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）連續組合梁+（2×30 m）預應力混凝土連續梁+40 m 簡支組合梁+（2×28 m+2×29 m）+（3×30 m）+（25 m+32 m+25 m）預應力混凝土連續梁+（4×23 m）鋼筋混凝土連續梁，總長754 m；橋梁上部結構標準寬度為13.75 m，小半徑加寬處寬度為16.7 m。采用獨柱+蓋梁式橋墩，標準橋寬處立柱采用2.2 m 圓柱；在小半徑加寬處，橫向加寬至2.8 m，蓋梁采用預應力混凝土蓋梁，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構、琴海東路改造工程存在上下立體交叉作業，橋梁下部為通關車輛道路，該聯采用跨徑組合（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，無法中斷交通，且場地條件受限，大型機械無法進入施工，無法采用傳統的吊裝施工[1]。經過討論后，項目確定采用55 m 極限半徑曲線差速頂推施工技術[2]。

3 臨時結構設計

3.1 導梁設計

此次頂推單側最大跨度達到44.6 m，為滿足頂推需要并盡量減小導梁質量，導梁設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梁質量，根部為方便與鋼箱梁連接，高度設計為2.5 m，采用腹板與鋼箱梁兩側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，兩側導梁對稱布置，導梁內外側設置半徑為49.3 m 和60.7 m 圓曲線，故內導梁中線弧長小于外導梁中線弧長。鋼箱梁上下表面分別設有4%、2%的橫坡，故導梁下翼緣設計為與鋼箱梁下表面相應2%的橫坡，以方便導梁與鋼箱梁的焊接和頂推設備的安放和支撐。

本導梁所有節段和橫梁為新加工，制作時要求與鋼箱梁一同施工制造，保證相應的曲率和板件與桿件的正確連接。導梁截面為工字形，根部導梁局部寬度增加并設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。導梁主梁節段之間采用現場焊接，導梁兩側分別分為3 個節段，導梁質量為51 t，最大分節質量5.6 t，最長節段長度為11.03 m。

3.2 拼裝平臺設計

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

1）拼裝平臺布置主要根據鋼箱梁頂推工藝確定，在R7 至R9 橋墩位置設置1#和2#拼裝平臺，1#拼裝平臺總長約25.4 m，橫向寬度約18 m；2#拼裝平臺總長約26.7 m，橫向寬度約18 m。

2）拼裝平臺頂面無坡度為平直，局部根據墊板調整適應鋼箱梁坡度變化。拼裝平臺主要由擴大基礎、鋼管樁、鋼管樁之間聯系、樁頂橫向分配梁和縱向分配梁等組成。鋼管樁基礎垂直荷載按鋼箱梁拼裝時最大支反力、結構自重及受力不均勻設計。

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、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；在縱向分配梁上設置工25b 型鋼分配梁，其上鋪設20 mm 厚鋼板，立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 擴大基礎，地基承載力不小于100 kN。

5）2#拼裝平臺的平聯、斜撐均采用C20a 槽鋼。立柱上部結構有兩種，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；在縱向分配梁上設置工25b 型鋼分配梁，其上鋪設面板厚20 mm 鋼板，立柱采用17.8 m×3.8 m×0.5 m 擴大基礎，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20 mm 厚鋼板，立柱采用17.8 m×1.8 m×0.5 m 擴大基礎，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 臨時墩設計

臨時墩作為頂推施工的承載結構，主要承受頂推施工的荷載，平面尺寸需滿足頂推施工設備安裝及操作需要。臨時墩主要由樁承臺基礎、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臺頂推設備，分離式臨時墩布置1 臺頂推設備。臨時墩的樁承臺基礎與拼裝平臺相同，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

設計臨時結構時，為確保高空作業安全需設置操作平臺。操作平臺設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 步履式頂推設備

頂推施工時設備應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，具有一定的豎向調節能力（不小于30 cm）及水平糾偏能力（不小于5 cm）。綜合考慮設計、頂推同步性、頂推支撐豎向力及頂推不平衡水平力等要求，結合本橋結構形式，施工時采用步履式平移頂推設備進行施工，全橋共投入18 臺頂推設備，其中包括8 臺400 t 頂推設備和10 臺600 t 頂推設備。

4 頂推施工流程

1）步驟一：（1）拼裝平臺和臨時墩搭設完成后，安裝導梁及頂推設備；（2）在臨時墩上對400 t 頂推設備進行調試，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：將第一節段45.55 m 鋼箱梁和鋼導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梁腹板始終在頂推設備縱向中心線±50 mm 范圍內，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梁腹板始終在頂推設備縱向中心線±50 mm 范圍內，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#頂推支架上逐節拆除導梁，頂推過程中保證箱梁和導梁腹板始終在頂推設備縱向中心線±50 mm 范圍內，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計里程，根據現場測量數據，對鋼箱梁進行橫向糾偏，精確頂推到位后落梁。

5 曲線頂推關鍵技術

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鍵技術[3]包括以下幾點。

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

2）采用差速頂推法。差速頂推即保證箱梁內外側運動角速度相同，線速度不同，外側頂推設備速度與內側頂推設備速度比為121∶100。

3）橫向糾偏。頂推施工過程中，當箱梁腹板偏離設計腹板線型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，以保證曲線頂推技術的順利實施。

6 施工監控控制原則

鋼箱梁頂推過程是結構體系不斷轉換的過程，這個過程中箱梁的整體及局部受力復雜，在諸多外因與內因的共同作用下，不僅使頂推結果具有不確定性，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直接影響到頂推施工的平穩性以及頂推精度，對施工過程進行監控就是為了消除不確定性，保證施工安全和施工質量[4]，主要有以下幾點：（1）確保頂推過程中箱梁穩定，不會出現傾覆現象；（2）確保頂推過程中箱梁局部受力合理，不會出現局部變形的現象；（3）確保頂推過程中支墩受力不超出預警范圍；（4）監控鋼箱梁線型、空間及軸線位置；（5）監控頂推過程中各臨時墩及支撐位置墊板高度及調整情況。

7 結語

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，通過精準的設計、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、施工精度控制及監控原則并總結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。