沼澤區斜拉橋鋼-混凝土疊合梁施工技術*

楊 勇，劉 濤

(1.保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510620；2.湖南科技大學土木工程學院，湖南 湘潭 411201)

0 引言

鋼-混凝土組合結構在大跨徑橋梁中的應用越來越廣泛，既可充分發揮鋼、混凝土2種材料的優異性能，又有利于實現構件加工制造的工廠化和現場安裝的裝配化，進而提高工程質量。采用開口斷面的鋼-混凝土疊合梁，將鋼結構部分設計為獨立構件，采用高強螺栓連接，避免出現現場焊接質量控制難題，進而提升結構工廠化和裝配化程度，同時也可避免傳統的整節段大噸位起重，降低施工風險。鋼-混凝土疊合梁斜拉橋上部結構施工已形成了較成熟的工藝，但對于特殊施工條件，現有施工工藝有時難以滿足實際需求。本文以珠海市洪鶴大橋洪灣水道主航道橋為研究對象，針對橋下沼澤區運輸條件不便、現有施工工藝無法采用等難題，提出了一種新的施工工藝來完成其上部結構施工。

1 工程概況

1.1 項目概況

珠海市洪鶴大橋全長9.654km，采用2座雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，跨越洪灣水道和磨刀門水道主航道，跨徑布置均為(73+162+500+162+73)m。主航道橋主梁采用開口斷面鋼-混凝土疊合梁，梁高3.5m。鋼梁部分包括主縱梁、橫梁、小縱梁、錨拉板、壓重箱及風嘴等，采用Q370qD鋼材，主縱梁、橫梁及小縱梁采用工字形斷面，主縱梁中心距為34.0m，橫梁長33.1m，橫梁標準間距為4.0m，鋼梁構件之間全部采用高強螺栓連接?；炷翗蛎姘宀捎肅60預應力混凝土，橋面板厚26cm，分為預制和現澆，預制部分按混凝土平面尺寸規格可分為3.4m×16.45m，2.4m×16.45m，1.4m×16.45m。為減少混凝土收縮徐變對結構產生的不利影響，要求預制板存放時間≥6個月；現澆部分為預制板間濕接縫，主要位于主縱梁、橫梁及小縱梁頂面，采用C60微膨脹混凝土，通過剪力釘與鋼梁結合形成疊合梁結構。斜拉索采用鍍鋅平行鋼絞線斜拉索，每個主塔20組斜拉索，通過錨拉板錨固在主縱梁頂面[1]。

全橋疊合梁分為85個節段(包括2個主塔頂0號梁段，80個標準梁段，2個邊跨合龍段，1個中跨合龍段)，其中0號梁段主縱梁長17m，設置5條橫梁；標準梁段主縱梁長均為12m，單個梁段設置3條橫梁，標準梁段三維模型如圖1所示。鋼梁單個構件最大起重量為62t，為0號梁段主縱梁，其余標準段主縱梁最重45t(含風嘴與錨拉板)；鋼橫梁最重44t，為輔助墩頂壓重橫梁，其余標準橫梁重26.5t；單塊橋面最重45t。

圖1 主梁標準梁段三維模型

1.2 地形地貌

3號主墩位于洪灣水道中珠聯圍防洪大堤背水側，地處珠江三角洲南部，地貌單元屬海陸交互相，地形平坦開闊，原地面標高約為0.000，根據地質報告，原地表為素填土，層厚1.3～2.0m，往下為淤泥質黏土層，層厚13.30～20.80m。由于該區域為洪鶴大橋與洪灣漁港吹填施工交叉區，橋梁施工前，洪灣漁港已在該區域堆載了約3.0m深的淤泥質泥水，使得整個場地變成沼澤地，徹底改變了原有地形地貌條件。根據現場實際施工需要，3號主墩采用筑島工藝形成施工場地，筑島標高為4.000m。

2 傳統施工工藝

1)回轉橋面起重機拼裝法 先利用大型浮式起重機(水上)或大型履帶式起重機(陸地)架設主塔頂梁段，架設時可整節段整體架設，也可進行散件拼裝；塔頂梁段架設完成后，在塔頂梁段的橋面上安裝回轉橋面起重機，回轉橋面起重機可在架設位置的橋梁正下方水面(或地面)起吊待架設梁段構件，也可回轉180°至已架設梁段的橋面起吊，待架設梁段起吊后可直接就位安裝[2]。該方法操作工序簡單，特別是對于梁段構件可運輸至架設位置正下方的工況，具有顯著優勢，但對于橋下運輸不便，或橋梁構件尺寸過大限制橋面回轉起吊時，該方法將無法實施。

