平潭海峽公鐵兩用大橋簡支鋼桁梁架設(shè)技術(shù)

吳侃發(fā) 錢玉山

（1.中鐵大橋局集團第五工程有限公司，江西 九江 332001；2.中鐵大橋局集團有限公司，湖北 武漢 430034）

平潭海峽公鐵兩用大橋為我國首座跨海峽公鐵兩用大橋，橋址海況復(fù)雜。常用江河和海灣橋梁的預(yù)制架設(shè)在此海域無法適用，需要研究一套新的預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)用于本橋簡支鋼桁梁架設(shè)。

1 概述

1.1 工程概況

平潭海峽公鐵兩用大橋FPZQ-3 標（以下簡稱平潭橋）全長11149.7m，共包括18 個區(qū)。

深水高墩區(qū)引橋采用跨徑80m 和88m 兩種類型簡支鋼桁雙層結(jié)合梁橋，共34 孔簡支鋼桁梁，其中80m 梁共26孔，88m 梁共8 孔。布置于6 個區(qū)間：①SR49～SR64#墩15 孔； ②N06～Z01# 墩6 孔； ③Z06～CX02# 墩2孔；④CX19～CX26#墩7 孔；⑤XD10～S01#墩2 孔；⑥S06～XD13#墩2 孔。全橋橋式立面圖概略圖如圖1所示。

圖1 全橋橋式立面圖概略圖

主梁為上弦?guī)Ц辫斓匿摶旖Y(jié)合結(jié)構(gòu)，全寬38m，總高15m。主桁采用華倫式桁架，橫向中心距（桁寬）14m，桁高13.5m，短節(jié)間9.6m，其余為9.8m。副桁設(shè)橫梁和斜撐分別與主桁相應(yīng)的上下節(jié)點連接，主梁橫斷面呈倒梯形。鋼梁為全焊接結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)的鋼材材質(zhì)采用Q370qD。上弦與公路混凝土橋面板結(jié)合、下弦橫梁與鐵路混凝土槽梁結(jié)合成整體。

1.2 水文、氣象

平潭海峽位于福建沿海地區(qū)，平均每年6 級及以上大風天數(shù)309 天，7 級及以上大風天數(shù)226 天，8 級及以上大風天數(shù)107 天。

據(jù)2016年現(xiàn)場統(tǒng)計，全天<8 級風的天氣分為41 次出現(xiàn)，其中15 次為1～2 天時間，基本不具備大型水上設(shè)備進出場并且完成簡支鋼桁梁吊裝的時間；全天<7 級風的天氣分為51 次出現(xiàn)，其中26 次為1～2 天，大于2 天以上的風力<7 級風連續(xù)時段共25 次，累計148 天；其中10—2月份季風期內(nèi)風力<7 級可施工窗口期共11 次，累計27 天，去除進出場，用于吊裝時間少。

2 施工難點

簡支鋼桁梁采用工廠整孔全焊制造，整孔船運至橋址處，采用海上大型浮吊整孔吊裝。鋼桁梁架設(shè)有以下難點。

（1）平潭橋海況惡劣，浮吊吊裝、鋼梁運輸、鋼梁落位等工序都采用水上設(shè)備施工，易受海況影響，且鋼桁梁間隙小，吊裝高度大，如何安全有效架設(shè)簡支鋼桁梁是施工時需解決的一大難題。

（2）平潭橋簡支鋼桁梁吊裝次數(shù)多，工期緊，提高施工工藝對于氣象、海況的適應(yīng)性是需要解決的另一大難題。

（3）平潭橋簡支鋼桁梁分布在6 個區(qū)域，且緊鄰的混凝土公路箱梁預(yù)應(yīng)力張拉位置與必須于鋼梁架設(shè)前施工，造成簡支鋼桁梁施工時存在多處合龍段架設(shè)施工。

3 施工工藝技術(shù)

80m、88m 簡支鋼桁梁架設(shè)施工采用3600t 浮吊整孔架設(shè)施工方案，鋼桁梁在鋼梁制造廠制造并拼裝成整體，驗收合格后，運輸至橋址墩位處，利用浮吊吊裝至設(shè)計墩頂處。鋼桁梁初始落梁至墩頂臨時墊梁及墊石組成的落梁平臺上，通過墩頂三向千斤頂將鋼梁調(diào)節(jié)至設(shè)計位置后，安裝鋼桁梁永久支座、公路橋面板、鐵路槽梁。

