超寬斜拉橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)梁段吊裝及橫向高差調(diào)整施工控制

錢(qián)偉謙，歐海航

(廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

深中通道是集“橋、島、隧、水下互通”于一體的超級(jí)跨海集群工程，全長(zhǎng)24km，采用“東隧西橋”的方案。中山大橋作為西橋中的重要一環(huán)，具有橋面寬、鋼箱梁節(jié)段長(zhǎng)、節(jié)段重等特點(diǎn)。為此，項(xiàng)目通過(guò)多次技術(shù)研討，在中山大橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)梁段安裝階段，采取斜拉索分階段張拉的技術(shù)措施來(lái)調(diào)整已吊裝梁段與待吊裝梁段的高差，確保中山大橋順利建設(shè)施工。相比于其它普通的斜拉橋鋼箱梁安裝后斜拉索可一次張拉到位，中山大橋鋼箱梁分階段張拉斜拉索調(diào)節(jié)梁段高差的施工工藝，對(duì)于超寬的同類(lèi)型斜拉橋施工，具有參考意義。本文主要總結(jié)介紹該施工工藝及施工控制的要點(diǎn)。

1 工程概況

深中通道中山大橋主橋?yàn)?10m+185m+580m+185m+110m雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。主梁采用流線(xiàn)型扁平鋼箱梁斷面，索塔采用門(mén)型主塔，斜拉索采用扇形布置，在外側(cè)通過(guò)錨拉板錨固。主橋采用半漂浮體系，在索塔、輔助墩、過(guò)渡墩處設(shè)有豎向支座，在索塔處設(shè)有橫向抗風(fēng)支座和縱向阻尼裝置。鋼箱梁梁高4m左右，橋梁全寬46m(含風(fēng)嘴)，橋面寬43.5m。拉索橫向間距41.5m，拉索之間為行車(chē)道范圍，拉索外側(cè)為檢修道范圍，橋面橫向設(shè)2.5%雙向排水坡。東、西主塔主跨側(cè)各有15對(duì)斜拉索，斜拉索索距18m。

全橋鋼箱梁共69個(gè)節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段重428t，長(zhǎng)18m。輔助墩及主塔無(wú)索區(qū)梁段重量約800t，采用浮吊整節(jié)段吊裝。標(biāo)準(zhǔn)梁段最大吊重約495t，采用橋面吊機(jī)吊裝。斜拉索采用φ7mm鋅鋁合金鍍層高強(qiáng)度、低松弛鋼絲索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度不低于1 960MPa,單塔30根，共計(jì)120根斜拉索。斜拉索在塔端采用鋼錨梁錨固，在梁端采用錨拉板結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行錨固，張拉端設(shè)在塔端。

2 標(biāo)準(zhǔn)梁段吊裝及橫向高差調(diào)整施工

2.1橋面吊機(jī)選型

中山大橋主跨580m，共兩個(gè)主墩，需同時(shí)進(jìn)行鋼箱梁安裝作業(yè)。全橋鋼箱梁共69片，其中塔區(qū)段、輔助墩及過(guò)渡墩10片采用浮吊吊梁,其余采用橋面吊機(jī)安裝。除起始段的S1和Z1梁段為15m，節(jié)段凈重369t，其余中跨梁段均為標(biāo)準(zhǔn)梁段，長(zhǎng)度18m,節(jié)段凈重428t，其上配置2 個(gè)錨座，錨座重量為2.6t～5.6t，整節(jié)段吊裝重量約為434t～440t，起吊重心在鋼梁幾何中心向錨座側(cè)0.5m左右的位置。通航凈空53.5m，架梁時(shí)采用水面取梁，定點(diǎn)提升，起升高度為58m。

結(jié)合工程特點(diǎn)及自有設(shè)備周轉(zhuǎn)情況，中山大橋鋼箱梁的安裝使用4臺(tái)294t液壓提升式橋面吊機(jī)和2臺(tái)WD440t桅桿式起重機(jī)，其中294t液壓提升式橋面吊機(jī)用于邊跨鋼箱梁安裝作業(yè)，WD440t橋面吊機(jī)用于中跨鋼箱梁安裝作業(yè)。