2)整節段架設法 預先將鋼結構與混凝土結構組合成整體，運輸至起吊位置，再利用橋面起重機或纜索吊裝整節段，也可預先進行部分構件組合，如先組裝鋼結構，待鋼結構架設后，再進行混凝土構件架設安裝[3]。該方法減少了現場拼裝的工作量，并一定程度上可加快施工進度，但增加了構件運輸難度和吊重，也就限制了其適用范圍。

3 施工方案研究

洪鶴大橋3號主塔位于防洪大堤背水側，邊跨側從S6號梁段開始全部位于沼澤區，中跨側C1～C9號梁段則位于防洪大堤正上方或淺灘區，均無法實現梁段運至橋下。此外，鋼橫梁長33.1m，采用橋面回轉起吊難度較大，鋼橫梁在回轉過程中極易與先架設梁段的斜拉索碰撞而損壞斜拉索，且橋梁橫向總寬度約40m，無法采用整體架設法。因此，該橋上部結構鋼-混凝土疊合梁施工需探索一種新的施工工藝。

3.1 總體施工方案

根據設計要求，混凝土橋面板在專用預制廠內提前預制，并按要求存放≥6個月，鋼梁構件在專業鋼結構工廠分段制造，驗收合格后進行短線整體匹配。由于3號主墩位于防洪大堤背水側的沼澤區，鋼梁構件及橋面板無法采用水路運輸，只能利用汽車通過施工棧橋運至施工現場。

塔周梁段利用履帶式起重機直接吊裝至支架上進行架設；塔周梁段架設完成后，在塔周梁段上安裝橋面起重機及提梁站；標準梁段構件通過提梁站提升至橋面，再利用運梁車運送至橋面起重機起吊位置，采用懸臂拼裝工藝架設，梁段構件起吊需通過平移方式，避免與已架設梁段的斜拉索碰撞；中跨采用等溫條件合龍方式，即在標準梁段架設完成后，通過連續觀測合龍口的姿態確定合龍梁段參數，在相同工況條件下進行合龍梁段施工。

3.2 施工設備確定

塔周梁段距離地面高度約36m，最大起重量為0號梁段主縱梁，重約62t，其余構件質量均在45t以下。由于3號主塔位于陸地，塔周梁段無法采用浮式起重機等水上起重設備進行安裝，通過對梁段吊裝重量、吊裝工況及施工場地的地質情況分析，選用350t履帶式起重機，在主臂長66m、幅度18m時，可吊重75.8t；幅度20m時，可吊重65.7t，滿足塔周梁段構件吊裝要求。

標準梁段構件質量均在45t以下，橋面起重機額定起重量按50t考慮。梁段構件自橋面運至橋面起重機尾部起吊，平移至前端進行拼裝，橋面起重機前端懸臂以滿足梁段構件平移和旋轉，此外，鋼梁間采用高強螺栓連接，橋面起重機需提供高強螺栓施擰的作業平臺，以確保施工安全。在充分考慮施工需求的前提下，結合實際工況不斷優化，最終確定了一種框架式橋面起重機，起升高度9m，包括主桁架、底托架、起重系統(包括橋車、天車及吊具)及行走系統等，設備整機重162t，如圖2所示。

圖2 橋面起重機總體結構

主桁架作為起重機的起重支撐構件，兩側面主桁架片中心距為28.8m，通過橫向聯系形成空間桁架結構，桁架片頂面設有行走軌道，供起重橋車縱向行走。起重系統包括縱向移動的橋車、橫向移動的天車、起重卷揚機及吊具，實現梁段構件的起吊、縱橫向平移。橋面起重機前移系統包括滑移軌道、頂推裝置等，行走軌道設置在主桁架片下方，置于已架梁段橋面上并與鋼橫梁牢靠錨固，頂推系統采用液壓操作系統，使橋面起重機在軌道上沿縱橋向前進或后退。底托架采用鋼框架結構形式，作為鋼梁構件臨時放置和精確就位的工作平臺，可覆蓋整個吊裝梁段的作業區域，為高強螺栓施擰提供了可靠的作業平臺，有利于保證施工安全。底托架上橫橋向兩側各設置1個滑動架，設有三向千斤頂，用于完成主縱梁移動和精確就位。

