大跨超宽钢箱梁斜拉桥边跨施工关键技术

卜星玮，徐海云，陈诚

（中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430012）

0 引言

随着我国桥梁领域的飞速发展，钢箱梁凭借其跨越能力强、桥型美观、施工周期短、整体性好、抗扭刚度大、施工队环境影响小等特点，逐渐成为大跨度斜拉桥主梁的首选形式，斜拉桥钢箱梁的吊装架设工艺也成熟[1]。常规工艺是在主塔两侧设置支架，起重船吊装塔区梁段上支架并结合滑移方法完成塔区梁段安装[2]，之后，在塔区梁段顶面拼装桥面吊机依次进行主跨、次边跨、边跨钢箱梁的安装，梁段全部由运梁驳船供梁，桥面吊机在桥面对称悬拼施工[3]。但是该工艺在次边跨、边跨处于浅滩区或陆地上时，就难以实施。同时，受制于辅助墩、过渡墩空间位置的影响，传统方法通常采用高支架存梁[4]，保证梁底高于墩顶，后期直接在支架上起吊梁段完成边跨梁段安装，该方法支架安拆工程量大，施工成本高，滑梁安全风险较大。针对该类施工条件，经过方案论证，提出了沌口大桥边跨无水区钢箱梁矮支架存梁施工工艺。

1 工程概况

沌口长江公路大桥主桥采用五跨一联双塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径布置为100 m+275 m+760 m+275 m+100 m，全长1 510 m，为半漂浮体系斜拉桥，见图1。

图1 主桥桥型布置Fig.1 Main bridge type layout

主桥钢箱梁含风嘴顶板全宽46 m，不含风嘴顶板宽43.2 m，中心线处梁高4 m。钢箱梁全长1 507.92 m（不含伸缩缝），分为4种梁段类型，标准梁段长度12 m，边跨尾索区节段长度9 m、11.7 m，索塔区梁段长度11.4 m，最重SS23钢箱梁位于边跨侧，梁重454.8 t。

索塔区受空间位置的限制，搭设少支架，采用大型起重船存放5榀钢箱梁，通过千斤顶系统调梁就位。再在索塔区梁段两端安装2台250 t卷扬机提升系统桥面吊机，采用运梁驳船水上喂梁+桥面吊机悬拼的工艺进行标准梁段的施工。边跨位于陆地段，需提前设置临时支架存梁，待施工至边跨梁段后采用桥面吊机悬拼。根据设计图纸梁段布置及现场水文条件，主桥5号～6号边跨SS22～SS31钢箱梁位于陆地段，需设置临时支架预存。

2 边跨存梁施工方案比选

高支架存梁时，支架顶高程高于墩顶标高，将所有梁段按照设计桥位存放在支架上，后期直接采用桥面吊机起吊安装。优点是梁段拼装方便，缺点是支架安拆成本高、安全风险大。

矮支架存梁时，受制于墩身空间位置的干扰，最后2个梁段需要与其他梁段叠放，同时，边跨合龙施工时需进行支架体系转换。优点是支架安拆工程量小、施工风险低，缺点是施工工序较多。

2.1 高支架存梁施工

边跨存梁支架轨道梁标高按照主桥5号墩墩顶标高控制，大型起重船停靠主桥5号墩附近的岸滩区，将钢箱梁提升至轨道梁的滑块上，再沿主桥5号墩墩顶设置的轨道梁滑移至设计位置。

高支架存梁可以减少钢箱梁吊装作业时起重船吊幅，但支架用钢量较大、高支架滑梁安全风险高。

2.2 矮支架存梁施工

主桥5号～6号墩之间设计为矮支架，存梁吊装作业时，起重船提升钢箱梁过主桥5号墩墩顶，再落梁至矮支架滑移轨道梁上，沿轨道梁滑移就位。考虑到主桥5号～6号墩的空间无法满足SS24～SS31钢箱梁的存梁要求，将SS24、SS25分别与SS30、SS31叠放，待桥面吊机悬拼至SS29梁段，再滑移SS30、SS31梁段就位。矮支架存梁见图2。

图2 矮支架存梁布置图Fig.2 Low support beam layout plan

矮支架存梁可减少钢管支架搭设量，地层较好区段可采用条形基础，存梁施工风险低，但起重船需吊装钢箱梁跨主桥5号墩墩顶后落梁，吊幅、吊高增加，岸滩区需要清淤保证起重船作业水深。两种支架存梁施工方案对比分析见表1。