WD440t桅桿式起重機(jī)是在之前使用過(guò)的情況下結(jié)合項(xiàng)目需求進(jìn)行改制的，起重機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括吊臂、斜支撐、后拉桿、底架、后錨固機(jī)構(gòu)、變幅及起升卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)等。本橋鋼箱梁吊裝采用雙機(jī)抬吊的方案，橋面吊機(jī)前支點(diǎn)與后錨點(diǎn)間距為18m，后錨梁上錨點(diǎn)間距1.2m。單臺(tái)橋面吊機(jī)自重約130t，設(shè)計(jì)額定起重量220t(不含吊具)，起升高度為橋面下58m、橋面上1m，起升速度為0～0.9m/min，變幅速度為0～0.5m/min。

294t液壓提升式橋面吊機(jī)由金屬結(jié)構(gòu)、液壓提升系統(tǒng)、吊具總成、軌道及縱移機(jī)構(gòu)、后錨機(jī)構(gòu)、前后支撐裝置、梯子平臺(tái)等組成。294t液壓提升式橋面吊機(jī)的液壓提升系統(tǒng)采用提升拉力為294t的液壓提升千斤頂。液壓提升千斤頂放置在上縱移滑車(chē)結(jié)構(gòu)，可以縱向移動(dòng)調(diào)整，采用油缸縱移，縱移油缸的行程為1 700mm。為了保證294t液壓提升式橋面吊機(jī)正常縱移走行，需在吊機(jī)后部設(shè)置混凝土配重，單臺(tái)40t混凝土配重，橋面吊機(jī)自重130t,單臺(tái)重量合計(jì)170t，起升速度0.5m/min。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)梁段吊裝

(1)橋面吊機(jī)移機(jī)到位，吊具下放至距水面15m左右的高度，運(yùn)梁駁船據(jù)此位置進(jìn)行拋錨定位，并根據(jù)鋼箱梁距橋軸線(xiàn)的位置進(jìn)行調(diào)整，梁段定位誤差控制在50cm以?xún)?nèi)。

(2)下放橋面吊機(jī)扁擔(dān)梁并與鋼箱梁吊點(diǎn)連接，通過(guò)吊機(jī)扁擔(dān)梁重心調(diào)整千斤頂，確保鋼箱梁水平起吊。

(3)檢查吊具連接情況，操控橋面吊機(jī)集中控制臺(tái)收緊繩索起吊至對(duì)應(yīng)梁段100%臨界負(fù)載后停車(chē)，檢查橋面吊機(jī)、扁擔(dān)梁與吊耳連接及鋼箱梁有無(wú)異常情況。將梁段微調(diào)至完全水平狀態(tài)。

(4)拆除鋼箱梁與運(yùn)梁駁船的保險(xiǎn)連接裝置，再次進(jìn)行全面檢查。

(5)橋面吊機(jī)均達(dá)到臨界荷載，同時(shí)指令中跨和邊跨兩側(cè)橋面吊機(jī)連續(xù)提升作業(yè)，將鋼箱梁吊離運(yùn)梁駁船，橋面吊機(jī)進(jìn)入正常的吊裝狀態(tài)。吊裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行試吊，起吊高度50cm,試吊時(shí)間不少于10mim。

(6)繼續(xù)起吊，安排專(zhuān)人觀(guān)察吊裝過(guò)程，如遇異常情況，應(yīng)立即停止吊裝，分析原因，清除隱患后繼續(xù)吊裝。

2.3 橫向高差調(diào)整

由于已安裝梁段和預(yù)吊裝梁段間存在橫向高差，為減小已安裝梁段和預(yù)吊裝梁段間的橫向高差，滿(mǎn)足鋼箱梁環(huán)焊縫焊接的需要及成橋節(jié)段結(jié)構(gòu)受力安全的要求，采用預(yù)張吊裝梁段上的斜拉索，從而減小橋面吊機(jī)前支點(diǎn)反力，進(jìn)而減小梁段高差的方案。