為將梁段構件提升至橋面，需在主塔區設置1座提梁站。提梁站位于主塔和邊跨側S1號斜拉索之間，根據構件提升及旋轉需要，提升站設計為兩跨不等的門式結構，跨徑為34m+21m(橋面+地面)，地面起升高度為43m，橋面起升高度為9m，額定起重量為50t，主梁上設置天車軌道，軌道中心間距為7m，如圖3所示。

圖3 提梁站結構布置

4 疊合梁施工工藝流程

4.1 塔周梁段架設

塔周梁段作為后續梁段懸臂架設的起始段，需滿足中、邊跨兩側橋面起重機安裝和提梁站建設的空間要求，由于3號主塔距離防洪大堤較近，中跨側C2，C3號梁段處于防洪大堤的正上方，根據大堤防護要求，防洪大堤的保護范圍內嚴禁搭設支架、插打鋼管及開挖作業，且5t以上車輛、設備不得進入，以確保大堤結構安全，這就限制了中跨側主梁安裝的支架搭設和作業空間。需對塔周梁段的安裝方案予以優化，通過進一步模擬，發現中跨側C2，C3號梁段未安裝的情況下，可先在邊跨側安裝中跨橋面起重機，安裝完成后再前移至中跨C1號梁段上，再利用橋面起重機單側懸臂架設中跨C2，C3號梁段。待中跨C2，C3號梁段架設完成后，再安裝邊跨側橋面起重機，這樣中跨C2，C3號梁段即可避免防洪大堤對施工的限制。

塔周梁段支架由中跨C1號梁段至邊跨側S3號梁段非對稱布置，梁段構件采用350t履帶式起重機在臨時支架上進行原位安裝。先安裝0號梁段鋼梁，縱梁長17m、重約62t，受中塔柱斜度影響，無法一次性吊裝就位，需在下橫梁上橫向滑移就位。所有鋼梁構件安裝完并形成整體后，復測梁段平面位置及標高，由于0號梁段安裝精度對后續梁段安裝精度影響較大，需嚴格控制并精確調整。0號梁段鋼梁精度滿足要求后，將其與主塔下橫梁通過精軋螺紋鋼、縱橫向支撐進行臨時固結，以抵抗后續梁段安裝過程中的不平衡力。塔梁臨時固結后安裝0號梁段橋面板，然后依次安裝中跨C1號、邊跨S1～S3號梁段，安裝完成后，5個節段一次性完成橋面板濕接縫施工，對稱掛設、張拉1號斜拉索[4-6]。

4.2 中跨側C2，C3號梁段架設

塔周梁段架設完成后，在塔周梁段上安裝橋面起重機及提梁站，并完成相應試吊、檢驗工作。通過提梁站將C2號梁段構件按架設順序依次提至橋面，利用運梁小車運送至中跨橋面起重機起吊位置，先架設C2號梁段鋼梁，完成后對稱掛設2號斜拉索并一次張拉，然后橋面起重機前移；以同樣步驟架設C3號梁段，對稱掛設3號斜拉索并一次張拉，C2，C3號梁段濕接縫澆筑，等強后2，3號斜拉索二次張拉。

4.3 標準梁段架設(邊跨側S13，S14號及邊跨合龍段除外)

標準梁段采用橋面起重機對稱懸臂拼裝架設。梁段構件通過提梁站依次提升至橋面運梁小車上，運梁小車將梁段構件運送至橋面起重機起吊位置，再利用橋面起重機依次進行安裝。為減少濕接縫等強時間以縮短工期，標準梁段濕接縫每2個梁段澆筑1次，即每2個梁段為1個施工周期[7-9]。

4.4 邊跨側S13，S14號和邊跨合龍段架設

邊跨側S13，S14號位于輔助墩頂，邊跨合龍梁段位于邊墩墩頂，因橋面起重機底托架與輔助墩、邊墩墩身沖突，需提前將邊跨側橋面起重機底托架拆除，該3個梁段架設時需在墩旁搭設支架輔助就位[10]。以S13，S14號梁段施工為例，施工步驟如下。

1)第1步 利用橋面起重機完成中、邊跨S12號梁段架設及12號斜拉索掛設、一次張拉，與此同時，完成輔助墩墩旁支架的搭設和輔助墩永久支座的安裝，在支架頂設置橫向、縱向滑道。

