寧波中興大橋鋼箱梁主跨合龍技術(shù)

江 震

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 概 述

寧波中興大橋?yàn)橐豢邕^(guò)江矮塔斜拉橋，跨徑布置為（64+86+400+86+64）m（見(jiàn)圖 1），橋?qū)?29 m，采用塔梁固結(jié)，塔墩分離結(jié)構(gòu)體系。為了提高邊跨的錨固作用和中跨的跨越能力，靠近橋塔處的33.5 m邊跨主梁與中跨400 m主梁為鋼箱梁，邊跨64 m主梁與次邊跨全跨52.5 m主梁為鋼-混組合箱梁，合計(jì)長(zhǎng)116.5 m。梁頂寬29 m，底寬20 m，主梁截面高度從4.5 m拋物線變化至10.5 m，人非結(jié)構(gòu)懸臂布置于下層，寬5.5 m。主梁橫斷面如圖2所示。主塔塔高受限于北部機(jī)場(chǎng)60 m航空限高，采用鋼結(jié)構(gòu)V形塔。全橋斜拉索采用單索面布置，共36對(duì)，邊跨索距9 m，中跨12 m，斜拉索呈扇形布置，中跨拉索最小傾角為13°。

圖1 中興大橋主橋總體立面布置圖（單位：m）

圖2 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：cm）

該橋邊跨組合梁、鋼梁節(jié)段及中跨1～3節(jié)段浮吊吊裝后，采用軌道滑移安裝就位，中跨鋼箱梁4～16節(jié)段采用懸臂拼裝方案施工。其中，軌道滑移段共187 m，包含22個(gè)節(jié)段[邊跨16節(jié)段，0#段（細(xì)化為3段）和中跨3節(jié)段]；懸臂拼裝段共132 m，包括13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段（長(zhǎng)均為12 m，南北岸節(jié)段編號(hào)分別為 LZS4～LZS16、LZN4～LZN16） 以及 1 個(gè)合龍段（長(zhǎng)為14 m，節(jié)段編號(hào)為L(zhǎng)ZM）。該橋鋼梁采用了梁廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)懸臂拼裝及軌道滑移安裝的施工方案。中跨合龍施工是該橋懸臂施工中的主要難點(diǎn)，針對(duì)該單索面矮塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文主要介紹該橋中跨鋼梁的合龍技術(shù)。

2 合龍施工難點(diǎn)

中跨有索區(qū)主梁采用懸臂拼裝施工，主梁懸臂施工至LZS（N）16號(hào)節(jié)段后，采用臨時(shí)索輔助進(jìn)行中跨合龍（合龍段長(zhǎng)14.0 m）。在該橋合龍施工中，主要有以下難點(diǎn)：

（1）懸臂施工長(zhǎng)度大（中跨懸臂施工長(zhǎng)193 m），斜拉索傾角小，橋梁線形控制難度大。

（2）雙層橋斷面大，合龍控制點(diǎn)較多（單側(cè)12個(gè)）。

（3）江上作業(yè)合龍施工影響因素多。溫度、濕度、風(fēng)力及日照均對(duì)合龍口有較大影響，且合龍觀測(cè)及施工受雨、霧天氣影響。

（4）節(jié)段匹配采用焊接+栓接的施工工藝，對(duì)合龍段空間尺寸及位置精度要求高。

3 合龍施工技術(shù)

3.1 合龍施工步驟

根據(jù)前期懸臂施工控制成果可知，結(jié)構(gòu)變形實(shí)測(cè)值與理論值基本吻合，最大誤差小于5%。因此中跨采用配切合龍的方法進(jìn)行合龍施工。中跨合龍施工步驟如下：

（1）主梁懸臂施工至 LZS（N）16號(hào)節(jié)段，完成16號(hào)節(jié)段處臨時(shí)斜拉索張拉（以懸臂端高程控制為準(zhǔn)）。

（2）合龍口連續(xù)48 h觀測(cè)，觀測(cè)頻率為2 h。采用坐標(biāo)觀測(cè)和鋼尺兩種方式測(cè)量合龍口間距各測(cè)控點(diǎn)高程，合龍口觀測(cè)點(diǎn)的布置如圖3所示。

圖3 合龍口觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：m）

（3）根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，確定合龍段LZM的配切量。為保證合龍段順利吊入，采用楔形合龍口，16#梁段底板單元比頂板單元理論尺寸小50 mm，內(nèi)外腹板采用楔形。對(duì)合龍段進(jìn)行量配，合龍口匹配示意如圖4所示[2]。

圖4 合龍口匹配示意圖

（4）采用兩臺(tái)橋面吊機(jī)將合龍段吊裝至設(shè)計(jì)位置，進(jìn)行標(biāo)高及平面位置的調(diào)整。待各工藝項(xiàng)點(diǎn)滿足工藝要求后，立即采用加強(qiáng)件進(jìn)行臨時(shí)鎖定，并進(jìn)行環(huán)縫的馬板固定。

（5）合龍段臨時(shí)鎖定及馬固完成后，解除北岸主墩支座處的縱向約束，完成體系轉(zhuǎn)換。

（6）快速同步焊接合龍段兩側(cè)焊縫。

3.2 關(guān)鍵合龍技術(shù)

3.2.1 免壓重合龍觀測(cè)

中興大橋中跨合龍段長(zhǎng)14 m，重284 t。因合龍段重量較大，若采用配重觀測(cè)則工序多、難度大、工期長(zhǎng)。基于前期高精度的線形控制成果，在中跨合龍時(shí)分別采用以下免壓重合龍觀測(cè)方案：通過(guò)變形預(yù)測(cè)，結(jié)合免壓重觀測(cè)結(jié)果，計(jì)算得到合龍段起吊后懸臂端高程、斷面傾角。