表1 存梁施工方案对比分析Table 1 Comparative analysis of beam retaining construction schemes

通过综合比选，矮支架存梁方案经济性较好，且不存在高空滑梁的风险，但起重船吊梁施工受岸滩区水深影响较大，需提前对河床面进行清淤，同时应尽可能安排在高水位存梁。

3 边跨存梁施工

3.1 施工准备

1）岸滩区清淤

钢箱梁吊装作业时，起重船位于岸滩区，为了减少起重船作业半径，采用挖机上汽渡驳的方式对临近主桥5号墩的岸滩区进行河床清淤，保证起重船吊梁作业时吃水深度。

2）基础施工

靠近岸滩区支架基础设计为钻孔灌注桩，采用旋挖钻施工。上游侧部分区段地层条件较好，设计为条形基础，截面尺寸2.5 m×1.5 m。

3）支架安装

待基础施工完成后，采用50 t汽车吊进行存梁支架的安装，包括钢管桩立柱、平联管、轨道梁、垫板、防护平台等结构的安装。

3.2 钢箱梁吊装

边跨钢箱梁最大梁重406 t，最远吊幅52 m，最大吊高30 m，结合上述作业参数，选用大型起重船进行钢箱梁吊装[5]，主要分为起梁、过墩、落梁3道连续的施工工序。

1） 起梁

起重船钩头与吊具连接后，绞锚移至存放钢箱梁的船舶停靠区，再落钩将吊具与钢箱梁顶板对应位置的耳板销接，然后缓慢起升钢箱梁使其脱离船舶支墩，待钢箱梁起升一定高度后，存梁船舶驶离作业区。

2） 过墩

待存梁船舶驶离后，起重船通过绞锚移位靠近存梁区，并利用系挂的缆风绳将钢箱梁位置调正，接着继续缓慢提升钢箱梁直至高出主桥5号墩墩顶2～3 m，再慢速绞锚前移起重船实现钢箱梁的过墩。

3） 落梁

钢箱梁过墩后，起重船停止绞锚，稳定一段时间，确保钢箱梁下部空间无干扰后缓慢落钩，最后落梁至边跨滑移轨道的支撑滑块上。每榀钢箱梁设置4个支撑滑块，考虑到纵坡的影响，吊梁时钢箱梁存在一定倾斜，落梁时钢箱梁底板先接触前端2个滑块，待滑块完全着力后，再缓慢落钩，直至4个滑块完全受力，解除钢箱梁与吊具的连接。钢箱梁落梁见图3。

图3 落梁Fig.3 Falling beam

3.3 钢箱梁滑移

钢箱梁落梁后支垫在滑块上，为了保证后续存梁梁段的空间，需通过牵引系统将该梁段沿轨道梁滑移至设计存放位置，再将支垫滑块临时限位固定。

3.3.1 牵引系统比选

上下游各布设了1根滑移轨道梁，钢箱梁落梁后，利用牵引系统将钢箱梁滑移到位，常用千斤顶牵引系统[6]和卷扬机牵引系统[7]2种方式。

两种牵引方式均具有可操作性强、安全可控的优点，但千斤顶牵引系统同步性较好、卷扬机牵引系统工效高，考虑到大型起重船利用高水位存梁以保证岸滩区水深作业条件，存在施工窗口期，采用工效较高的卷扬机牵引系统进行滑梁。

3.3.2 牵引系统安装

1）滑块安装

滑块主要由型钢立柱、顶板、底板、四氟板、耳板组成，滑块顶板支垫木板与钢箱梁底板接触使其均匀受力，底板安装四氟板可减少滑块与轨道梁上钢垫板的摩阻力，行进方向上前后滑块通过型钢连接确保同步。

2）卷扬机安装

SS25、SS31钢箱梁需叠放后整体滑移，最大自重为710 t，四氟板与钢垫板间的静摩阻系数0.07，则最大摩阻力f=0.07×710=50 t，单个卷扬机牵引系统需提供约25 t的牵引力。现场布设10 t卷扬机，通过滑轮组走四线，最大可提供40 t的牵引力，卷扬机上绕A24钢丝绳，破断力约为20 t，能够满足钢箱梁滑移要求。卷扬机上下游对称布置，采用扩大基础+预埋件的方式进行固定。

3）支撑架安装

钢箱梁滑移时，已存梁段支撑滑块占据了前进方向轨道梁的位置，牵引钢丝绳无法沿轨道梁走线，在轨道两侧焊接支撑架，将牵引钢丝绳沿轨道梁两侧布设，与轨道梁形成一定角度来避开支垫的滑块。安装示意见图4。

