺(tái)，通過(guò)橫向滑移就位完成大節(jié)段鋼箱梁安裝，解決大節(jié)段鋼箱梁受承臺(tái)、圍堰及河床深度等因素影響，浮吊無(wú)法靠近橋位難題。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁利用橋面吊機(jī)懸臂拼裝架設(shè)，通過(guò)橋面吊機(jī)主動(dòng)對(duì)位、液壓千斤頂被動(dòng)精調(diào)，完成節(jié)段拼裝，解決了復(fù)雜環(huán)境條件下，鋼箱梁節(jié)段安裝難題，并提升拼裝效率至7 d/節(jié)。合龍段鋼箱梁，通過(guò)合龍前對(duì)合龍口的連續(xù)觀測(cè)，確定了夜間21.5℃的合龍溫度為控制關(guān)鍵點(diǎn)，并順利完成了全橋合龍。通過(guò)大節(jié)段、標(biāo)準(zhǔn)段、合龍段鋼箱梁安裝三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了南沙港鐵路西江特大橋混合梁斜拉橋的順利合龍，對(duì)今后類(lèi)似工程建設(shè)有一定的指導(dǎo)意義。