跨繁忙航道超寬主梁施工技術探討
——以巴拿馬運河第四大橋工程為實例

唐子其

(中國港灣工程有限責任公司，北京 100027)

0 引 言

中國橋梁事業在長期建設中形成了成套的大跨度橋梁建設技術，包括大跨度橋梁設計技術、裝配化施工技術等關鍵技術；以“智能橋梁”為代表的第三代橋梁工程發展理念也逐漸被世界橋梁界所認可。隨著環太平洋沿岸的國家和地區中，新興經濟體國家經濟快速增長，跨國界、跨區域互聯互通需求的日益增長，發達國家交通基礎設施的日益老化。針對上述區域開展普遍性、前瞻性的跨海、跨江、跨河通道工程建設關鍵問題研究，以及解決繁忙超寬主梁施工難題，本文以巴拿馬運河第四大橋工程為實例，主要從3個方面探討主要的施工技術，為推動我國跨繁忙航道超寬主梁施工技術廣泛應用提供幫助。

1 工程基本概況

巴拿馬運河第四大橋位于巴拿馬城西部，距離美洲大橋以北500 m處，大橋跨越巴拿馬運河，東端連接北部走廊(Corredor Nte.)及Albrook地鐵站，西端連接通往Arraijan的公路。大橋全長約6 km(包括主、引橋和路網長度)，橋梁全長3.95 km，其中主橋長1 088 m，為雙塔雙索面斜拉橋，主跨510 m，東互通匝道30條，橋梁12座，西互通17條，橋梁7座[1]。巴拿馬運河第四大橋的實施可極大改善太平洋一側運河兩岸道路交通問題，以減輕城市不斷擴張后日益加劇的交通壓力，并提高巴拿馬太平洋項目和運河西側的通行能力。大橋跨越巴拿馬運河主航道，主航道寬約350 m，因巴拿馬運河繁忙，運河管理局ACP不允許過多占用通航時間。因此，如何做好跨繁忙航道超寬主梁施工是提高巴拿馬運河第四大橋建設進度主要關注點。基于此，本文主要從以下幾個方面探索跨繁忙航道超寬主梁施工技術，供類似施工項目參考。

2 主橋鋼箱梁施工技術

主跨445 m范圍內采用鋼箱梁結構，標準節段長13 m，共37個節段。中跨鋼箱梁采用分塊制造、運輸、現場分塊組拼的施工流程。主橋中跨主梁采用全封閉鋼箱梁結構形式，梁段寬51 m，標準節段長13 m。中跨鋼箱梁標準節段分為6塊，單塊重量約60 t/85 t。鋼箱梁在車間組拼成單個節段(圖1)，其中單個節段最長13 m，最重約為386 t [且單個節段分成6個部件(圖2)，每個部件最大重量約85 t]。

圖1 鋼箱梁節段劃分示意圖

圖2 標準節段鋼箱梁分塊示意圖(單位：cm)

2.1 海上運輸

鋼箱梁在國內基地制作廠區加工制造，從中國出發，采用分塊運輸，到達巴拿馬四橋項目，大約9 000 n mile(1n mile=1 852 m)，約航行35 d。根據表1所示，一航次運輸和二航次運輸的相關參數對比，綜合考慮減少對現場存梁場地依賴，掌握主動權，推薦二航次運輸方案。鋼箱梁分3層疊放，放置于船甲板分載梁上，分載梁對應箱梁橫隔板位置，每2層箱梁之間也在橫隔板處鋪設枕木，縱橫向通過支架非焊接擋固[2]；為保護鋼箱梁油漆，在海綁支架與箱梁的接觸處設置硬橡膠墊。

表1 不同運輸航次對比

2.2 卸船及現場轉運

東岸鋼箱梁在碼頭卸船，采用350 t浮吊將節段鋼箱梁直接吊運至運梁小車，運梁小車將鋼箱梁轉運至塔旁存梁場地存放，安裝前采用260 t履帶吊將鋼箱梁吊裝至現場運輸軌道轉運至塔旁。西岸同樣采用350 t浮吊將節段鋼箱梁直接吊運至運梁小車后轉運至指定地點存放。

2.3 總體工藝流程

總體工藝流程可分為:

(1) 中箱第1塊安裝，中吊機前移。

(2) 中箱第2塊安裝，再將中間吊機前移。

(3) 進行左1、右1邊箱對稱安裝，邊吊機前移。

(4) 進行下一標準梁段中箱第1塊安裝，中間吊機前移[2，3]。

(5) 左2、右2邊箱對稱安裝，邊吊機前移，同時斜拉索安裝，循環施工。

圖3 總體工藝流程圖

2.4 分塊鋼箱梁吊裝上橋面(提梁門機、橋面吊機)

分塊鋼箱梁運輸至橋位后，采用布置在索塔側面的提梁門機或橋面吊機提升至橋面。提梁門機一側支腿布置于地面，基礎設置獨立擴大基礎，一側支腿布置于橋面，提梁門吊設置于兩支腿上。提梁門機縱向布置于中跨距索塔中心線約20 m處，與塔吊布置位置錯開。