2)第2步 利用卷揚機將邊跨側橋面起重機的底托架下放至地面施工平臺上。

3)第3步 橋面起重機繼續前移至S12號梁段前端。

4)第4步 按照標準梁段安裝步驟，依次架設S13號梁段鋼梁及掛設13號斜拉索并一次張拉，輔助墩頂壓重混凝土施工，最后安裝S13號梁段的橋面板，施工S12，S13號梁段濕接縫，并進行12，13號斜拉索二次張拉。值得注意的是，S13號梁段主縱梁在輔助墩墩旁支架上完成滑移就位。

5)第5步 橋面起重機繼續前移至S13號梁段前端，架設S14號梁段構件，掛設14號斜拉索并一次張拉。與此同時，將邊跨側橋面起重機底托架從地面轉運至S15號梁段正下方。

6)第6步 橋面起重機前移至S14號梁段前端，利用卷揚機將邊跨側橋面起重機底托架提升至梁底進行安裝，橋面起重機恢復正常使用狀態，再按標準梁段的吊裝順序進行后續梁段架設。

4.5 中跨合龍段架設

中跨合龍段采用等溫條件合龍方式，合龍時日氣溫為25～35℃，選擇合龍基準溫度為28℃。對稱雙懸臂完成S20號梁段架設及20號斜拉索掛設、一次張拉，施工邊跨合龍段的邊墩墩頂壓重混凝土。除主塔處的塔梁臨時固結體系外，拆除其余所有支架上的臨時支座，使邊跨側梁體可在支座上縱向移動。按監控要求，清理橋面臨時荷載，橋面起重機走行至吊裝合龍段位置，觀測中跨合龍口兩端的梁段姿態，通過調整索力、設置偏載等措施調整合龍口標高、上下游主梁高差、軸線偏位等參數，使合龍口姿態達到監控允許范圍，并連續觀測調整后的合龍口姿態，掌握鋼梁隨溫度、日照變化的規律，根據鋼梁變化規律，并結合實際情況予以修正，給出合龍段鋼梁匹配制造的參數[11]。

按實測數據制造合龍段鋼梁，做好鋼梁合龍準備，待溫度恒定后進行鋼梁合龍。合龍施工的最大難度在于主縱梁螺栓孔群的精確匹配，為便于合龍段主縱梁精準、順利匹配，提前準備好小型千斤頂、對拉螺栓等輔助工具。合龍時，將合龍段與3號塔側梁段的主縱梁按標準接頭方式先行連接，再根據實際情況調整合龍段與4號塔側梁段，直至接頭線形、縫距等指標滿足設計要求后，立即采用臨時拼接板將合龍段與4號塔側的梁段鎖定，使全橋主縱梁連成整體。臨時鎖定后，立即拆除3號主塔處的塔梁臨時固結體系，使主梁可沿縱橋向單向位移。

主縱梁鎖定后，根據合龍段與4號塔側的梁段接頭螺栓孔位情況配鉆永久連接板，永久連接板單端的螺栓孔預先鉆好，現場配鉆另一端即可。先配鉆主縱梁頂、底板永久連接板并按要求完成高強螺栓施擰，再拆除腹板臨時拼接板，配鉆永久連接板并安裝到位。最后安裝合龍段鋼橫梁、小縱梁及橋面板等構件，澆筑濕接縫混凝土，實現全橋貫通[12]。

5 結語

1)珠海市洪鶴大橋主航道橋為主跨500m的雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，結合現場施工環境特點，探索了一種新的施工工藝，該方法克服了沼澤區橋下運輸條件不便、回轉橋面起重機拼裝法無法使用難題，同時也避免了整節段架設法受梁段尺寸過大的限制。

2)塔周梁段采用支架法不對稱架設工藝，避免受中跨側主梁安裝的支架搭設和作業空間受防洪大堤限制，確保了防洪大堤的結構安全，克服了陸地施工環境、大型水上設備無法提供有效服務的困難，不對稱設計的支架減少了中跨側支架的工程量，節約支架周轉材料約200t。

3)在現有的施工方法無法滿足標準梁段雙懸臂架設需求的情況下，研發了一種框架式橋面起重機，該設備整機質量小，相當于同等起重能力回轉橋面起重機質量的70%，確保了裝配式疊合梁構件順利架設，底托架作為高強螺栓的作業平臺，還可有效防止高空墜物風險，保證橋下安全。

目前，珠海市洪鶴大橋已建成通車，橋梁線形平順，各項監控指標滿足設計及規范要求。