珠海洪鶴大橋主橋中跨合龍施工技術(shù)

陳山亭，孫乾棟

(中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司，江西 九江 332001)

1 工程概況

洪鶴大橋全長(zhǎng)9.654km，設(shè)計(jì)速度100km/h，為雙向6車道公路斜拉橋，主橋由2座(洪灣水道主航道橋和磨刀門水道主航道橋)主跨均為500m雙塔雙索面疊合梁斜拉橋串聯(lián)而成，均采用的是半漂浮體系，其跨度布置為：73+162+500+162+73+73+162+500+162+73=1 940m(見圖1)。主橋下部結(jié)構(gòu)采用大直徑鉆孔樁群樁基礎(chǔ)，主塔塔身為鉆石型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)為疊合梁，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)12m。梁段下部為鋼梁，由主縱梁、橫梁、小縱梁和穩(wěn)流板等組成，其主縱梁、橫梁均采用工字形截面；梁段上部為鋼筋混凝土橋面板，在工廠預(yù)制，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)疊合。

圖1 洪鶴大橋主橋布置示意(單位：m)

該橋疊合梁共85個(gè)節(jié)段。中跨合龍段為ZL43節(jié)間(見圖2)，包含2根主縱梁(長(zhǎng)3m，重7.2t)、1根橫梁、2根小縱梁、4片穩(wěn)流板、4塊鋼筋混凝土橋面板。主縱梁斷面為腹板外側(cè)布置有2條縱向加勁肋的工字形斷面，斷面全高2.89m，頂板尺寸為900mm×36mm，底板尺寸為1 120mm×80mm，腹板厚36mm，上、下縱向加勁肋尺寸為432mm×36mm。主縱梁梁段間采用M30高強(qiáng)螺栓連接。

圖2 合龍段示意

2 總體施工方案

串聯(lián)而成的兩座斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工方案大致相同，現(xiàn)以磨刀門水道主航道橋施工為例進(jìn)行說明。疊合梁架設(shè)以主塔為中心采用2臺(tái)架梁起重機(jī)分節(jié)段懸臂對(duì)稱施工。中跨合龍施工前利用敏感性模擬分析確定合龍段長(zhǎng)度和架設(shè)時(shí)段。合龍段施工首先利用2臺(tái)架梁起重機(jī)起吊合龍段的2根主縱梁就位并與梁段ZL42用沖釘和工作螺栓初步連接，采用千斤頂進(jìn)行高差和軸線偏位調(diào)節(jié)；然后將合龍段(ZL43)主縱梁的一端與梁段ZL42使用高強(qiáng)螺栓連接，另一端與梁段ZL44通過鋼板使用角焊縫焊成整體的方案同步進(jìn)行施工；接著解除臨時(shí)限位約束，完成體系轉(zhuǎn)換；最后將臨時(shí)鎖定連接板更換為永久拼接板，安裝橫梁、小縱梁、穩(wěn)流板和預(yù)制橋面板，完成合龍施工。

3 中跨合龍關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1臨時(shí)荷載卸載

根據(jù)監(jiān)控指令要求，中跨合龍段兩側(cè)架梁起重機(jī)分別走行至前支點(diǎn)位于梁段ZL41和梁段ZL45中間橫梁上。錨固牢固后拆除橋面所有施工機(jī)具、施工廢料及其他雜物等臨時(shí)荷載。

3.1.2敏感性模擬分析

合龍前根據(jù)已施工完成的疊合梁結(jié)構(gòu)、斜拉索索力、合龍段施工工況，通過敏感性模擬分析以確定合龍段施工的最佳時(shí)段及具體施工組織。敏感性模擬分析包括溫度敏感性分析、對(duì)拉荷載敏感性分析、斜拉索索力敏感性分析等。

3.1.2.1溫度分析

1)根據(jù)實(shí)際施工條件顯示，磨刀門水道主航道橋中跨合龍時(shí)間為2020年6月初。通過查詢珠海近5年的氣象資料，得出珠海6月初最高溫度可達(dá)33℃，最低為26℃，日平均溫差為7℃。

2)中跨合龍段施工前48h連續(xù)測(cè)試合龍口間距、兩端高差及軸線偏位和溫度等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)3d實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)得結(jié)果：①14：00最高氣溫為32℃，合龍口間距最小；19：00到第2天4：00為26℃左右，合龍口間距相對(duì)穩(wěn)定且最大。②合龍口間距因溫差、日照、風(fēng)向、風(fēng)速等環(huán)境因素引起的間距變化約有15cm。

