橫琴口岸蓮花大橋小半徑曲線橋鋼箱梁頂推施工

魏小強，楚興華，陳之，孫壯，李士聰

（1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 珠海 519000；2.大橫琴股份有限公司，廣東 珠海 519060）

1 工程概況

新建蓮花大橋入境匝道采用（2×20 m）+（4×33.5 m）+（32 m+38 m+32 m）連續(xù)組合梁+（2×30 m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+40 m 簡支組合梁+（2×28 m+2×29 m）+（3×30 m）+（25 m+32 m+25 m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+（4×23 m）鋼筋混凝土連續(xù)梁，總長754 m；橋梁上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)寬度為13.75 m，小半徑加寬處寬度為16.7 m。采用獨柱+蓋梁式橋墩，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)捥幜⒅捎?.2 m 圓柱；在小半徑加寬處，橫向加寬至2.8 m，蓋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，樁基采用鉆孔灌注樁。

2 施工難點

蓮花大橋入境匝道R2～R9 橋跨鋼箱梁與查驗場板結(jié)構(gòu)、琴海東路改造工程存在上下立體交叉作業(yè)，橋梁下部為通關(guān)車輛道路，該聯(lián)采用跨徑組合（2×20 m）+（4×33.5 m）+（32 m+38 m+32 m）+（1×40 m）的連續(xù)鋼箱梁，鋼箱梁底面橫橋向坡度為2%，豎向成橋具有豎曲線，平曲線半徑55 m。由于需要保證24 h 通關(guān)，無法中斷交通，且場地條件受限，大型機械無法進入施工，無法采用傳統(tǒng)的吊裝施工[1]。經(jīng)過討論后，項目確定采用55 m 極限半徑曲線差速頂推施工技術(shù)[2]。

3 臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 導(dǎo)梁設(shè)計

此次頂推單側(cè)最大跨度達到44.6 m，為滿足頂推需要并盡量減小導(dǎo)梁質(zhì)量，導(dǎo)梁設(shè)計長度為最大跨度的0.7 倍左右，梁型采用變剛度變截面工字梁以減小導(dǎo)梁質(zhì)量，根部為方便與鋼箱梁連接，高度設(shè)計為2.5 m，采用腹板與鋼箱梁兩側(cè)腹板對接焊接外貼焊接補強板的形式，下翼板與鋼箱梁底板對齊連接，上翼板高于鋼箱梁頂板并將腹板一同向縱橋向延伸一定長度焊接。

轉(zhuǎn)角處采用焊接工藝孔過度。由于匝道中心半徑R=55 m圓曲線影響，兩側(cè)導(dǎo)梁對稱布置，導(dǎo)梁內(nèi)外側(cè)設(shè)置半徑為49.3 m 和60.7 m 圓曲線，故內(nèi)導(dǎo)梁中線弧長小于外導(dǎo)梁中線弧長。鋼箱梁上下表面分別設(shè)有4%、2%的橫坡，故導(dǎo)梁下翼緣設(shè)計為與鋼箱梁下表面相應(yīng)2%的橫坡，以方便導(dǎo)梁與鋼箱梁的焊接和頂推設(shè)備的安放和支撐。

本導(dǎo)梁所有節(jié)段和橫梁為新加工，制作時要求與鋼箱梁一同施工制造，保證相應(yīng)的曲率和板件與桿件的正確連接。導(dǎo)梁截面為工字形，根部導(dǎo)梁局部寬度增加并設(shè)置橫縱加勁肋保證與鋼箱梁之間連接的剛度和強度，翼緣局部加寬與底板對接。導(dǎo)梁主梁節(jié)段之間采用現(xiàn)場焊接，導(dǎo)梁兩側(cè)分別分為3 個節(jié)段，導(dǎo)梁質(zhì)量為51 t，最大分節(jié)質(zhì)量5.6 t，最長節(jié)段長度為11.03 m。

3.2 拼裝平臺設(shè)計

主要用于鋼箱梁分段后現(xiàn)場逐節(jié)焊接、安裝的平臺，拼裝平臺設(shè)計考慮施工工藝、鋼箱梁分段和拼裝需求。工廠化加工，驗收合格后運至現(xiàn)場拼裝，拼裝平臺設(shè)計主要考慮以下要點。

1）拼裝平臺布置主要根據(jù)鋼箱梁頂推工藝確定，在R7 至R9 橋墩位置設(shè)置1#和2#拼裝平臺，1#拼裝平臺總長約25.4 m，橫向?qū)挾燃s18 m；2#拼裝平臺總長約26.7 m，橫向?qū)挾燃s18 m。

