海灣灘涂區鋼箱疊合梁支架法安裝施工技術

陳茂濤

（中鐵二十局集團第三工程有限公司，重慶 400065）

0 引言

斜拉橋具有跨度大、通航能力強和美觀的特點，在跨越大江、大海和深溝大壑中應用較廣泛，其中鋼混疊合梁結構憑借自重輕、工藝成熟等優點在斜拉橋中廣泛使用。然而，斜拉橋鋼箱梁具有跨度大、幅寬、結構受力復雜、焊接易變形、施工精度要求高、構件尺寸大的特點，無形中加大了施工難度。為解決各種情況下的施工難題，眾多工程師、專家和學者進行了長期和深入的研究。楊勇等［1］提出了塔周梁段采用不對稱安裝工藝，即先搭設中、邊跨不對稱支架，利用大型履帶吊進行墩頂（0號梁段）、邊跨側（S1～S3號梁段）及中跨側起始梁段（C1號梁段）安裝，再拼裝橋面吊機和提梁站，利用橋面吊機懸臂安裝中跨側后2個梁段（C2號、C3號梁段）。殷緒敏［2］提出了采用三節段濕接縫滯后澆筑施工工藝，解決了高速公路大跨徑疊合梁斜拉橋項目工期緊張的問題。孫國亮等［3］介紹了斜拉橋鋼梁的現場施工特點和整體落架施工技術和工藝。韓國明［4］、龐維新［5］提出了基于鋼箱疊合梁支架法安裝施工技術條件下，如何使鋼箱梁滿足設計要求，研究了主梁安裝施工方法、順序與工藝。但上述的研究基本都是在邊節段梁體安裝邊斜拉索施工，而本文的研究是在主塔墩身施工嚴重滯后不具備斜拉索安裝承擔應力條件下，采用支架法進行的大跨度、幅寬的鋼混疊合梁安裝技術。

1 工程概況

西村港跨海大橋位于廣西北海市境內，是連接鐵山港新城、海洋新城和銀灘新城的重要干線工程。橋梁包含東引橋、主橋、西引橋3個部分，全長1 775.8 m，其主橋采用（38.9+70+238+70+38.9）m雙塔雙索面斜拉橋，雙向6車道，主梁為鋼混疊合梁，20#、21#主塔采用國內罕見的大傾角空間寶石形索塔，19#、22#墩為過渡墩，18#、23#墩為邊墩，其主橋成型效果如圖1所示。

圖1 主橋成型效果圖

西村港跨海大橋位于淺灘出海口處，受潮水漲落影響明顯，漲潮期間常被海水淹沒，低潮位時灘涂區域出現。其中，漲潮時橋位處潮位標高約3.0 m，縱向海床標高為 -0.65～1.1 m，航道處最深可達 -1.5 m；低潮位時水位為-0.85 m，此時海面僅寬150 m。橋位巖土成分主要為第四紀沖、洪積及濱海沉積作用形成的黏土、粉質黏土和砂類土［6］。

主橋梁體主要由兩大部分組成，一是采用Q345qD鋼材全焊結構的鋼箱梁，二是采用C55混凝土的橋面板結構，并設置縱向、橫向預應力鋼束。其中，鋼箱梁由縱梁、橫梁、小縱梁共同焊接組成梁格體系，具體為“2片箱形斷面主縱梁+‘I’字形小縱梁+橫梁”，主縱梁中心間距為 35.14 m，標準節段長 10 m，錨跨部分節段長 7.5 m ；縱梁、過渡墩位置處端橫梁的橫截面為箱形，小縱梁及其他橫梁的橫截面為“工”字形；鋼箱形主縱梁由鋼錨箱、風嘴及腹板組成，索梁錨固采用外置鋼錨箱形式，即鋼錨箱焊接在箱型主縱梁外腹部側。橋面板采用先分塊預制后現場逐塊組裝再在濕接縫連接現澆的施工工藝，其中橋面板通過剪力釘與主縱梁、小縱梁、橫梁連接固定。鋼箱梁標準橫斷面如圖2所示。