3.1.2.2合龍口調(diào)整

在合龍段ZL43節(jié)段的前3個(gè)節(jié)段架設(shè)過程中根據(jù)監(jiān)控指令逐步調(diào)整疊合梁線形(梁段ZL39～ZL42正常架設(shè)，梁段ZL44～ZL46配合匹配調(diào)整，以保證合龍口兩端鋼梁的標(biāo)高高差和軸線偏位)。合龍段施工時(shí)，通過斜拉索索力、倒鏈對(duì)拉措施來調(diào)整合龍口兩側(cè)梁段間的高差和軸線偏位。敏感性模擬分析鋼梁對(duì)拉需要的對(duì)拉力約為32kN，因此選用由φ20鋼絲繩及10t倒鏈組成的對(duì)拉設(shè)施。

1)軸線偏位調(diào)整 在合龍口兩側(cè)主縱梁對(duì)角線方向上設(shè)置對(duì)拉設(shè)施(見圖3)，通過拉動(dòng)設(shè)置在梁段ZL42和ZL44鋼主梁對(duì)角線方向上的對(duì)拉倒鏈，調(diào)整合龍口鋼梁軸線偏位偏差在2mm以內(nèi)。

圖3 軸線調(diào)整設(shè)置

2)高程與高差調(diào)整 首先通過精準(zhǔn)控制20號(hào)斜拉索的二次張拉索力，初步調(diào)整高程；然后張拉和放張斜拉索千斤頂控制錨杯的拔出量與回縮量，用以調(diào)整高程，實(shí)現(xiàn)合龍口兩側(cè)高差控制在5mm以內(nèi)。

索力調(diào)整和倒鏈對(duì)拉時(shí)，鋼梁的標(biāo)高和軸線偏位都會(huì)變化。重復(fù)上述2個(gè)工序，以倒鏈對(duì)拉調(diào)整為主、斜拉索索力調(diào)整為輔，最終將高差和軸線偏位控制在2mm以內(nèi)。

完成以上工作后，采用敏感性模擬分析軟件進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在保證線形和應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求的條件下，合龍過程溫度持續(xù)時(shí)間內(nèi)能滿足合龍段鋼梁安裝就位及鎖定連接所需時(shí)間；確定主縱梁合龍施工時(shí)段為19：00至次日4：00，其中起吊時(shí)間為19：00—20：00，合龍鎖定時(shí)間為20：00—24：00，臨時(shí)限位拆除時(shí)間為次日0：00—4：00。

3.2 匹配制造合龍段

首先，中跨合龍段ZL43預(yù)先在鋼梁加工廠按設(shè)計(jì)加長(zhǎng)15cm制造，在合龍口調(diào)整到位后，夜間測(cè)量(2h/次)合龍口兩側(cè)主縱梁頂板、腹板中部、底板間的相對(duì)距離。其次，利用敏感性模擬分析軟件計(jì)算出合龍段ZL43制造的準(zhǔn)確長(zhǎng)度(因橋梁線形、坡度、溫度、風(fēng)向等影響，合龍口尺寸為微小梯形形狀，測(cè)出合龍段頂板長(zhǎng)3.010m，腹板中部長(zhǎng)3.000m，底板長(zhǎng)2.990m)。最后，在鋼梁加工廠進(jìn)行精確配切。

3.3 合龍段安裝

3.3.1合龍段起吊及對(duì)接

采用2臺(tái)架梁起重機(jī)同時(shí)進(jìn)行中跨合龍段ZL43節(jié)間左、右2根主縱梁起吊和安裝(見圖4)，具體步驟如下。

圖4 架梁起重機(jī)起吊合龍段

1)起吊前，將主縱梁朝向8號(hào)墩方向的一端腹板拼接板、底板拼接板預(yù)拼在梁段ZL42主縱梁的端頭，僅臨時(shí)固定；將腹板拼接板預(yù)拼在合龍段ZL43主縱梁的端頭并臨時(shí)固定。

2)為保證兩側(cè)因應(yīng)力不等產(chǎn)生的線性變化，2臺(tái)架梁起重機(jī)同時(shí)起吊合龍段ZL43的2根主縱梁，使合龍段ZL43的2根主縱梁位于主縱梁軸線的外側(cè)，水平向內(nèi)平移與梁段ZL42和ZL44的主縱梁進(jìn)行對(duì)接。

