非對稱混合梁斜拉橋單向坡龍口跨中合龍關鍵技術

張文龍

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 工程概況

國內某跨海大橋主橋為半漂浮單側非對稱混合梁斜拉橋，長961 m，南邊跨鋼箱梁跨徑分別為（60+198）m，北邊跨混凝土箱梁跨徑分別為（49+58+61）m，跨中535 m為鋼箱梁結構，鋼混結合段位于跨中距北塔8.5～12.5 m范圍（見圖1）。里程樁號K13+168.000（主橋起點樁號）—K13+660.000（縱坡最高點樁號），坡度為1.5%，其中主跨中心樁號K13+603.5，距離最高點56.5 m，跨中合龍段位于坡度為1.5%的單向坡區段。K13+660.000—主橋終點樁號K14+129.000，該段坡度為-1.0%。南北岸跨中單懸臂各17片梁段，跨中合龍段鋼箱梁長4 m，含風嘴頂板全寬40.5 m，不含風嘴頂板寬34 m，中心線處梁高3.204 m，起吊重量81.3 t，為扁平流線型結構。跨中懸臂吊裝前，需完成南邊跨鋼箱梁及北邊跨預應力混凝土梁的施工內容。南邊跨鋼箱梁位于山頂，設存梁支架，滑移就位后于跨中梁段懸臂拼裝前定位焊接成整體[1]。本橋的設計基準溫度為20℃，合龍高程誤差控制在±15 mm以內，相對高程誤差控制在2 mm以內，軸線誤差控制在±10 mm以內[2]。

圖1 跨海大橋主橋橋型布置圖（m）Fig.1 Layout plan of main bridge of cross-sea bridge(m)

2 合龍方案選擇

本橋龍口僅4 m，較國內其他類似橋梁長度短，受橋面吊機的局限性，采用北岸側橋面吊機起吊合龍段，南岸側配重加載的方案。南岸橋面吊機完成17號段鋼箱梁吊裝后，保持相對工況不動。北岸橋面吊機完成17號段鋼箱梁吊裝，前移11.25 m，提升系統后退1.75 cm，到達龍口位置。南岸側距懸臂端8.25～15.75 m的范圍內（7.5 m）壓載800 kN。

配切合龍和頂推合龍是兩種目前大跨度鋼箱梁跨中合龍的常規方案。頂推合龍時先解除塔梁臨時固結，頂推變位后不宜恢復，且局部穩定性控制難，但對成橋后的結構體系影響較小。配切合龍一般接近設計基準溫度下優選，對施工組織要求較高。南邊跨鋼箱梁先于跨中梁段吊裝前定位焊接，預先設定了2 cm彈性變形壓縮量。若按頂推合龍方案提前解除臨時約束，經計算，南塔塔偏11 cm（縱橋向），南側17號梁段單元產生4.3 cm（向上）的豎向變形，12.3 cm（小里程側）的縱橋向變形。合龍段廠內制造順橋向每邊加長10 cm，累計加長20 cm，結合模型計算，最終選用配切合龍作為合龍方案。

3 龍口狀態

3.1 線性狀態

通過對南、北岸17號梁段的軸線、里程、標高聯測分析，高程：南側懸臂端當前誤差為+4 mm、北側懸臂端當前誤差為-2 mm，整個懸拼過程控制較好，合龍后兩側相對誤差可控制在10 mm以內。軸線：南、北兩側軸線相對誤差和絕對誤差均控制在10 mm以內，滿足合龍口軸線誤差控制要求，將繼續觀測其變化情況，合龍時根據監測數據，通過對拉的方式微調。里程：南側懸臂端整體偏短32 mm、北側偏短14 mm，里程偏差將通過合龍段（合龍段預留配切長度20 cm）調整。

3.2 溫度及龍口變化

龍口狀態受溫度影響較大，需嚴密監控，每2 h觀測1次，連續觀測48 h。采集的測量數據，采用回歸分析的方法找到預計合龍時溫度對應的合龍段長度。觀測主要內容包括大氣溫度，梁頂、底板溫度，合龍口頂底板寬度、軸線、高程等[3]。2020年8月14日15:00—16日上午5:00，對龍口連續觀測，15日凌晨3:00測得梁頂最低溫度24.4℃，15日15:00測得梁頂最高溫度37.7℃，溫差13.3℃。21:00—次日凌晨3:00為溫度較為穩定時間段，龍口變化趨勢也較穩定，為梁段進入龍口并完成合龍的最佳時間段。

兩側的懸臂長度達到265.5 m，當溫度變化時，合龍口寬度會發生相應改變。根據計算，每升溫或降溫5℃合龍口縮短或拉長3.2 cm。

本橋合龍時間選擇在23:00—次日凌晨3:00，該段時間梁面溫度變化區間30～25℃，根據上述溫度變化關系可知，龍口的寬度間隙可增加20 mm，滿足合龍段入口合龍的條件。

4 龍口敏感性分析

4.1 配重敏感性分析

懸臂端配重是常見的一種龍口高程調整方式，經計算，受南北岸非對稱混合梁的影響，南、北岸17號梁段配重100 kN豎向變形分別為2.2 cm和2 cm。

4.2 合龍軸線調整分析

合龍口軸線調節則通過安裝在兩側懸臂梁段頂板上的輔助設施完成[4]。輔助設施由臨時吊耳、鋼絲繩、10 t手拉葫蘆及卸扣組成。調整時4個葫蘆斜向對拉，將兩側鋼梁軸線調整至同一軸線上[4]。臨時吊耳：4個，位于第1道橫隔板上，距離鋼梁邊緣75 cm，與鋼梁頂板四邊角焊縫連接，每條焊縫長度150 mm，焊腳尺寸10 mm；鋼絲繩：直徑≥20 mm，長度36 m；手拉葫蘆：10 t、4個。經理論計算，每施加5 t對拉力，軸線位移量南岸側約11 mm、北岸側約8 mm。

