超寬斜底鋼箱梁步履頂推施工技術

繆玉盧

中鐵大橋局集團第四工程有限公司 江蘇 南京 210031

1 概述

濱海灣大橋處于東莞市濱海灣新區規劃內灣以及濱海景觀長廊的重要節點位置，上跨磨碟河入海口，是聯系濱海灣新區交椅灣板塊的重要通道。濱海灣大橋是目前已建成國內跨度最大的獨柱塔扭索面鋼箱梁斜拉橋，已成為東莞新地標。濱海灣大橋設計采用塔梁固結的剛構體系，橋長520m，橋寬60m，雙向八車道，主橋跨徑組合(60+200+200+60)m。

圖1 濱海灣大橋主橋布置示意

主梁采用分幅式鋼箱梁，標準節段長9m，主梁高3.5m（中心線處，外輪廓），總寬度60m（含人行道及風嘴），頂板寬17.8m，底板寬9.68m，風嘴錨箱寬3m，大挑臂4.6m。標準梁段頂板厚度16mm，根據受力需要，在索塔、輔助墩附近區域采用30mm厚度。不同厚度頂板對接時，頂板內側保持齊平。標準梁段底板厚14mm，內（外）斜底板厚16（14）mm。近塔位置梁段應力較大，底板及斜底板厚度相應逐漸增加，最大厚30mm。標準梁段外腹板厚30mm，標準梁段內腹板厚16mm。頂板、底板、斜底板縱向采用U形加勁，內外腹板及頂板邊角采用板式加勁[1]。

鋼梁梁底縱向呈圓曲線，坡度由0.9%過渡至2.45%，橫斷面外側風嘴底板傾斜設置，傾斜角度8.3°。

圖2 主橋鋼梁標準節段三維結構圖

2 總體施工方案

橋區位于入海口，每年臺風多發，設計風速達32.6m/s，施工過程抗風要求高。入海口潮汐影響明顯，橋下為灘涂地，漲潮水淺，橋下空間小，起重設備受限。斜拉索呈扭索面，鋼梁架設無法按常規雙懸臂對稱實施，結合國內同類型橋梁施工經驗[2-9]，最終采用步履式千斤頂進行頂推安裝。鋼梁總體以主塔塔梁固結區為分界，大小里程的主跨、邊跨分別在陸地拼裝呈整體后向跨中方向進行頂推，在主塔區分別完成合龍。根據拼裝區大小采用節段橫向分塊、多節段組拼，橫向拼成整體后進行全幅頂推的施工工藝，縱向多輪次重復直至鋼梁全部拼裝完成。

3 斜底面頂推施工關鍵技術

3.1 頂推系統設計

3.1.1 拼裝區

在兩岸陸地分別設置鋼梁拼裝支架，單個拼裝支架平面尺寸45m×51m；拼裝支架由鋼管樁、連結系、分配梁、貝雷梁及連接構件組成；拼裝區支架縱坡按照鋼梁最大縱坡2.45%設置，前期鋼梁縱坡小，通過增加墊塊調整拼裝區縱坡，以適應不斷變化的梁底縱坡。

3.1.2 頂推支架

單組頂推支架采用四肢鋼管柱框架結構，對稱橋梁中心線布置，橫橋向間距13.6+18.6+13.6m，縱橋向間距5.0m，東側每個頂推支墩中心距為55m，西側40m～57m。鋼管柱規格φ820*10mm。豎向間隔3m設置一道連接系，以保證支架穩定。立柱頂部設橫縱向箱型分配梁，形成頂推施工平臺。

圖3 頂推支架橫斷面布置圖

根據鋼梁局部板單元模型分析，單幅鋼梁內外側臨時墩支點反力存在差異[10]。根據梁單元最大支反力工況計算，板單元模型分析外側邊支點反力為5760kN，內側中支點反力5252kN。鋼箱梁橫向剛度大，支點抄墊敏感性高，中支點約8%/mm，即42t/mm；邊支點約3%/mm，即16t/mm。鋼梁頂推加勁板有效應力230MPa，剪應力122MPa。