(1)通過(guò)橋面吊機(jī)將鋼箱梁吊裝到位，其中懸臂端與已吊裝梁段邊腹板的橫向高差基本持平，在邊腹板附近的頂板通過(guò)精軋螺紋鋼在梁段間進(jìn)行臨時(shí)鎖定。

(2)梁段整體定位。梁段整體定位以監(jiān)控指令要求的基準(zhǔn)點(diǎn)為控制點(diǎn)，通過(guò)橋面吊機(jī)實(shí)現(xiàn)梁段整體姿態(tài)的調(diào)整，完成梁段軸線(xiàn)偏位及高程的定位，確保梁段整體定位滿(mǎn)足監(jiān)控要求。

(3)焊接邊腹板和部分頂?shù)装?頂?shù)装甯骱附?m長(zhǎng)的焊縫，與邊腹板焊縫形成“[”形焊縫)，該部分調(diào)整后鋼材基本對(duì)齊，可直接焊接。

(4)拆除臨時(shí)鎖定的精軋螺紋鋼，已吊裝梁段和待吊裝梁段采用“一字梁”鎖定，鎖定位置為邊腹板及其附近的頂板。“一字梁”由兩根長(zhǎng)80cm的HN600×200型鋼焊接而成，中間設(shè)置法蘭接頭，下設(shè)豎向鋼板作為撐腳，左右兩側(cè)各設(shè)置2道“一字梁”，“一字梁”間的中心距離為2m，如圖1所示。

圖1 “一字梁”

(5)安裝斜拉索，進(jìn)行斜拉索預(yù)張。通過(guò)斜拉索預(yù)張將待吊裝的節(jié)段重量轉(zhuǎn)移到斜拉索上，從而減小橋面吊機(jī)前支點(diǎn)處的壓力，使得已安裝節(jié)段和待吊裝節(jié)段受力狀態(tài)差異變小，從而實(shí)現(xiàn)減小梁段間匹配高差和附加剪切應(yīng)力的目的。

(6)對(duì)應(yīng)減小橋面吊機(jī)前支點(diǎn)的荷載，使橋面吊機(jī)的鋼絲繩始終處于緊繃不繼續(xù)收緊的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)局部卸載并保證梁段吊裝的安全性，通過(guò)橋面吊機(jī)上自帶的吊重監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)反饋橋面吊機(jī)的卸載情況。

(7)按3m間距、100kN每個(gè)點(diǎn)施加調(diào)梁荷載。當(dāng)橋面吊機(jī)卸載后待吊梁段和已吊裝梁段的橫向高差不足7mm，無(wú)需進(jìn)行局部高差調(diào)整，直接馬板調(diào)節(jié)即可；若局部存在橫向高差超過(guò)10mm，采用型鋼反力牛腿進(jìn)行高差調(diào)整，最大調(diào)梁荷載控制為100kN。

(8)梁段高差調(diào)整完成后，進(jìn)行環(huán)縫焊接。環(huán)縫焊接采用馬板輔助，馬板適當(dāng)加密、加強(qiáng)，以達(dá)到提高局部剛度、限制扭轉(zhuǎn)的效果。環(huán)縫焊接完成后解除“一字梁”和馬板，對(duì)焊接造成的涂層損傷進(jìn)行修復(fù)。

(9)對(duì)斜拉索進(jìn)行第二次張拉，張拉力與橋梁線(xiàn)形雙控，以橋梁線(xiàn)形為主。張拉完成后，橋面吊機(jī)前移，進(jìn)行下一梁段的施工。

3 標(biāo)準(zhǔn)梁段吊裝施工控制

由于鋼箱梁梁段較重、吊裝高度大、線(xiàn)形控制要求高，且橋梁跨越珠江口橫門(mén)東航道，安全風(fēng)險(xiǎn)大、運(yùn)梁駁船定位要求高，因此須加強(qiáng)吊裝過(guò)程的控制。

