新建南沙港鐵路西江特大橋跨西江主橋鋼-混結合段施工技術

彭 浩

(中鐵十一局集團第一工程有限公司 湖北襄陽 441104)

1 工程概況

新建廣州南沙港鐵路西江特大橋跨西江主橋采用(2×57.5＋172.5＋600＋4×57.5)m混合梁斜拉橋，主跨為600 m，結構長1 118.7 m。主梁分別由混凝土梁、鋼箱梁組成，混凝土梁和鋼箱梁間以鋼-混結合段作為連接。斜拉橋主橋的總體布置如圖1所示。

圖1 西江特大橋跨西江主橋立面圖

西江特大橋跨西江主橋鋼-混結合段采用階梯狀的、混凝土填充的、承壓板式的鋼-混接頭。整個結合段結構部分全長11.5 m，包括7 m長鋼-混結合段和4.5 m長剛度過渡段。

2 總體施工方案和施工難點

2.1 總體施工方案

鋼-混結合段施工采用場內整體加工制作、運輸至現場、大型浮吊整體吊裝的施工方案[1]。

2.2 施工難點

(1)鋼-混結合段具備內部構造復雜(見圖2)、交叉作業干擾大、鋼格室空間狹小、現場施工組織困難等特點，基于二維圖紙模式下編制的方案難以與實際情況實時對比。

圖2 鋼-混結合內部構造

(2)對混凝土性能要求高，要求混凝土具有大流變、低收縮、高韌性等特征，混凝土的配合比設計困難。

(3)施工過程中，易出現蜂窩、麻面、混凝土填充不密實等質量通病，對混凝土澆筑工藝要求高。

3 施工關鍵技術

3.1 基于BIM技術的鋼-混結合段施工工藝編排

在鋼-混結合段施工中，對于內部的鋼筋綁扎、預應力管道定位和高性能混凝土澆筑都提出了較高的質量要求，存在施工工藝復雜、施工組織困難等特點。基于二維圖紙模式下編制的方案難以與實際情況實時對比，故利用BIM技術對混合段建立全三維模型，進行可視化的全面分析、碰撞檢查和3D施工空間模擬，從整體上控制混合段施工過程中的風險[2-4]。

結合段鋼筋根據位置及功能分為鋼格室鋼筋、普通橫隔梁鋼筋和PBL剪力鍵鋼筋三類。其中單個鋼格室鋼筋總量為484根，橫隔梁鋼筋總量為1 584根，PBL剪力鋼筋共139根，預應力束共67束。

結合段混凝土采用大流變、低收縮、高韌性的C60自密實鋼纖維混凝土，單個混合段需約142 m3混凝土。為方便混凝土澆筑及自由流動，在混合段鋼格室的頂板位置設置了澆筑孔，隔板位置開設了連通孔；為了保證鋼格室的角點位置混凝土足夠密實，在上角點等適當位置開設了出氣孔，在下角點位置則進行了壓漿孔的預留。

在以上分析的基礎上，利用BIM技術對結合段鋼筋施工流程、混凝土澆筑順序進行模擬，確定最優的施工工藝[5-6]。鋼-混結合段鋼筋、預應力工程的施工工序和混凝土的澆筑施工工序的編排如圖3、圖4所示。

圖3 鋼-混段鋼筋、預應力工程安裝工藝編排

圖4 鋼-混段混凝土澆筑工藝編排

通過以BIM技術為基礎的鋼-混結合段施工工序研究的開展，梳理了施工工藝流程，發現了原設計文件中的3處設計錯誤，對合理安排鋼-混結合段的施工工序以及提高施工質量發揮了重要作用。

3.2 自密實鋼纖維混凝土配合比試驗

鋼-混結合段施工所采用的C60自密實鋼纖維混凝土應滿足《自密實混凝土應用技術規程》(JGJ/T 283—2012)、《纖維混凝土應用技術規程》(JGJ/T 221—2010)的規程要求，涉及到混凝土的工作性能、力學性能、變形性能、耐久性等方面的量化指標。

