寧波中興大橋鋼箱梁主跨合龍技術(shù)

江 震

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 概 述

寧波中興大橋為一跨過江矮塔斜拉橋，跨徑布置為（64+86+400+86+64）m（見圖 1），橋?qū)?29 m，采用塔梁固結(jié)，塔墩分離結(jié)構(gòu)體系。為了提高邊跨的錨固作用和中跨的跨越能力，靠近橋塔處的33.5 m邊跨主梁與中跨400 m主梁為鋼箱梁，邊跨64 m主梁與次邊跨全跨52.5 m主梁為鋼-混組合箱梁，合計長116.5 m。梁頂寬29 m，底寬20 m，主梁截面高度從4.5 m拋物線變化至10.5 m，人非結(jié)構(gòu)懸臂布置于下層，寬5.5 m。主梁橫斷面如圖2所示。主塔塔高受限于北部機場60 m航空限高，采用鋼結(jié)構(gòu)V形塔。全橋斜拉索采用單索面布置，共36對，邊跨索距9 m，中跨12 m，斜拉索呈扇形布置，中跨拉索最小傾角為13°。

圖1 中興大橋主橋總體立面布置圖（單位：m）

圖2 主梁標準斷面圖（單位：cm）

該橋邊跨組合梁、鋼梁節(jié)段及中跨1～3節(jié)段浮吊吊裝后，采用軌道滑移安裝就位，中跨鋼箱梁4～16節(jié)段采用懸臂拼裝方案施工。其中，軌道滑移段共187 m，包含22個節(jié)段[邊跨16節(jié)段，0#段（細化為3段）和中跨3節(jié)段]；懸臂拼裝段共132 m，包括13個標準節(jié)段（長均為12 m，南北岸節(jié)段編號分別為 LZS4～LZS16、LZN4～LZN16） 以及 1 個合龍段（長為14 m，節(jié)段編號為LZM）。該橋鋼梁采用了梁廠標準化生產(chǎn)，現(xiàn)場懸臂拼裝及軌道滑移安裝的施工方案。中跨合龍施工是該橋懸臂施工中的主要難點，針對該單索面矮塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點，本文主要介紹該橋中跨鋼梁的合龍技術(shù)。

2 合龍施工難點

中跨有索區(qū)主梁采用懸臂拼裝施工，主梁懸臂施工至LZS（N）16號節(jié)段后，采用臨時索輔助進行中跨合龍（合龍段長14.0 m）。在該橋合龍施工中，主要有以下難點：

（1）懸臂施工長度大（中跨懸臂施工長193 m），斜拉索傾角小，橋梁線形控制難度大。

（2）雙層橋斷面大，合龍控制點較多（單側(cè)12個）。

（3）江上作業(yè)合龍施工影響因素多。溫度、濕度、風(fēng)力及日照均對合龍口有較大影響，且合龍觀測及施工受雨、霧天氣影響。

（4）節(jié)段匹配采用焊接+栓接的施工工藝，對合龍段空間尺寸及位置精度要求高。

3 合龍施工技術(shù)

3.1 合龍施工步驟

根據(jù)前期懸臂施工控制成果可知，結(jié)構(gòu)變形實測值與理論值基本吻合，最大誤差小于5%。因此中跨采用配切合龍的方法進行合龍施工。中跨合龍施工步驟如下：

（1）主梁懸臂施工至 LZS（N）16號節(jié)段，完成16號節(jié)段處臨時斜拉索張拉（以懸臂端高程控制為準）。

（2）合龍口連續(xù)48 h觀測，觀測頻率為2 h。采用坐標觀測和鋼尺兩種方式測量合龍口間距各測控點高程，合龍口觀測點的布置如圖3所示。

圖3 合龍口觀測點布置示意圖（單位：m）

（3）根據(jù)觀測結(jié)果，確定合龍段LZM的配切量。為保證合龍段順利吊入，采用楔形合龍口，16#梁段底板單元比頂板單元理論尺寸小50 mm，內(nèi)外腹板采用楔形。對合龍段進行量配，合龍口匹配示意如圖4所示[2]。

圖4 合龍口匹配示意圖

（4）采用兩臺橋面吊機將合龍段吊裝至設(shè)計位置，進行標高及平面位置的調(diào)整。待各工藝項點滿足工藝要求后，立即采用加強件進行臨時鎖定，并進行環(huán)縫的馬板固定。

（5）合龍段臨時鎖定及馬固完成后，解除北岸主墩支座處的縱向約束，完成體系轉(zhuǎn)換。

（6）快速同步焊接合龍段兩側(cè)焊縫。

3.2 關(guān)鍵合龍技術(shù)

3.2.1 免壓重合龍觀測

中興大橋中跨合龍段長14 m，重284 t。因合龍段重量較大，若采用配重觀測則工序多、難度大、工期長?；谇捌诟呔鹊木€形控制成果，在中跨合龍時分別采用以下免壓重合龍觀測方案：通過變形預(yù)測，結(jié)合免壓重觀測結(jié)果，計算得到合龍段起吊后懸臂端高程、斷面傾角。