3.1.3 導梁設計

頂推支墩縱橋向最大跨度55m，為降低頂推過程鋼梁應力及減小懸臂變形影響，鋼梁頂推方向前端設置變高度導梁，導梁長37.2m，使前端的撓度最小化便于控制頂推過程中鋼梁變形。外側導梁底部為平面，與鋼梁斜底板存在70cm高差。導梁拼裝前，需要提前在每組臨時墩旁布置平臺，用于存放斜墊塊，頂推后導梁前進，再通過橫移裝置及便攜式千斤頂來移動抬升斜墊塊。

圖4 頂推導梁結構圖

導梁加工時共分4個節段，與鋼梁連接部分及鋼梁外2m在鋼梁場內加工，與鋼梁加工成整體后進場，其余三部分按節段加工成型后拼裝成整體，鋼梁外2m部分與其他部分采用坡口焊接，構件在場內開好坡口，現場焊接成型。

3.1.4 頂推裝置設計

頂推設備主要包括三向千斤頂、頂帽平墊塊、斜墊板、鋼管混凝土臨時支墩、橡膠墊板、輔助千斤頂。在千斤頂倒頂時，鋼梁底板落在前后兩個臨時支墩上，頂推施工時，中間千斤頂起頂后將鋼梁頂起，與臨時支墩脫空。

在前后兩個臨時支墩中間布置三向千斤頂，臨時支墩頂面、斤頂頂帽根據梁底坡度設置楔形鋼墊塊，楔形鋼墊塊頂面鋪橡膠墊板，摩擦系數大于0.15。通過鋼墊塊與橡膠板、橡膠板與鋼梁底的摩擦力形成自鎖，無水平外力傳導至支架。從而克服鋼梁底8.3°傾斜的影響，利用前后臨時支墩及千斤頂頂面抄墊差以適應鋼梁底部縱向坡度由0.9%至2.45%的變化。

圖5 頂推裝置結構圖（側立面、正立面）

3.2 斜面頂推施工技術

濱海灣大橋主橋鋼梁頂推在東、西岸兩側設置拼裝區，采取兩側往中間頂推。

圖6 鋼梁安裝總體示意

根據鋼梁的結構特點，為保證頂推支墩受力均勻并充分發揮主體結構腹板的剛度，減少鋼梁臨時加勁結構。將外側頂推點布置于斜底板上，利用斜腹板作為頂推加勁，鋼梁斜底板角度8.3°。在鋼墊塊與鋼梁底板之間設置橡膠板，摩擦系數不小于0.15，通過鋼墊塊與橡膠板、橡膠板與鋼梁底的摩擦力形成自鎖，無水平外力傳導至支架。鋼梁斜墊塊除了適應橫向8.3°的斜坡，還適應梁底縱向坡度由0.9%漸變至2.45%。

圖7 斜面頂推實物照片

3.3 合龍口鎖定及偏差調整

將鋼梁頂推到設計位置后，通過頂推系統的三向調節裝置及碼板等措施調節合龍口兩端鋼梁的高程、平面位置、線型等。在夜間低溫溫度時段內，精調邊跨側接口姿態，使其與塔梁固結段接口完全匹配，并通過臨時連接件將合龍口鎖定后進行焊接，完成全橋鋼箱梁合龍。

4 結語

濱海灣大橋作為東莞市的新地標性建筑，建設過程標準高。大橋橋面寬，橫向剛度大，根據鋼梁結構特點，采用步履式頂推施工方案，在塔柱施工期間同步施工主橋鋼梁，并利用頂推設備進行成橋精調。通過摩擦自鎖結構解決頂推面橫坡及縱坡帶來的影響，做到頂推全過程自平衡，以減小支架水平荷載，降低成本。鋼梁采用主動合龍方式，合龍口面板無需設置合龍段，施工快速高效。鋼梁合龍完成后，結構線形與成橋線形接近，結構基本處于無應力狀態，為扭索面拉索快速安裝奠定基礎。大橋于2021年12月雙邊零誤差合龍，2022年6月建成通車。