圖2 主橋鋼箱梁標準橫斷面圖 （單位：mm）

2 鋼混疊合梁施工總體方案

由于某些原因，鋼混疊合梁施工前主塔墩施工滯后，現場不具備逐節段鋼箱梁安裝、吊索安裝及張拉的循環順序施工條件。為實現按期通車，經研討，形成先簡支梁橋后斜拉橋的施工方案，即通過搭設鋼支墩形成鋼箱梁臨時墩，然后利用吊機在臨時鋼支墩上逐次安裝鋼箱梁、橋面板，再選擇合適時機進行合龍與張拉，形成穩定的簡支梁橋，最后將主塔與鋼錨箱之間逐次安裝吊索并張拉，形成斜拉橋，拆除梁體下方臨時支架［7-10］。

考慮到鋼箱梁具有跨度大、幅寬、結構復雜及焊接易變形等情況，對梁體幾何精度影響較大；同時，考慮橋梁存在長大桿件，以及橋位周邊環境與場地布置、交通狀況復雜等綜合狀況，其運輸難度大，決定采用“廠內加工+現場拼裝”模式進行施工。其中，構件均在工廠內完成下料、板單元制造、桿件拼焊，防腐涂裝完成后分批發往施工現場存放和組裝，然后在橋位處按照設計的節段單元塊依次進行拼裝［11-12］。為克服淺灘潮汐給船運造成的影響，利用臨時棧橋作為施工運輸通道［13-14］。

3 關鍵施工技術及工藝

3.1 鋼箱梁制造工藝

鋼混疊合梁的主要鋼構件如主縱梁節段、橫梁節段、小縱梁節段、風嘴節段等均在工廠內制造。其中，主縱梁、加強橫梁及風嘴為箱形結構，主要由頂底板單元、腹板單元、隔板單元組成，主縱梁之間、主縱梁與橫梁及主縱梁與風嘴之間均采用焊接形式連接；小縱梁、壓重區縱梁及橫梁為焊接組合型“工”字梁，由于“工”形橫梁長度為32.340 m，橫梁按二次拋物線設置25 mm的預拱度且長度超出了陸運運輸條件，需合理劃分節段后再組拼焊接成3個小節段，本梁劃分節段分別為8.685 m、14.97 m和8.685 m，在頂底板斷點成“Z”字形并錯開20 cm，最后發運工地進行原位總拼成整體。制造工藝流程如下。

縱梁加工工藝流程：鋼板預處理→零部件下料、數控切割→零部件加工→板單元件制作→在專用臺架上進行桿件總拼→箱體組裝、焊接與變形控制→噴砂打磨、涂裝→批次發運。

工型橫梁制造工藝流程：計算機放樣→零部件下料、數控切割、矯正→腹板、邊緣及坡口加工→在胎架上進行零部件組裝→組裝和焊接→除銹涂裝→編號、轉運、發運。

工型橫梁組裝焊接工藝流程：在胎架上鋪設腹板單元→拼裝頂板、底板在胎架上完成主焊縫焊接→組裝加勁板等完成所有焊縫后進行桿件矯正、檢驗→檢驗合格后進行編號。

在鋼構件加工前，應仔細審核設計圖紙，建立三維BIM模型進行分析，確認無任何問題的方可進行零部件下料；在零部件焊接前，還應進行焊接工藝評定。同時，為了保證橫梁的整體尺寸精度，廠內制造時采取分別組裝，單根橫梁整體試拼、整體檢驗，合格后再拆分成運輸節段進行運輸。此外，出廠前應對鋼箱梁各構件進行全焊縫探傷試驗檢測與質量驗收，消除質量缺陷，必要時進行整改、返修和處治。

3.2 鋼箱梁涂裝工藝

鋼箱梁的防腐涂裝，首先對鋼板進行校平等預處理，然后進行二次噴砂打磨處理，最后按層進行防腐材料涂裝。對涂裝的效果檢驗需配備磁性測厚儀、拉拔儀和粗糙度測量儀，確保涂膜厚度滿足設計要求，漆膜外觀要均勻、平整，不能有氣泡、裂紋、流掛、脫落等缺陷。