最終要求鋼-混結合段的混凝土在具備補償收縮性能的同時，又要具備良好的工作性能，因此結合段的混凝土配合比要通過反復的調試和驗證才能確定[7]。

經過為期3個月9組配合比試驗后，確定了最終鋼-混結合段的混凝土配合比，如表1所示。

表1 鋼-混結合段C60自密實鋼纖維混凝土配合比

3.3 鋼-混結合段混凝土澆筑工藝試驗

為驗證混凝土澆筑后與鋼結構結合面的表觀質量及混凝土填充效果，比選出混凝土允許擴展度范圍內的最優擴展度、抗離析指標，開展了鋼-混結合段1∶1足尺模型澆筑工藝試驗[8]，如圖5所示。

圖5 現場模型試驗示意

模型共開展兩種試驗，目標分別為:(1)推薦出自密實鋼纖維混凝土的最優擴展度，確定是否需要振搗；(2)驗證最優狀態下混凝土的填充效果等指標。

在試驗混凝土的澆筑完畢后，針對澆筑的模型進行了切割，并對區塊試驗混凝土的填充效果進行超聲波檢測。

得出以下結論:

(1)配合比試驗得出的C60自密實鋼纖維混凝土配合比可以滿足施工要求。

(2)混凝土澆筑后可實現自密實，不需要進行振搗。

3.4 鋼-混結合段整體吊裝

3.4.1 施工結構設計

兩處鋼-混結合段拼裝支架均位于深水之中，支架結構從下到上依次為:φ820×10 mm鋼管樁基礎、3HM588×300型鋼承重梁、25a工字鋼調平平臺、φ609×16 mm鋼支撐，并采用2 20a槽鋼作為上部結構的連接系。連接系與鋼管樁間采用抱箍形式連接，提高施工工效的同時，避免了高空中焊接作業的危險[9-10]。支架結構如圖6所示。

圖6 鋼-混結合段拼裝支架示意

受到承臺圍堰位置等因素影響，現場大型設備難以接近施工位置，導致鋼-混結合段吊裝無法一次施工到位，此時需要通過滑道實現梁段的滑移，進而完成梁段的頂推施工。

3.4.2 鋼-混結合段施工工藝

小里程鋼-混結合段吊裝采用側面上橋、一步到位的方案，大里程鋼-混結合段吊裝采用正面上橋、滑移至設計位置的方案。

小里程鋼-混結合段起吊后，絞錨前移至吊裝位置，吊鉤下放，將鋼-混結合段放置于拼裝支架上。

大里程鋼-混結合段起吊后，絞錨前移至鋼-混段標準節拼裝支架上，下放鋼-混結合段，然后利用滑移設備滑動至設計位置[11-12]。

滑移步驟:

(1)首先用全站儀把軌道的中心線標識好，鋼-混結合段落在滑塊上的位置做好標識。

(2)將滑塊按每個節段圖紙要求的擺放位置在軌道上擺放好。

(3)將2個穿心千斤頂在兩個滑移軌道上一邊固定一個，將錨具在滑塊上固定。

(4)對現場設備(滑塊、張拉千斤頂、對講機等)進行調試，確保設備的運行正常。為了保證千斤頂的拖拉同步性，兩臺千斤頂通過一個油泵進行控制。

(5)用浮吊將鋼-混結合段吊至滑塊上，位置對準后開始進行拖拉，直至就位。

(6)通過滑塊及穿心千斤頂組成的滑移系統對鋼-混結合段進行橫移和縱移到位。

4 結語

鋼-混結合段施工作為混合梁斜拉橋施工的關鍵工序，它的施工質量與全橋的剛度過渡段的平順性及應力傳遞的可靠性直接相關。

針對現場鋼-混結合段的施工所面臨的問題，開展了基于BIM技術的鋼-混結合段施工工序編排、鋼-混結合段混凝土配合比試驗、鋼-混結合段的混凝土澆筑工藝試驗等研究工作，極大地優化了鋼-混結合段的施工工藝。

鋼-混結合段在加工場地整體加工完畢后運至現場，通過大型浮吊吊至拼裝支架上，利用滑移系統滑至設計位置，最終順利完成鋼-混結合段的施工，保證了鋼-混結合段的施工質量。