鋼桁梁架設(shè)主要施工流程：浮吊拋錨定位→鋼梁運輸船就位→鋼桁梁掛鉤、起吊→鋼桁梁初步安裝就位→鋼桁梁精調(diào)至設(shè)計平面位置→支座安裝→公路橋面板及鐵路槽梁安裝。

3.1 浮吊拋錨定位

鋼梁架設(shè)前，選擇合適的天氣，在待架墩位處進行3600t浮吊拋錨定位（鋼梁運輸船待浮吊拋錨定位后再靠近浮吊就位），由于棧橋管樁較多，浮吊前錨應(yīng)垂直穿過棧橋，確保3600t 浮吊可通過絞錨方式靠近棧橋。

3.2 鋼桁梁運輸船就位

鋼梁在梁場制造、驗收合格后，運輸至橋址處等待安裝。

通過實踐發(fā)現(xiàn)，當船舶寬度小于1/2 涌浪波長時，船舶橫向迎浪將會產(chǎn)生較大的橫搖。橋址海域涌浪大于6s 的概率為72.4%，對應(yīng)波長為56.1m。為此，現(xiàn)場配置均為船寬>28.1m 的運輸船。

為避免運輸船橫向迎浪，可先將3600t 浮吊后移與橋軸線成45°夾角，運輸船隨后進場與浮吊保持垂直角度。運輸船卸梁退場后，浮吊反轉(zhuǎn)45°，使浮吊和棧橋垂直并帶緊錨繩定位。浮吊運輸船站位布置如圖2所示。

圖2 浮吊運輸船站位布置圖

3.3 鋼桁梁掛鉤、起吊

航道橋部分采用浮吊吊裝的鋼梁節(jié)段及深水高墩區(qū)簡支鋼桁梁橋均采用大橋海鷗號3600t 浮吊吊裝架設(shè)，3600t 浮吊為雙臂架吊船；每座臂架配置900t 主鉤兩只；主鉤起升高度110m（水線面），主鉤前后間距8.787m，左右間距24m，為此設(shè)計了專用吊具。單孔80m（88m）簡支鋼桁梁重約1360t（1550t），吊具自身重量為235t。最大墩頂標高為+57.868m，將簡支鋼桁梁提升至最高點時，梁底距離吊鉤的高差為46.316m，可滿足鋼梁吊裝要求，無法從正上方以落鉤方式放入合龍空隙中。

由于橋址海況惡劣，浮吊和運輸船、浮吊與墩頂?shù)南鄬ξ恢贸掷m(xù)變動，吊具設(shè)計采用了繩圈與鋼桁梁吊點外置繩槽連接方式，可輕松進行取梁和卸梁。

3.4 鋼桁梁初步吊裝、就位

應(yīng)嚴密關(guān)注天氣及海況情況，選擇不少于連續(xù)3 天的可施工天氣進行鋼桁梁架設(shè)。

在海浪的作用下，鋼桁梁在吊裝時會始終處于縱橫向擺動和上下起伏過程中。為確保鋼桁梁順利落梁，在墩頂布置安裝臨時墊梁，組成組合式落梁平臺，以滿足鋼桁梁在平面位置偏差±50cm 內(nèi)任意位置均可落梁。墊梁標高與支座墊石標高一致，墊梁頂部滿鋪20mm厚鋼板，防止局部沖擊破壞。鋼梁底部采用臨時墊塊，并安裝80mm 橡膠墊塊做緩沖裝置。墩頂墊梁布置如圖3所示。

圖3 墩頂落梁墊塊1/2平面布置圖

可通過在浮吊前端與鋼梁掛設(shè)纜風繩來減小鋼梁落梁時的偏差，待鋼桁梁穩(wěn)定后，通過絞動前后錨繩將浮吊沿垂直橋軸線方向緩慢移動。待鋼桁梁位于橋墩正上方時停止移動，待鋼桁梁晃動幅度減小滿足落梁偏差后，緩慢降落浮吊鉤繩，直至鋼桁梁平穩(wěn)落在墩頂混凝土墊梁范圍內(nèi)。