鋼箱梁防腐涂裝前，應根據施工位置核對使用涂料的種類、名稱，多組分涂料要明確摻配比例，待均勻攪拌、熟化后使用，但不得超期使用。為防止影響構件焊接質量，需現場焊接處可事先不進行涂裝。鋼構件在轉運和安裝過程中，有較大面積損壞的涂裝體系應進行打磨補涂，有大面積損傷的必須重新噴砂按層修補，若條件不允許，經打磨St3級，再按相應涂裝體系進行修補；對局部小面積損傷部位，則可采用人工打磨后進行逐層補涂。

3.3 構件的運輸與存放

3.3.1 包裝、運輸

在廠內完成鋼構件的下料、局部組裝、焊接、調校、預拼裝及除銹、涂裝等工序，然后對鋼構件進行包裝，然后經過公路運輸至北海市西村港跨海大橋總拼裝現場。

包裝應在涂層干燥后進行，包裝和運輸過程應保證各構件不出現變形、損壞和散失。細而長的工形構件采用框架捆裝，且構件之間應加墊層；長而大截面工形構件可不包裝，但在吊裝和支墊處應進行防護。

3.3.2 存放

鋼構件運輸至大橋總拼裝現場后，在現場將鋼箱梁節段組裝焊接成吊裝節段，然后將鋼箱梁節段轉運至橋位處進行安裝就位。

鋼構件采取集中堆放，堆放前應做好場地規劃布置，滿足長大構件裝卸和運輸條件；堆放中要保證場區內道路通暢。同時，場地應堅實、平整且通風、排水效果良好，其支承處應有足夠的承載力，不允許在鋼構件上方存放零部件等荷載。

3.3.3 現場轉運

鋼構件運輸及場地存貯時，需按拼裝、吊運順序合理編排位置。運輸時配備8臺200 t輪胎式運梁臺車，一次最大轉運能力為1 600 t。滿足工廠到現場、現場到橋下的轉運，并由全回轉式吊機吊裝至臨時支架處進行拼裝。

為保證物料順利轉運至施工現場，還需設置臨時鋼棧橋作為聯絡通道。具體設置如下：沿大橋方向鋪設臨時鋼棧橋一座，棧橋均采用“鋼管柱+貝雷梁”結構形式，主棧橋設計荷載不小于80 t，支棧橋荷載不小于100 t。棧橋寬8 m，并在各橋墩處垂直于主棧橋單側修建支棧橋，其中主塔墩沿墩周設置一圈8 m寬的支棧橋，主橋邊墩及過渡墩一側設6 m寬的支棧橋。其中，主棧橋是鋼箱梁桿件從大橋總拼裝場運到待架梁位的運輸通道及停放平臺，主塔墩順橋向兩側加寬、加強、支棧橋是塔區梁段大噸位履帶吊行走通道及站位吊裝平臺，針對大噸位構件吊裝位置還需單獨做加寬和加強設計。

3.4 臨時支架

臨時支架由墩旁支架、輔助支架和臨時墩等組成，支架總體平面布置如圖3所示。

圖3 支架總體平面布置圖 （單位：mm）

3.4.1 臨時支架設計

（1）墩旁支架。在20#、21#主塔墩旁采用壁厚10 mm、管徑630 mm的鋼管樁進行支撐，在樁帽上放置橫向分配梁或縱向分配梁，并在分配梁上方設置墊塊方便高度調整，主縱梁處鋼管樁上還設置滑道梁及滑塊進行鋼梁拖拉操作，鋼管樁與主塔墩間采用I25a“工”字鋼進行水平連接，其余部分連接采用壁厚8 mm、管徑325 mm的鋼管進行連接。斜向鋼管樁頂部采用鋼板焊接加強。

（2）輔助支架。19#、22#過渡墩設置輔助支架也采用壁厚10 mm、管徑630 mm的鋼管樁，鋼管樁上方放置橫向一級分配梁，分配梁上方放置高度調整墊塊。順橋向、橫橋向鋼管樁之間采用雙拼［20a槽鋼進行連接。

