組合梁斜拉橋技術創(chuàng)新

華曉燁

摘 要：文章以南京江心洲長江大橋為依托，介紹了組合梁斜拉橋建設中的結構、工藝及設備創(chuàng)新。鋼殼-混凝土組合索塔關鍵技術、粗骨料活性粉末混凝土組合結構及工業(yè)化建造技術等技術創(chuàng)新的應用，有效推動了大跨徑組合梁斜拉橋建設水平的提升。

關鍵詞：南京江心洲長江大橋;組合梁斜拉橋;創(chuàng)新

1 工程概況

南京江心洲長江大橋位于南京長江三橋下游約5km、南京長江大橋上游約13 km處，是205國道和312國道的過江通道，同時也是南京“高快速路系統(tǒng)”中繞城公路的重要組成部分。路線起于寧合高速五里橋互通，向東南方向跨越長江主航道至江心洲，其中跨江主橋長4134m，為縱向鉆石型索塔中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，索塔為鋼-混凝土組合索塔，主梁為粗骨料活性粉末混凝土為橋面板的流線型扁平整體箱型組合梁。江心洲長江大橋于2017年5月開工建設，2020年12月建成通車。

2 工程特點

南京江心洲長江大橋采用了多項世界或國內(nèi)首創(chuàng)技術，施工工藝復雜、技術創(chuàng)新多。索塔采用鋼-混凝土組合索塔結構，為世界首創(chuàng)。索塔縱向為鉆石型索塔，橫向為獨柱塔，中索塔承臺以上高177.4米，邊索塔承臺以上高169.7米，鋼殼部分為雙壁異形箱型附筋鋼結構，索塔基礎采用鉆孔灌注樁基礎，有效解決了多跨斜拉橋中塔穩(wěn)定性等問題。主梁采用粗骨料活性粉末混凝土為橋面板的流線型扁平整體箱型組合梁，組合梁全寬35.6米，是世界上首次采用粗骨料活性粉末混凝土橋面板結構的大跨徑斜拉橋。

3 技術創(chuàng)新

3.1鋼殼-混凝土組合索塔關鍵技術

南京江心洲長江大橋索塔建設首創(chuàng)了鋼殼-混凝土組合索塔的理念，將鋼結構索塔的工廠化制造及架設工藝與混凝土索塔所具有的優(yōu)良抗彎、壓剛度相結合，研發(fā)了結構性能優(yōu)、工業(yè)化程度高、建造速度快的鋼殼-混凝土組合索塔，在組合索塔受力機理、設計技術、施工技術等方面取得了重要突破。

（1）首創(chuàng)了以縱橫雙向鋼筋混凝土榫群為剪力連接件、鋼殼與混凝土協(xié)同受力、共同工作的鋼殼-混凝土組合索塔。鋼殼-混凝土組合索塔由雙層附筋鋼殼與填充于鋼殼之間的混凝土組合成協(xié)同受力的整體結構，鋼殼通過縱橫雙向鋼筋混凝土榫群與混凝土組成協(xié)同受力整體。鋼殼及附筋在工廠制造、組裝，在現(xiàn)場只需吊裝和機械式連接。組合索塔結構繼承了鋼結構索塔工廠化制造、模塊化拼裝的優(yōu)點，發(fā)揮了鋼混組合結構剛度大、承載力強、延性好的優(yōu)勢;有效提高了索塔工廠化制造率，降低了原材料的投入，顯著縮短了索塔建造周期、減少了人工投入和設備占用周期?，F(xiàn)場施工速度由混凝土索塔的0.7m/天提高到1.2m/天，現(xiàn)場人工投入減少70%。

（2）構建了鋼殼-混凝土索塔結構的功能模塊，提出了構造設計原則，建立了保證鋼殼-混凝土組合索塔整體協(xié)同受力性能的設計理論和方法。鋼殼-混凝土組合橋塔采用在鋼殼的薄鋼板加勁肋上開孔、內(nèi)插鋼筋形成雙向薄鋼板鋼筋混凝土榫剪力連接件，明顯加強了鋼殼與混凝土連接。足尺模型試驗表明，鋼殼-混凝土組合結構試件的剛度、承載能力、延性等較相同含鋼率鋼筋混凝土結構試件分別提高了33%，49%和50%，顯著提高了結構的綜合性能;縱橫雙向剪力連接件為大寬厚比薄板鋼殼提供了面外約束，避免鋼殼彈性屈曲，通過對鋼殼壁板厚度與混凝土強度的合理匹配，有效提高索塔結構延性;鋼殼-混凝土組合截面在工作全過程滿足平截面假定，鋼殼、鋼筋、混凝土共同工作，協(xié)同受力。