如果有相鄰鋼桁梁已架設(shè)，可預(yù)先遠離已架梁段，在接近設(shè)計落梁位置時再緩慢靠近。

3.5 合龍段簡支鋼桁梁初步吊裝、就位

由于簡支鋼桁梁設(shè)計縱向凈距只有20cm（上弦處），且在橋面板未安裝前，鋼桁梁存在一定程度的上拱，凈距只有7.5cm。混凝土梁與梁縫中心線距離為6cm，鋼桁梁與混凝土梁凈距為9.75cm。已架鋼梁按設(shè)計位置就位后，合龍段鋼桁梁在架設(shè)過程中很難避免對已架鋼梁造成碰撞破壞，所以在架梁時通常將相臨鋼桁梁縱向預(yù)偏一段距離。為充分利用兩段鋼桁梁之間的間隙，通常先橫向錯開1.2m 后，再進行縱移40cm（實際值約36.5cm），如圖4所示。

圖4 簡支鋼桁梁縱向預(yù)偏平面示意圖

為架梁總間隙接近100cm，需進行相鄰兩個梁段的預(yù)偏。全橋鋼桁梁共6 個區(qū)段，且鄰近混凝土梁區(qū)的鋼桁梁均為后裝，根據(jù)工期推演，共存在8 個后龍段吊裝，共需同步投入21 套墩頂墊梁，考慮到使用次數(shù)較少，采用了混凝土塊+灌漿抄墊的方式，較鋼墊梁方式節(jié)約鋼材1800t。

3.6 鋼桁梁精調(diào)至設(shè)計平面位置

鋼桁梁初步吊裝就位后，將提前放置在墩頂?shù)? 臺三向千斤頂轉(zhuǎn)移到墊梁上，安放在鋼桁梁加勁位置的正下方進行起頂對水平位置調(diào)節(jié)。為防止千斤頂橫移時不同步產(chǎn)生阻力，采用同步控制系統(tǒng)進行控制。如果鋼桁梁偏離設(shè)計位置較大，可通過多次起頂反復(fù)調(diào)節(jié)，直至鋼桁梁調(diào)節(jié)至設(shè)計安裝位置。

3.7 支座安裝

鋼桁梁調(diào)至設(shè)計平面位置時，進行鋼梁支座安裝。支座安裝過程中，采用4 個千斤頂同步頂升一定高度，以滿足支座安裝的需求空間。

待鋼梁支座安裝完成，使鋼桁梁落梁至設(shè)計位置（平面位置、高程），重力全部轉(zhuǎn)由墩頂臨時落梁抄墊承受。

采用重力灌漿方式從支座中心部位向四周注漿，直至全部灌滿為止。

3.8 公路橋面板及鐵路槽梁安裝

混凝土公路橋面板及鐵路槽梁采用工廠預(yù)制，再吊裝至鋼梁上與其結(jié)合。利用70t 橋面桅桿吊機架設(shè)公路橋面板，并澆筑橋面板濕接縫與鋼梁上弦結(jié)合。利用步履式架橋機安裝鐵路槽梁，分批澆筑鐵路橫梁頂面的濕接縫和張拉縱向預(yù)應(yīng)力鋼絲束。

可選擇窗口期將公路橋面板、鐵路槽梁運至待架梁區(qū)的臨時碼頭存放，再通過棧橋運至待架梁下方架設(shè)，以避免采用運輸船方式受海況影響出現(xiàn)斷供的情況。

4 結(jié)語

根據(jù)平潭橋的海況特點，綜合考慮簡支鋼桁梁的重量、尺寸、間隙，浮吊的平穩(wěn)度和吊裝條件，采用大尺寸船舶增加了在惡劣海況下的適應(yīng)性，使窗口期的利用更充分；采用加大落梁區(qū)域降低了落梁初定位的準確性要求，僅需保證浮吊擺幅在±50cm 范圍內(nèi)便可落梁；采用相鄰鋼梁提前移位大大增加了合龍段鋼桁梁的施工間隙，使合龍段施工在較為惡劣海況條件下也可進行。應(yīng)用此技術(shù)，在2017年10月—2018年2月1 個季風期內(nèi)完成了5 孔鋼桁梁架設(shè)施工，2017年8月—2019年5月間完成了全部34 孔簡支鋼桁梁架設(shè)工作，惡劣海況下的可持續(xù)性施工為今后的海洋橋梁施工大型預(yù)制梁吊裝開啟了先河，為中國橋梁事業(yè)走向遠洋具有深遠的意義。