（3）臨時墩。在邊墩18#～23#墩及墩旁支架之外順橋向對稱設置臨時墩，并利用鋼箱梁梁段自身強度、剛度優勢輔助全回轉吊機進行安裝。臨時墩采用4根壁厚為12 mm、管徑為820 mm的鋼管樁進行支撐，順橋向、橫橋向鋼管樁之間采用雙拼［20a槽鋼進行連接，其鋼管樁上層依次放置順橋向、橫橋向的兩層分配梁，分配梁上方有調整墊板。

3.4.2 臨時支架施工

主跨部位拼裝支架采用4個班組同時施工，左右兩邊同時進行，即中跨采用主塔相向順序施工；次跨及邊跨采用主塔向過渡墩再向邊墩的順序進行施工，邊向前推進邊形成施工平臺，直至推進到邊墩。臨時墩鋼管樁每4根一組，采用履帶吊配45型或60型電動振動樁錘進行插打，插打前用全站儀檢查樁位及傾斜度，符合要求后啟動電動振動樁錘進行鋼管樁插打，并嚴密監控管樁樁位和傾斜度，完樁后位移偏差小于10 cm，傾斜度不超過1%［4］。

3.5 鋼箱梁安裝

主塔墩第2節段施工后同步施工鋼箱梁。主塔墩40 m范圍內鋼箱梁吊裝采用履帶吊進行安裝，其余部位采用全回轉式吊機進行吊裝。橋面回轉吊機安裝調試完成后，在主塔墩兩側對稱、同步進行鋼箱梁梁段的懸臂吊裝工作。吊裝具體工藝如下：回轉吊機扁擔梁連接鋼箱梁吊耳，然后主塔墩兩側、橫橋向兩側同步對稱起吊，定位梁段，環縫焊接，吊機前移循環施工，最后擇機合龍。

施工過程中應確保橋梁的成橋線性，主要包括梁體中線、高程和梁長、梁寬等。影響中線的主要因素是溫差、焊縫收縮和風荷載等；高程與梁體自重相關，經建模分析梁體沉落量，最終確定施工過程中梁體預抬高30 mm；主梁長度與預制精度、安裝節段的壓縮量值計算相關，根據確定的合龍溫度進行合龍段鋼箱梁加工。同時，施工中應加強位移和應力監測，特別是在落梁架設過程中，拱肋肯定會發生變形，此外應嚴密監測拱肋在落梁架設過程中的應力變化，若實際應力與理論值相差較大，應及時查找原因并調整使之達標。

3.6 橋面板預制與安裝

主橋橋面板主要采用平板和倒凹形槽板兩種類型，在橋頭預制場內預制，棧橋運輸至橋位利用全回轉吊機進行組拼，然后張拉壓漿。主橋共計梁板22種556塊，單塊最大重量為20.44 t，其預制混凝土采用C55高性能海工混凝土，現澆段采用UHPC超高性能混凝土。具體梁板參數如下：板長 7.735 m，板寬 1.285～3.16 m，板厚分 0.24 m和0.29 m兩種。橋面板采用預應力設計，預制時在板內預留縱向預應力孔洞，單塊板預應力束為1～9束，待安裝完成后進行張拉和壓漿工作。

4 結語

（1）西村港跨海大橋位于海灣灘涂區，鋼箱梁整節段（散件）水運受淺灘、潮汐影響，施工工效較低，采取合理劃分節段，優化組拼工藝，通過棧橋運輸，彌補了水運的不利影響。

（2）鋼箱梁采用建立三維BIM模型，工廠精密制造、分段焊接，再到現場鋼箱梁組拼，其加工精度高、施工進度快，工藝滿足設計規范要求。

（3）采用橋位支架法進行邊跨、中跨鋼箱梁拼裝，即墩旁支架之外順橋向對稱搭設臨時墩，并在主塔墩第2節段之后節段與鋼箱梁同步施工，利用高大鋼箱梁梁段自身強度剛度輔助全回轉吊機進行節段架設，然后安裝橋面板，直至邊跨安裝完成或跨中合龍，實現了鋼混疊合梁與主塔墩同步平行施工目的，節約了工期。