2）拼裝平臺頂面無坡度為平直，局部根據(jù)墊板調(diào)整適應(yīng)鋼箱梁坡度變化。拼裝平臺主要由擴大基礎(chǔ)、鋼管樁、鋼管樁之間聯(lián)系、樁頂橫向分配梁和縱向分配梁等組成。鋼管樁基礎(chǔ)垂直荷載按鋼箱梁拼裝時最大支反力、結(jié)構(gòu)自重及受力不均勻設(shè)計。

3）拼裝平臺的立柱采用φ609 mm×16 mm 鋼管樁，順橋向最大間距為7.65 m，橫橋向間距為4 m。考慮鋼梁的平曲線影響，拼裝平臺樁位的布置沿曲線布置。

4）1#拼裝平臺的平聯(lián)、斜撐均采用C20a 槽鋼；立柱頂面橫橋向布置2 根工63c 型鋼分配梁，其上縱橋向布置18 排貝雷梁作為拼裝承重梁；在縱向分配梁上設(shè)置工25b 型鋼分配梁，其上鋪設(shè)20 mm 厚鋼板，立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 擴大基礎(chǔ)，地基承載力不小于100 kN。

5）2#拼裝平臺的平聯(lián)、斜撐均采用C20a 槽鋼。立柱上部結(jié)構(gòu)有兩種，一種是貝雷梁作為拼裝承重梁，一種是工36c 型鋼作為拼裝承重梁。貝雷梁作為拼裝承重梁的拼裝平臺，立柱頂面橫橋向布置2 根工63c 型鋼分配梁，其上縱橋向再布置18 排貝雷梁作為拼裝承重梁；在縱向分配梁上設(shè)置工25b 型鋼分配梁，其上鋪設(shè)面板厚20 mm 鋼板，立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 擴大基礎(chǔ)，地基承載力不小于100 kN。采用工36c 型鋼作為拼裝承重梁的拼裝平臺，立柱頂面橫橋向布置2 根工63c 型鋼分配梁，其上縱橋向再布置工36c 型鋼作為拼裝承重梁，間距為500 mm，其上鋪設(shè)20 mm 厚鋼板，立柱采用17.8 m×1.8 m×0.5 m 擴大基礎(chǔ)，地基承載力不小于100 kN，拼裝平臺布置如圖1 所示。

圖1 拼裝平臺立面布置圖（單位：mm）

3.3 臨時墩設(shè)計

臨時墩作為頂推施工的承載結(jié)構(gòu)，主要承受頂推施工的荷載，平面尺寸需滿足頂推施工設(shè)備安裝及操作需要。臨時墩主要由樁承臺基礎(chǔ)、鋼管樁、樁間連接系、樁頂橫向分配梁和縱向分配梁等組成，臨時墩基礎(chǔ)垂直荷載按鋼箱梁頂推時最大支反力、臨時墩自重及受力不均勻情況設(shè)計。

臨時墩主要分為整體式和分離式。整體式臨時墩布置2臺頂推設(shè)備，分離式臨時墩布置1 臺頂推設(shè)備。臨時墩的樁承臺基礎(chǔ)與拼裝平臺相同，立柱為φ609 mm×16 mm 鋼管，順橋向最大間距為3.5 m，橫橋向最大間距為11.4 m。立柱間采用C20a 槽鋼連成整體以保證鋼管穩(wěn)定性，立柱頂面橫向布置2根工63c 型鋼，橫梁上縱向布置5 根HM588 mm×300 mm 型鋼作為頂推承重梁。臨時墩平面布置圖如圖2 所示。

圖2 臨時墩平面布置圖（單位：mm）

3.4 安全操作平臺

設(shè)計臨時結(jié)構(gòu)時，為確保高空作業(yè)安全需設(shè)置操作平臺。操作平臺設(shè)計主要考慮以下幾點：（1）人員通行方便；（2）鋼箱梁拼裝和焊接方便；（3）頂推設(shè)備、泵站和控制線路的安裝、操作、檢查、維護的方便。

3.5 步履式頂推設(shè)備

頂推施工時設(shè)備應(yīng)滿足最大豎向承載力355 t，鋼箱梁順橋向均勻擴散長度不小于600 mm，頂推施工過程中由鋼箱梁中腹板受力，底板不受力，具有一定的豎向調(diào)節(jié)能力（不小于30 cm）及水平糾偏能力（不小于5 cm）。綜合考慮設(shè)計、頂推同步性、頂推支撐豎向力及頂推不平衡水平力等要求，結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)形式，施工時采用步履式平移頂推設(shè)備進行施工，全橋共投入18 臺頂推設(shè)備，其中包括8 臺400 t 頂推設(shè)備和10 臺600 t 頂推設(shè)備。