（3）針對附筋鋼殼的制造要求，提出了密肋附筋板單元制作工藝及附筋精確定位、組裝技術;針對鋼殼雙層箱型截面抗畸變能力弱的特點，提出了附筋鋼殼立式總拼技術，研制了立式總拼胎架，提出了基于中央基線的短線法匹配方式，實現(xiàn)了附筋鋼殼工廠化、標準化的制造。發(fā)明了豎向附筋精確匹配定位工藝，根據(jù)豎向鋼筋間距不同，制作不同孔距鋼筋定位樣板，采用定位樣板卡固在鋼筋端頭螺紋絲扣處，實施對豎向鋼筋的精確定位，再使用槽型定位工裝搭配定制螺母，固定鋼筋水平位置，豎向位置可調(diào)節(jié)。

（4）發(fā)明了輕型液壓整體自爬升施工平臺，確保了附筋鋼殼在橋位處的精確定位和快速連接。平臺主要由預埋件系統(tǒng)、爬升裝置、承載桁架、走道及安全圍護、液壓及智能控制系統(tǒng)等部分組成。平臺工作時，在鋼殼預留孔位置安裝錨錐和埋件，并保證其安裝緊固，在上一節(jié)鋼殼上安裝附墻掛，插入導軌，依次過二層附墻掛座，操作動力裝置控制器爬升架體。

3.2粗骨料活性粉末混凝土組合結構及工業(yè)化建造技術

南京江心洲長江大橋首創(chuàng)了結構輕型、力學性能優(yōu)異、工廠化、智能化建造程度高、質(zhì)量可靠的粗骨料活性粉末混凝土組合梁，并在材料、構件、結構、施工工藝及智能化裝備方面進行了系統(tǒng)研究，提出了系統(tǒng)的材料制備方法，構件和結構設計理論和方法，研發(fā)了系列新工藝、新裝備。

（1）基于活性粉末混凝土設計原理，引入改性組分和骨架結構，研發(fā)了高彈性模量、低總收縮、抗彎拉性能優(yōu)良的粗骨料活性粉末混凝土材料，并通過常規(guī)養(yǎng)護即可獲得優(yōu)異材料性能，降低了超高性能混凝土的材料造價。與普通混凝土（以C60為例）相比，粗骨料活性粉末混凝土抗壓強度提高了2.8倍，抗拉強度提高4.5倍，彈性模量提高了1.5倍，徐變減小了3.5倍，克服了混凝土性能的諸多不足，是一種適宜于鋼-混組合梁的新材料。

（2） 首創(chuàng)了以粗骨料活性粉末混凝土為橋面板的粗骨料活性粉末混凝土組合梁結構，利用粗骨料活性粉末混凝土強度高、彈模大的特點，減輕了結構自重，提高了正負彎矩區(qū)的抗裂性能、結構剛度及其抗彎壓穩(wěn)定性，減低了收縮自應力及收縮次應力，提高了主梁的極限承載力，減少了材料用量。橋面板厚度由傳統(tǒng)的27cm降低至17cm，單位重量由37.3t/m降低至27.7t/m，顯著改善結構整體受力性能，提高了結構的耐久性。

（3）提出了粗骨料活性粉末混凝土標準化拌合制度、標準化振搗工藝、橋面板制造工藝，確定了具體的工藝參數(shù)。研發(fā)了高精度、模塊化、多功能專用模具，該模具與鋼箱梁制造采用同一定位系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)預制板形狀、外形尺寸的精度控制、快速拆模等功能，從源頭保證了預制板制造精度和鋼筋的連通;研發(fā)了兼顧工廠化生產(chǎn)和橋位施工的智能化拌合系統(tǒng)、數(shù)字化自動布料機、陣列式數(shù)字化自動振搗機、數(shù)字化自動振搗整平機系列設備，實現(xiàn)了橋面板生產(chǎn)、鋼-混疊合、橋位施工的自動化、智能化，提高了施工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4 結語

依托南京江心洲長江大橋工程建設，圍繞鋼-混組合結構斜拉橋建設技術開展的技術創(chuàng)新與應用，有效改善了組合梁斜拉橋的受力性能，提高了組合結構的耐久性，提升了大跨徑橋梁建設的工業(yè)化、綠色化程度，降低了工程造價，推動了大跨徑組合梁斜拉橋建設由建造型向制造型的轉變。

參考文獻：

[1]章登精，沈斌，李丹.南京長江第五大橋建設情況綜述[M].北京：人民交通出版社，2018：9-15

[2]崔冰，夏輝，尤琦，王曉斌，章曉明，陳平.粗集料活性粉末混凝土橋面板施工工藝研究[M].北京：人民交通出版社，2018：348-355.

[3]陳平，華樂.南京長江第五大橋鋼混組合塔鋼殼制造關鍵技術[J].世界橋梁，2019，47（3）：p.20-25.

（南京市公共工程建設中心，江蘇 南京 210019）