3)溫度達(dá)到要求后，合龍段ZL43主縱梁和梁段ZL42進(jìn)行連接，并施工腹板高強(qiáng)螺栓。底板拼接板用30%的沖釘和工作螺栓與底板臨時(shí)固定。

4)高差及軸線調(diào)整到位后，對(duì)合龍段ZL43主縱梁和梁段ZL42之間的頂板、底板、肋板處的拼接板施擰高強(qiáng)螺栓。

3.3.2高差和軸線精調(diào)

1)高差調(diào)整 在標(biāo)高較低的一端設(shè)置簡(jiǎn)易反力座，反力座與縱梁頂板用6個(gè)高強(qiáng)螺栓連接；標(biāo)高較高的一端設(shè)置千斤頂，通過千斤頂頂升調(diào)節(jié)高差。

2)軸線調(diào)整 在線性凹側(cè)設(shè)置簡(jiǎn)易反力座與縱梁頂板用6個(gè)高強(qiáng)螺栓連接；凸側(cè)設(shè)置千斤頂，千斤頂著力于頂板側(cè)面，通過千斤頂頂升調(diào)節(jié)軸線偏差。

3.3.3臨時(shí)鎖定連接板施工

在合龍段吊裝前，事先將臨時(shí)錨固連接板安裝在合龍段(ZL43)主縱梁朝向9號(hào)墩方向的一端與縱梁ZL44的腹板上。

高差及軸線滿足設(shè)計(jì)要求后，根據(jù)敏感性模擬分析和現(xiàn)場(chǎng)施工狀況，梁段ZL43和ZL44臨時(shí)錨固連接板采用7塊14mm厚、尺寸為300mm×200mm的Q345b鋼板將通過焊腳高度hf=10mm的角焊縫焊接成整體(見圖5)。焊后將焊縫修磨勻順，清除焊渣，保證角焊縫均勻飽滿。

圖5 臨時(shí)鎖定連接板

3.3.4臨時(shí)限位拆除

在合龍段(ZL43)主縱梁臨時(shí)鎖定完成后，先解除6，7號(hào)墩的臨時(shí)支撐，將支點(diǎn)轉(zhuǎn)換到支座上；再解除8號(hào)墩的臨時(shí)鋼支墊和固結(jié)體系，拆除固結(jié)體系按割除精軋螺紋錨固系統(tǒng)、橫橋向臨時(shí)支撐、順橋向臨時(shí)支撐的順序施工。

3.3.5更換永久拼接板

1)匹配永久拼接板 首先提前將每塊永久拼接板9號(hào)墩側(cè)的孔位鉆完，拼接板長(zhǎng)度按加長(zhǎng)值Δ=100mm 制作。其次，臨時(shí)鎖定完成后，在拆除臨時(shí)限位荷載過程中同步使用專用測(cè)量?jī)x器測(cè)量主縱梁ZL43與ZL44連接處每塊拼接板頂板、腹板、肋板、底板的螺栓孔邊緣位置間的距離x(見圖6)，具體測(cè)得數(shù)據(jù)如表1所示。最后，通過測(cè)得的數(shù)據(jù)在工廠精確匹配制造永久拼接板的8號(hào)墩側(cè)孔位并在次日6：00前將匹配制造完成的拼接板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

圖6 螺栓孔邊緣位置間的距離x

表1 螺栓孔邊緣位置間的距離 mm

2)永久拼接板安裝 永久拼接板到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，立刻安裝。根據(jù)敏感性模擬分析，永久拼接板安裝按先頂板、底板、縱向肋板，再拆除腹板臨時(shí)錨固連接板更換為永久拼接板的順序進(jìn)行并施擰高強(qiáng)螺栓。

3.3.6橫梁及橋面板安裝

在永久拼接板安裝施工過程中，同步進(jìn)行橫梁、小縱梁安裝及預(yù)制橋面板疊合工作，完成主橋合龍施工。

4 結(jié)語(yǔ)

洪鶴大橋主橋中跨合龍段施工采用敏感性模擬分析和低溫定時(shí)合龍施工技術(shù)。實(shí)踐表明，合龍段主縱梁于2020年6月7日19：00開始起吊安裝，在次日18：00全部完成，總用時(shí)僅23h，合龍精度控制在1mm以內(nèi)，安全順利實(shí)現(xiàn)了高精度合龍。這一施工技術(shù)的成功實(shí)施，有效減少鋼梁溫度配切合龍的不確定性，提高合龍的準(zhǔn)時(shí)性和可靠性，且工藝簡(jiǎn)單可靠，降低了架設(shè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了疊合梁安裝精度。