4 頂推施工流程

1）步驟一：（1）拼裝平臺和臨時墩搭設(shè)完成后，安裝導(dǎo)梁及頂推設(shè)備；（2）在臨時墩上對400 t 頂推設(shè)備進行調(diào)試，檢查傳感器是否工作正常；（3）檢查各頂推面是否全部脫開。

2）步驟二：將第一節(jié)段45.55 m 鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁在拼裝支架和臨時墩位置焊接成整體。

3）步驟三：將鋼箱梁向前曲線頂推60 m，采用差速頂推，頂推過程中保證箱梁和導(dǎo)梁腹板始終在頂推設(shè)備縱向中心線±50 mm 范圍內(nèi)，每頂推3 個行程修正一次橫向位置。

4）步驟四：在拼裝支架上拼裝57.35 m 鋼箱梁焊接成整體。

5）步驟五：將鋼箱梁向前曲線頂推60 m，采用差速頂推，頂推過程中保證箱梁和導(dǎo)梁腹板始終在頂推設(shè)備縱向中心線±50 mm 范圍內(nèi)，每頂推3 個行程修正一次橫向位置。

6）步驟六：在拼裝支架上拼裝60.6 m 鋼箱梁焊接成整體。

7）步驟七：將鋼箱梁向前曲線頂推35 m，采用差速頂推，在8#頂推支架上逐節(jié)拆除導(dǎo)梁，頂推過程中保證箱梁和導(dǎo)梁腹板始終在頂推設(shè)備縱向中心線±50 mm 范圍內(nèi)，每頂推3個行程修正一次橫向位置。

8）步驟八：在拼裝支架上拼裝38 m 鋼箱梁焊接成整體。

9）步驟九：將鋼箱梁向前曲線頂推到設(shè)計里程，根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，對鋼箱梁進行橫向糾偏，精確頂推到位后落梁。

5 曲線頂推關(guān)鍵技術(shù)

為保證頂推施工過程中箱梁始終保證腹板受力，且箱梁按設(shè)計線型頂推到位，R2～R9 段箱梁需按曲線進行頂推，曲率半徑為55 m。保證箱梁曲線頂推的關(guān)鍵技術(shù)[3]包括以下幾點。

1）導(dǎo)梁中心線曲率半徑設(shè)置為55 m。導(dǎo)梁與箱梁曲率半徑相同，保證箱梁與導(dǎo)梁在頂推過程中按照相同的曲率進行完全頂推，防止導(dǎo)梁上墩時，導(dǎo)梁腹板超出頂推設(shè)備情況。

2）采用差速頂推法。差速頂推即保證箱梁內(nèi)外側(cè)運動角速度相同，線速度不同，外側(cè)頂推設(shè)備速度與內(nèi)側(cè)頂推設(shè)備速度比為121∶100。

3）橫向糾偏。頂推施工過程中，當(dāng)箱梁腹板偏離設(shè)計腹板線型30 mm 時，即對箱梁進行橫向糾偏，保證箱梁腹板始終處于正常的運動軌跡內(nèi)，以保證曲線頂推技術(shù)的順利實施。

6 施工監(jiān)控控制原則

鋼箱梁頂推過程是結(jié)構(gòu)體系不斷轉(zhuǎn)換的過程，這個過程中箱梁的整體及局部受力復(fù)雜，在諸多外因與內(nèi)因的共同作用下，不僅使頂推結(jié)果具有不確定性，更使得頂推過程的危險性提高，例如，頂推過程中箱梁的整體姿態(tài)直接影響到頂推施工的平穩(wěn)性以及頂推精度，對施工過程進行監(jiān)控就是為了消除不確定性，保證施工安全和施工質(zhì)量[4]，主要有以下幾點：（1）確保頂推過程中箱梁穩(wěn)定，不會出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象；（2）確保頂推過程中箱梁局部受力合理，不會出現(xiàn)局部變形的現(xiàn)象；（3）確保頂推過程中支墩受力不超出預(yù)警范圍；（4）監(jiān)控鋼箱梁線型、空間及軸線位置；（5）監(jiān)控頂推過程中各臨時墩及支撐位置墊板高度及調(diào)整情況。

7 結(jié)語

橫琴口岸蓮花大橋改造鋼箱梁平曲線半徑55 m，為目前國際最小半徑鋼箱梁頂推施工，通過精準(zhǔn)的設(shè)計、過程精確控制完成曲線段頂推施工，通過對小半徑曲線橋極限半徑鋼箱梁頂推組成部分及“差速頂推”施工工藝介紹，明確施工中注意要點、施工精度控制及監(jiān)控原則并總結(jié)形成了一套完整的小半徑曲線橋極限半徑頂推施工工藝，為今后類似橋梁施工提供借鑒。