中跨合龍段起吊后，實(shí)測(cè)16#段懸臂段前端的高程與轉(zhuǎn)角變化量分別為-301 mm和0.00387。與預(yù)測(cè)高程變化量（-320 mm）相比，高程誤差為-5.9%，與預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)角變化量（0.00403）相比，轉(zhuǎn)角誤差為-4.0%。結(jié)果表明，次邊跨合龍段免壓重合龍觀測(cè)的預(yù)測(cè)變形誤差小，滿足要求。

3.2.2 合龍段精細(xì)配切

由于梁段制造及安裝過(guò)程中的誤差，懸臂段的軸線、樁號(hào)及斷面傾角實(shí)測(cè)值與理論值均存在一定偏差。合龍前均需要根據(jù)南北兩側(cè)合龍口實(shí)際空間尺寸對(duì)合龍段進(jìn)行配切。常規(guī)的配切方法是直線配切，即確定配切長(zhǎng)度后以垂直于橋面中線的直線進(jìn)行配切[1]。以南岸懸臂段（LBS16）底板為例，采用直線配切時(shí)，其平面配切示意如圖5（a）所示。當(dāng)中腹板處最小焊縫寬度為10 mm時(shí)，邊腹板處最大焊縫寬度為19 mm，不能滿足焊縫寬度要求（根據(jù)焊縫受力情況及合龍段嵌入施工難度，確定的合龍段焊縫寬度為10～15 mm）。因此合龍段配切時(shí)需要考慮橫向尺寸誤差的影響，根據(jù)懸臂段（LBS16）實(shí)際橫向尺寸誤差，提出折線配切方法，即確定配切基準(zhǔn)長(zhǎng)度（合龍段中線長(zhǎng)度），綜合考慮各控制位置預(yù)測(cè)焊縫寬度，采用以配切基準(zhǔn)長(zhǎng)度端點(diǎn)為交點(diǎn)的折線進(jìn)行配切。采用折線配切時(shí)，南岸懸臂段（LBS16）底板的平面配切示意如圖5（b）所示。采用折線配切，4道腹板處的焊縫寬度均為10 mm，小于采用直線配切時(shí)的最大焊縫寬度19 mm，滿足焊縫寬度要求。采用折線配切方法可實(shí)現(xiàn)合龍口精確控制。

選定6℃為合龍溫度，根據(jù)合龍口的觀測(cè)數(shù)據(jù)，考慮各因素影響，確定修正后的合龍段控制長(zhǎng)度為

式中：L0為南北合龍口各測(cè)點(diǎn)之間的實(shí)測(cè)長(zhǎng)度；Δ1為合龍段吊裝變形對(duì)合龍口寬度的修正值；Δ2為兩側(cè)焊縫寬度總修正值（20 mm）。采用折線配切方法對(duì)合龍段進(jìn)行精細(xì)配切，切割完成后，最大焊縫寬度為13 mm。

圖5 合龍段直線配切與折線配切示意圖（單位：mm）

3.2.3 合龍段臨時(shí)鎖定

為保證主梁順利合龍，必須考慮臨時(shí)鎖定裝置，即待主梁間的橫向、豎向錯(cuò)位調(diào)整完成后，將合龍段主梁與南北側(cè)16#懸臂段主梁用對(duì)拉螺栓的方法進(jìn)行臨時(shí)鎖定，使其形成整體，以保證合龍段在焊接過(guò)程中焊縫間隙不發(fā)生變化。臨時(shí)鎖定是在合龍段及16#懸臂段的頂板、底板增加臨時(shí)拼接板（對(duì)拉螺桿底座），待橫豎向錯(cuò)位調(diào)整后即將采用螺栓進(jìn)行快速固定。頂板、底板臨時(shí)鎖定結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 臨時(shí)鎖定結(jié)構(gòu)示意圖

合龍段與懸臂段臨時(shí)鎖定后，解除北岸主墩支座處的縱向約束，完成體系轉(zhuǎn)換[3]。主梁在溫度變化下自由伸縮，在各墩位處產(chǎn)生摩擦力轉(zhuǎn)化為臨時(shí)鎖定處主梁所受軸力，故在臨時(shí)鎖定設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)單側(cè)主梁所產(chǎn)生的摩擦力計(jì)算螺栓數(shù)量及尺寸，進(jìn)而合理布置螺栓孔位。該橋單懸臂側(cè)主梁產(chǎn)生最大摩擦力為850 t，考慮1.2倍安全系數(shù)，經(jīng)計(jì)算 56 mm連接螺栓數(shù)量不少于20個(gè)，采用普通螺栓，材質(zhì)為45#鋼，不考慮螺栓與摩擦面的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)采用多項(xiàng)技術(shù)措施，寧波中興大橋鋼箱梁合龍工作進(jìn)展順利，自梁段起吊到環(huán)縫臨時(shí)鎖定完成僅用時(shí)不到4 h。該橋主梁合龍后，合龍口最大高差分別為6 mm，軸線偏差在9 mm以內(nèi)，焊縫寬度10～17 mm。安裝線形、合龍口間隙、環(huán)縫錯(cuò)邊量、橋軸線偏差等工藝項(xiàng)點(diǎn)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于該橋合龍施工監(jiān)控計(jì)算準(zhǔn)確、施工組織周密，合龍施工時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)二次切割，沒(méi)有依靠斜拉或配重等輔助措施，在沒(méi)有借助任何輔助措施的條件下實(shí)現(xiàn)了高精度的自然合龍（見(jiàn)圖7）。

圖7 中興大橋中跨合龍完成