(1)鋼箱梁的吊裝作業(yè)區(qū)域在海域，因此在吊裝前應(yīng)查閱天氣預(yù)報(bào)情況，避免在大風(fēng)和暴雨天氣下作業(yè)。運(yùn)梁駁船就位后核查拋錨是否正常，航道范內(nèi)是否進(jìn)行安全警戒，防止其它船舶進(jìn)入產(chǎn)生浪涌影響運(yùn)梁船的穩(wěn)定。

(2)鋼箱梁吊裝前需對(duì)橋面吊機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)檢查，包括支頂機(jī)構(gòu)安裝就位，錨固系統(tǒng)連接，以及液壓提升系統(tǒng)(卷?yè)P(yáng)機(jī)提升系統(tǒng))、機(jī)電部分、剎車(chē)系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常等。特別是液壓式橋面吊機(jī)需檢查鋼絞線(xiàn)是否存在松弛的情況，鋼絞線(xiàn)夾片咬合是否穩(wěn)固；桅桿式起重機(jī)需檢查剎車(chē)片是否夾緊，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩應(yīng)落實(shí)專(zhuān)人進(jìn)行梳編，防止鋼絲繩外漏。吊裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行試吊，起吊高度50cm，以檢查制動(dòng)性能。通過(guò)制定檢查清單的形式對(duì)檢查內(nèi)容形成清單化管理，防止檢查中出現(xiàn)疏漏。

(3)檢查橋面吊具是否變形，吊具的連接、吊耳、待吊梁間的連接是否可靠。待吊梁的鋼箱梁橋面板上不得擺放零碎散件或氧氣丙烷氣瓶等，避免發(fā)生偏載情況。

(4)鋼箱梁吊梁時(shí)應(yīng)統(tǒng)一指揮，中跨邊跨鋼箱梁同步離船、同步起吊，防止因吊裝不同步產(chǎn)生較大的塔偏。密切關(guān)注吊裝過(guò)程中橋面吊機(jī)的工作狀態(tài)，如遇異常情況，應(yīng)立即停止吊裝，查明原因并消除隱患后再繼續(xù)吊裝。

(5)對(duì)已吊裝的梁段應(yīng)及時(shí)做好臨邊防護(hù)。

4 橫向高差控制

4.1 橫向高差產(chǎn)生原因

在橋面吊機(jī)起吊等待拼裝梁段的過(guò)程中，懸臂梁段受到吊機(jī)前支點(diǎn)反力、索力和梁段自重的作用，待拼裝梁段受到吊臂拉力和自重作用，由于兩種梁段的受力狀態(tài)不同，導(dǎo)致其橫向變形不一致，使得懸拼梁段和起吊梁段臨時(shí)匹配時(shí)橫向可能出現(xiàn)錯(cuò)縫。箱梁橫向尺寸越寬，待拼梁段重量越大，這種橫向變形差異的現(xiàn)象就越明顯。中山大橋橫向?qū)挾瓤蛇_(dá)46m(含風(fēng)嘴)，標(biāo)準(zhǔn)梁段為428t,因此梁段間的橫向高差相對(duì)較大。相關(guān)研究表明，起吊梁段引起的吊機(jī)前支點(diǎn)反力是引起懸臂梁段和起吊梁段橫向錯(cuò)縫過(guò)大的主要因素。

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的計(jì)算模型，中山大橋鋼箱梁懸臂端箱梁節(jié)段和吊裝箱梁節(jié)段在拼接截面端部對(duì)齊時(shí)，中心頂板最大高差為55.7mm，底板為35mm，梁段間的橫向高差相對(duì)較大。

4.2 橫向高差調(diào)整

(1)梁段整體定位以監(jiān)控指令要求的基準(zhǔn)點(diǎn)為控制點(diǎn)，通過(guò)橋面吊機(jī)實(shí)現(xiàn)梁段整體姿態(tài)的調(diào)整，完成梁段軸線(xiàn)偏位及高程定位，確保梁段整體定位滿(mǎn)足監(jiān)控要求。