中跨合龍段起吊后，實測16#段懸臂段前端的高程與轉(zhuǎn)角變化量分別為-301 mm和0.00387。與預(yù)測高程變化量（-320 mm）相比，高程誤差為-5.9%，與預(yù)測轉(zhuǎn)角變化量（0.00403）相比，轉(zhuǎn)角誤差為-4.0%。結(jié)果表明，次邊跨合龍段免壓重合龍觀測的預(yù)測變形誤差小，滿足要求。

3.2.2 合龍段精細配切

由于梁段制造及安裝過程中的誤差，懸臂段的軸線、樁號及斷面傾角實測值與理論值均存在一定偏差。合龍前均需要根據(jù)南北兩側(cè)合龍口實際空間尺寸對合龍段進行配切。常規(guī)的配切方法是直線配切，即確定配切長度后以垂直于橋面中線的直線進行配切[1]。以南岸懸臂段（LBS16）底板為例，采用直線配切時，其平面配切示意如圖5（a）所示。當(dāng)中腹板處最小焊縫寬度為10 mm時，邊腹板處最大焊縫寬度為19 mm，不能滿足焊縫寬度要求（根據(jù)焊縫受力情況及合龍段嵌入施工難度，確定的合龍段焊縫寬度為10～15 mm）。因此合龍段配切時需要考慮橫向尺寸誤差的影響，根據(jù)懸臂段（LBS16）實際橫向尺寸誤差，提出折線配切方法，即確定配切基準長度（合龍段中線長度），綜合考慮各控制位置預(yù)測焊縫寬度，采用以配切基準長度端點為交點的折線進行配切。采用折線配切時，南岸懸臂段（LBS16）底板的平面配切示意如圖5（b）所示。采用折線配切，4道腹板處的焊縫寬度均為10 mm，小于采用直線配切時的最大焊縫寬度19 mm，滿足焊縫寬度要求。采用折線配切方法可實現(xiàn)合龍口精確控制。

選定6℃為合龍溫度，根據(jù)合龍口的觀測數(shù)據(jù)，考慮各因素影響，確定修正后的合龍段控制長度為

式中：L0為南北合龍口各測點之間的實測長度；Δ1為合龍段吊裝變形對合龍口寬度的修正值；Δ2為兩側(cè)焊縫寬度總修正值（20 mm）。采用折線配切方法對合龍段進行精細配切，切割完成后，最大焊縫寬度為13 mm。

圖5 合龍段直線配切與折線配切示意圖（單位：mm）

3.2.3 合龍段臨時鎖定

為保證主梁順利合龍，必須考慮臨時鎖定裝置，即待主梁間的橫向、豎向錯位調(diào)整完成后，將合龍段主梁與南北側(cè)16#懸臂段主梁用對拉螺栓的方法進行臨時鎖定，使其形成整體，以保證合龍段在焊接過程中焊縫間隙不發(fā)生變化。臨時鎖定是在合龍段及16#懸臂段的頂板、底板增加臨時拼接板（對拉螺桿底座），待橫豎向錯位調(diào)整后即將采用螺栓進行快速固定。頂板、底板臨時鎖定結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 臨時鎖定結(jié)構(gòu)示意圖

合龍段與懸臂段臨時鎖定后，解除北岸主墩支座處的縱向約束，完成體系轉(zhuǎn)換[3]。主梁在溫度變化下自由伸縮，在各墩位處產(chǎn)生摩擦力轉(zhuǎn)化為臨時鎖定處主梁所受軸力，故在臨時鎖定設(shè)計時，需根據(jù)單側(cè)主梁所產(chǎn)生的摩擦力計算螺栓數(shù)量及尺寸，進而合理布置螺栓孔位。該橋單懸臂側(cè)主梁產(chǎn)生最大摩擦力為850 t，考慮1.2倍安全系數(shù)，經(jīng)計算 56 mm連接螺栓數(shù)量不少于20個，采用普通螺栓，材質(zhì)為45#鋼，不考慮螺栓與摩擦面的影響。

4 結(jié) 語

通過采用多項技術(shù)措施，寧波中興大橋鋼箱梁合龍工作進展順利，自梁段起吊到環(huán)縫臨時鎖定完成僅用時不到4 h。該橋主梁合龍后，合龍口最大高差分別為6 mm，軸線偏差在9 mm以內(nèi)，焊縫寬度10～17 mm。安裝線形、合龍口間隙、環(huán)縫錯邊量、橋軸線偏差等工藝項點均滿足標準要求。

由于該橋合龍施工監(jiān)控計算準確、施工組織周密，合龍施工時沒有出現(xiàn)二次切割，沒有依靠斜拉或配重等輔助措施，在沒有借助任何輔助措施的條件下實現(xiàn)了高精度的自然合龍（見圖7）。

圖7 中興大橋中跨合龍完成