2.5 分塊鋼箱梁橋面運輸及安裝

分塊鋼箱梁吊裝上橋面后，采用橋面軌道運輸至中跨懸臂端。分塊鋼箱梁安裝流程可分為：

(1) 采用橋面吊機將中箱吊離橋面。

(2) 將中箱旋轉90°。

(3) 安裝、匹配中箱。

(4) 采用橋面吊機將邊箱吊離橋面。

(5) 將邊箱旋轉90°。

(6) 安裝、匹配邊箱。

2.6 相關保障措施

主要保護措施包括：

(1)吊裝施工盡可能選擇船舶較少時段，根據需要請求ACP協助安排相關部門現場警戒和航道維護。

(2) 鋼箱梁焊接及連接期間采取封閉的防墜保障措施，降低或避免施工墜落風險。

3 邊跨混凝土箱梁施工技術

主橋邊跨為77 m+72 m+72 m+68 m =289 m及中跨方向32.5 m無索區梁段，總長為321.5 m。主橋邊跨采用掛籃懸澆施工。邊跨混凝土箱梁梁寬51 m，高5 m，單箱六室結構。

3.1 掛籃施工及布置

掛籃施工的重點是控制承載變形及自身穩定性。

(1)總體布置及計算分析。結合梁段截面，利用MIDAS軟件對掛籃結構進行了總體布置及計算分析，共布置4片主桁，其最大豎向變形為23 mm。

(2)優化設計及總體布置。為盡可能減少變形，采取增加主桁方式進一步提高掛籃自身剛度[3]；同時，考慮到邊跨主梁存在單向橫坡即梁段扭轉問題，對掛籃設計軌道支墊進行細化設計，設計不同調整范圍類型調整座。

3.2 掛籃預壓

掛籃預壓試驗內容包括：

(1) 掛籃系統在各個工況下的各個主要構件的變形值采集。

(2) 主桁承重系統各個構件和連接接頭的安全性檢驗。

(3) 錨固系統變位觀測和安全性檢驗。

(4) 箱梁的變形觀測。

(5) 整個掛籃的承載能力和安全保障系統的檢驗。

掛籃預壓試驗方法按照最重節段梁重荷載計算得到預壓荷載，采用千斤頂及三角反力架分級加載。

3.3 混凝土澆筑施工控制

考慮到懸澆箱梁為整幅51 m超寬箱梁，且受單向超高及地鐵3號線影響，梁體會出現單側傾斜及梁面臺階狀[4]。針對主梁特點，按照如圖4所示順序進行澆筑，主要采取控制措施如下：①固化澆筑工藝：橫橋向嚴格對稱澆筑(底板→腹板、橫隔板→頂板)，縱向從低端向高端澆筑；②頂板及斜腹板采取壓模工藝控制“翻漿”及混凝土澆筑質量。

圖4 主橋邊跨混凝土澆筑順序示意圖

4 輔助墩、過渡墩施工技術

(1)鋼筋加工與安裝。鋼筋加工與安裝技術流程包括：①主筋配料根據本工程墩身高度情況，全部采用多次配接到位，主筋采用機械連接接長；②墩身鋼筋采用鋼筋棚下料，墩位附近綁扎成型，吊車安裝鋼筋骨架。

(2)模板加工與安裝。墩身施工采用翻模法施工，外模采用大塊鋼模板。模板規格3 m×3 m，每次澆筑6 m高。模板由3大部分組成：面板體系、圍檁體系、支撐體系、工作平臺體系。

(3)混凝土黃施工控制。混凝土黃施工控制要點主要包括：①混凝土黃由混凝土黃攪拌站集中拌和，由混凝土黃罐車運輸，由汽車泵泵送至澆注部位，以確保混凝土黃落差控制在2.0 m以內；②混凝土黃澆注采用分層法，每層厚度不大于30 cm；③墩身混凝土黃養生采取塑料薄膜纏繞蓄水進行養生，減少水分的蒸發，保證混凝土黃表面的濕潤，養生時間不少于7 d；④混凝土外觀質量要求：線型平順，圓端倒角光潔勻稱，墩身外觀清潔，無銹跡或油污，鋼筋或預埋件保護層厚度符合設計及規范要求。

(4)外觀質量控制。外觀質量控制主要包括：①科學設計配合比，控制混凝土的泌水率，提高混凝土工作性能；②模內混凝土澆筑分層厚度不超過30 cm、均勻布料，布料高度不超過1 m；③養護期結束后，對構件外露面進行覆蓋，防止二次污染。

5 結束語

綜上所述，在“一帶一路”倡議和“交通強國”國家戰略推動下，加強區域合作、開展各國基礎設施的互聯互通、建設智慧交通體系已經成為一種新的趨勢，尤其是跨海、跨國超寬橋梁施工技術，在繁忙的運輸交通壓力下開展有序的、高質量的建設任務是今后發展的主要方向之一。文章以巴拿馬運河第四大橋工程為實例，主要從3個方面提供了一種跨繁忙航道超寬主梁施工技術，為推動該技術的應用提供借鑒。