本橋中跨主梁橫橋向剛度相對較小，軸線調整較易完成。本橋軸線偏差僅8 mm，通過5 t葫蘆對拉即可滿足要求，且調整完畢不設勁型骨架。

4.3 懸臂轉角對合龍口寬度影響分析

考慮本橋合龍段處于單向坡區，北岸位于上坡段，為保證梁段順利進入龍口，將合龍段設“八”字形結構起吊。考慮合龍段吊裝對北岸17號梁段將發生豎向位移，因節段的前端點與后端點豎向位移不一致，17號梁段將產生轉角變化，繼而影響懸臂前端鋼箱梁底緣的縱橋向位置。根據模擬計算分析結果，起吊合龍段時北岸17號梁段前端豎向位移為18.47 cm、后端豎向位移14.69 cm，發生的轉角為0.144 5°，換算至合龍口底板寬度將增加7.8 mm。

5 主梁應力分析

本橋實測合龍期間溫差13.3℃，合龍后計算溫差按15℃考慮。合龍后升溫15℃，主梁上緣應力為-17.4 MPa、下緣應力為-17.3 MPa。

碼縫期間主梁按持續升溫+15℃考慮，經計算可得，中跨合龍縫處的溫度內力為軸力約-29 256.5 kN、豎向彎矩約816.0 kN·m，其中軸力主要由均勻升溫引起，豎向彎矩主要由鋼箱梁頂板升溫引起，上述荷載即為臨時鎖梁裝置所需承受的荷載。

6 主要技術參數

合龍段配切時的溫度應接近合龍溫度，避免溫度影響[5]。配切長度影響值計算為：ΔL=εt×L×（Tmax-Tmin）=1.2×10-5/℃×4 m×1℃=0.048 mm（配切與合龍時溫差為1℃）。合龍段位于單向坡區段，對北岸17號梁段端部尺寸調整（見圖2），滿足“八”字口的要求，保證合龍段順利起吊。

圖2 合龍口調整圖Fig.2 Closure adjustment diagram

為節約合龍段切配時間，對合龍段南岸側端面的預留長度按表1在龍口監測前配切。合龍段在切配前南、北兩側頂底板均較加工圖預留0.1 m切邊長度，合龍段總切配前長度為4.2 m。

根據監測數據及南岸側切邊情況，合龍段北岸側端面按表2切配，單邊焊縫間隙預留8 mm。

表1 南塔側端面切配控制點數據Table 1 Control points data for cutting and matching of south tower side end face

表2 北塔側端面切配控制點數據Table 2 Control points data for cutting and matching of north tower side end face mm

吊裝初步就位后，梁段精確匹配，用600 mm×500 mm×20 mm的大碼板，頂板8處，底板6處，將梁段空間位置定位牢固。龍口鎖定后，小碼板局部碼平，對稱同步進行[6-8]。碼縫期間按最高升溫+15℃計算，軸力約-29 256.5 kN。碼板受拉或受壓30 100 kN＞29 256.5 kN，可滿足要求。

7 體系轉換

本橋合龍施工組織見表3。合龍鎖定后，按升溫10℃及恒載作用的計算工況，南塔臨時固結將產生合計縱橋向力約9 800 kN（見表4、表5），可能會出現安全隱患，故在當晚低溫解除臨時固結。臨時固結采取氣割在下橫梁處拆除，在合龍段大碼板焊接完畢，合龍口鎖定后即刻開始（準備不少于8把割刀）。先割斷臨時固結位置的鋼絞線，然后在臨時固結中間合適位置將其割斷。單個臨時固結需割除的長度為5 274 mm，根據經驗，單個臨時錨固需約2.5 h解除，滿足要求。

表3 施工組織一覽表Table 3 List of construction organization

表4 南塔臨時固結反力（合龍后恒載+升溫10℃）Table 4 Temporary consolidation reaction force of south tower(constant load after closing+10℃heating)

表5 北塔臨時固結反力（合龍后恒載+升溫10℃）Table 5 Temporary consolidation reaction force of north tower(constant load after closure+10℃heating)

8 效果分析

主橋合龍段于2020年8月17日凌晨完成定位安裝，與原設定的施工計劃僅慢30 min，NJ17梁段與SJ17梁段軸線相對誤差2 mm，合龍段（里程樁號K13+601.5）與理論高程誤差4 mm，實現高精度合龍。9月4—6日對部分斜拉索索力調整，使主橋線形更加平順，調索后的主橋整體線形及斜拉索索力監測情況如圖3、圖4所示。

圖3 主橋成橋后跨中各梁段線形差值Fig.3 Linear difference of each beam segment in the mid-span after completion of main bridge

圖4 主橋成橋后跨中索力通測誤差Fig.4 Measurement error of mid-span cable force after completion of main bridge

鋼箱梁線形誤差滿足控制要求，主梁整體線形平順。跨中索力數據均控制在±10%以內，其中平均索力誤差左側為+3.1%、右側為+2.2%。

通過對合龍口的數據分析及施工過程控制，成功完成主橋高精度合龍施工，對類似工程的實踐有一定的參考價值。