(2)鋼箱梁軸線(xiàn)偏位按±10mm控制，其中待定位梁段前后軸線(xiàn)偏差宜不大于2mm，防止累積偏差產(chǎn)生較大的軸偏角。

(3)最終的焊縫寬度應(yīng)按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的4～12mm控制。在斜拉索預(yù)張拉及橋面吊機(jī)卸載后，頂?shù)装搴缚p的寬度會(huì)相應(yīng)回縮，回縮寬度為8～12mm，因此鋼箱梁定位時(shí)，頂板的焊縫寬度應(yīng)適應(yīng)放大。根據(jù)梁段自重及受力特點(diǎn)，頂板的焊縫寬度應(yīng)大于底板的焊縫寬度。為避免底板回縮時(shí)縫寬較小影響焊接，可在底板位置用限位板抵住已吊梁的梁段。

(4)斜拉索張拉施工，左、右幅同號(hào)的斜拉索應(yīng)同步張拉。根據(jù)施工控制的要求，單根斜拉索索力偏差控制在±3%以?xún)?nèi)，左右幅斜拉索張拉索力偏差為3%以?xún)?nèi)。

(5)斜拉索張拉及索力測(cè)量期間，懸臂端不允許有超過(guò)5t的臨時(shí)荷載(吊機(jī)及附屬機(jī)具除外)。

(6)斜拉索預(yù)張完成后，分級(jí)對(duì)橋面吊機(jī)荷載進(jìn)行局部卸載，并對(duì)梁段實(shí)際匹配高差變化過(guò)程、索力張拉值、吊機(jī)吊點(diǎn)力卸載情況等關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。橋面吊機(jī)局部卸載后保留12%的鋼箱梁自重荷載，以保證梁段吊裝的安全性。

5 工程實(shí)施效果

中山大橋橋面吊機(jī)局部卸載前后梁段間的高差情況見(jiàn)表1。

表1 中山大橋橋面局部卸載前后梁段間高差

從表1的數(shù)據(jù)看，邊跨高差較中跨高差偏大，且梁段的高差較理論值偏大，同時(shí)局部數(shù)據(jù)并未呈規(guī)律變化。分析原因，橋面吊機(jī)的前支點(diǎn)反力對(duì)高差的影響可能較大(邊跨側(cè)橋面吊機(jī)自重較大)，同時(shí)鋼箱梁在吊裝過(guò)程中可能存在一定的局部變形。因此，在其它工程施工中建議在橋面吊機(jī)選型時(shí)對(duì)橋面吊機(jī)的自重加以考慮。

由于橋面吊機(jī)卸載后頂、底板仍存在11～22mm的局部最大高差，因此，項(xiàng)目采用增加主動(dòng)荷載的方案，即型鋼反力牛腿+馬板的形式，對(duì)鋼箱梁箱段進(jìn)行碼平。型鋼反力牛腿千斤頂施加調(diào)梁荷載，按每3m施加100kN的調(diào)梁荷載進(jìn)行控制；馬板采用20mm鋼板，按每30cm一道進(jìn)行布設(shè)，馬板在環(huán)焊縫焊接后拆除。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)從工程實(shí)施效果看，采取“一字梁”焊接、鋼箱梁邊腹板局部焊接、預(yù)張斜拉索、橋面吊機(jī)局部卸載等技術(shù)措施，能有效保證超寬斜拉橋標(biāo)準(zhǔn)梁梁段橫向高差調(diào)整達(dá)到預(yù)期效果。

(2)設(shè)計(jì)階段縮短梁段長(zhǎng)度減少梁段自重，施工階段通過(guò)橋面吊機(jī)選型，可以減少橋面吊機(jī)的前支點(diǎn)反力，從而減少梁段的橫向高差。

(3)鋼箱梁梁段高差調(diào)整過(guò)程中，結(jié)合施工控制充分考慮橫向高差調(diào)整后焊接寬度的回縮量，使焊縫寬度能夠穩(wěn)定在焊縫的最優(yōu)值，既保證鋼箱梁連接的質(zhì)量，又能減少焊材的數(shù)量，有利于降低工程成本。