图4 支撑架安装示意图Fig.4 Sketch of installation of support frame

4）滑轮组安装

滑轮组采用2个30 t双柄滑轮，1个动滑轮，1个定滑轮，卷扬机牵引钢丝绳走四线。沿轨道梁两侧焊接支撑架，一侧焊接耳板系挂定滑轮，一侧焊接耳板固定绳头。动滑轮系挂在滑块的耳板上，卷扬机牵引钢丝绳绕绳依次通过动滑轮、定滑轮，最后利用30 t卸扣将绳头锁定在支撑架的耳板上。

3.3.3 卷扬机牵引施工

钢箱梁落梁到位后，检查牵引系统连接位置，确认符合要求方可进行卷扬机牵引作业。卷扬机牵引主要分为点动试拉启动、低档正常牵引、纠偏、点动牵引就位4道施工工序。

1）准备工作就绪后，启动上下游卷扬机将钢丝绳带力，再同步点动卷扬机试拉，逐级增大卷扬机启动电流，但需注意保持2台卷扬机启动电流基本相同。当钢箱梁出现轻微滑动时，停止点动，维持钢丝绳绷紧状态即可，记录此时的启动电流。

2）同步启动2台卷扬机，启动电流为之前记录的数值，钢箱梁开始缓慢出现滑动，由于滑动摩阻力较静摩阻力小，待钢箱梁滑动后，速度会逐渐增大，将卷扬机档位调位至低档，开始正常的牵引。

3）牵引过程中，2台卷扬机无法做到完全同步，滑块随之出现偏位，朝向轨道梁一侧的挡板。此时，操作人员需根据偏位的方向，对偏离一侧的卷扬机加档、偏向一侧的卷扬机减档，逐步纠偏后再调整到正常档位。

4）距离钢箱梁存梁位置5 m处，停止2台卷扬机低档牵引，开始同步点动牵引，直至钢箱梁就位。

4 边跨钢箱梁安装

4.1 SS22～SS29梁段安装

待运梁驳船水上喂梁+桥面吊机悬拼法施工至边跨SS21梁段，桥面吊机继续提升边跨存梁支架上SS22梁段，完成与SS21梁段的悬拼。再在主桥5号墩墩顶布置千斤顶调位系统，调整SS23梁段的标高及平面位置，完成与SS22梁段的匹配焊接。再将桥面吊机行走至墩顶SS23梁段，采用悬拼施工工艺依次完成SS24～SS29梁段的安装。

4.2 SS30、SS31梁段安装

1）桥面吊机行走至SS29梁段，采用卷扬机牵引系统将SS31钢箱梁滑移至桥面吊机提升位置，再利用桥面吊机将SS31钢箱梁提升到最大标高位置。

2）待SS31梁段提升到最大标高位置后，利用梁底的空间采用50 t汽车吊安装主桥6号墩墩顶滑移支架，并铺设滑移轨道。

3）卷扬机提升系统桥面吊机变幅[8]，将SS31钢箱梁缓慢落梁支撑在主桥6号墩墩顶滑移支架轨道梁的滑块上，再利用牵引系统SS31钢箱梁滑移至设计位置。考虑到牵引距离短、高空作业受限，牵引系统利用墩顶设置千斤顶。待SS31钢箱梁滑移就位后，采用50 t汽车吊拆除悬挑的墩顶滑移支架轨道梁。SS31梁段墩顶布置见图5。

图5 SS31梁段墩顶布置Fig.5 Pier top arrangement of SS31 beam section

4）采用卷扬机牵引系统将SS30钢箱梁滑移至桥面吊机提升位置，再利用桥面吊机提升SS30钢箱梁，完成与SS29钢箱梁的匹配焊接。再在主桥6号墩墩顶布置千斤顶调位系统，调整SS31梁段的标高及平面位置，与SS30梁段的匹配焊接，即完成边跨合龙施工。

5 结语

1）沌口长江公路大桥斜拉桥边跨无水区超宽钢箱梁采用矮支架存梁，在高水位利用起重船吊梁过墩，减少了支架安装工程量，节省了费用，同时可避免高支架存梁带来的滑梁安全风险。

2）大范围、长距离存梁施工，采用卷扬机牵引系统，极大地提高了钢箱梁滑移工效，将原计划10 d的存梁施工工期缩短至3 d，确保了高水位施工窗口期完成边跨钢箱梁存梁施工。

3）矮支架存梁时，边跨墩顶梁段无法提前存放到位，采用桥面吊机提梁+存梁支架体系转换可解决边跨合龙施工时墩顶梁段空间位置的干扰，施工安全可控。