宁波中兴大桥钢箱梁主跨合龙技术

江 震

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 概 述

宁波中兴大桥为一跨过江矮塔斜拉桥，跨径布置为（64+86+400+86+64）m（见图 1），桥宽 29 m，采用塔梁固结，塔墩分离结构体系。为了提高边跨的锚固作用和中跨的跨越能力，靠近桥塔处的33.5 m边跨主梁与中跨400 m主梁为钢箱梁，边跨64 m主梁与次边跨全跨52.5 m主梁为钢-混组合箱梁，合计长116.5 m。梁顶宽29 m，底宽20 m，主梁截面高度从4.5 m抛物线变化至10.5 m，人非结构悬臂布置于下层，宽5.5 m。主梁横断面如图2所示。主塔塔高受限于北部机场60 m航空限高，采用钢结构V形塔。全桥斜拉索采用单索面布置，共36对，边跨索距9 m，中跨12 m，斜拉索呈扇形布置，中跨拉索最小倾角为13°。

图1 中兴大桥主桥总体立面布置图（单位：m）

图2 主梁标准断面图（单位：cm）

该桥边跨组合梁、钢梁节段及中跨1～3节段浮吊吊装后，采用轨道滑移安装就位，中跨钢箱梁4～16节段采用悬臂拼装方案施工。其中，轨道滑移段共187 m，包含22个节段[边跨16节段，0#段（细化为3段）和中跨3节段]；悬臂拼装段共132 m，包括13个标准节段（长均为12 m，南北岸节段编号分别为 LZS4～LZS16、LZN4～LZN16） 以及 1 个合龙段（长为14 m，节段编号为LZM）。该桥钢梁采用了梁厂标准化生产，现场悬臂拼装及轨道滑移安装的施工方案。中跨合龙施工是该桥悬臂施工中的主要难点，针对该单索面矮塔斜拉桥的结构特点，本文主要介绍该桥中跨钢梁的合龙技术。

2 合龙施工难点

中跨有索区主梁采用悬臂拼装施工，主梁悬臂施工至LZS（N）16号节段后，采用临时索辅助进行中跨合龙（合龙段长14.0 m）。在该桥合龙施工中，主要有以下难点：

（1）悬臂施工长度大（中跨悬臂施工长193 m），斜拉索倾角小，桥梁线形控制难度大。

（2）双层桥断面大，合龙控制点较多（单侧12个）。

（3）江上作业合龙施工影响因素多。温度、湿度、风力及日照均对合龙口有较大影响，且合龙观测及施工受雨、雾天气影响。

（4）节段匹配采用焊接+栓接的施工工艺，对合龙段空间尺寸及位置精度要求高。

3 合龙施工技术

3.1 合龙施工步骤

根据前期悬臂施工控制成果可知，结构变形实测值与理论值基本吻合，最大误差小于5%。因此中跨采用配切合龙的方法进行合龙施工。中跨合龙施工步骤如下：

（1）主梁悬臂施工至 LZS（N）16号节段，完成16号节段处临时斜拉索张拉（以悬臂端高程控制为准）。

（2）合龙口连续48 h观测，观测频率为2 h。采用坐标观测和钢尺两种方式测量合龙口间距各测控点高程，合龙口观测点的布置如图3所示。

图3 合龙口观测点布置示意图（单位：m）

（3）根据观测结果，确定合龙段LZM的配切量。为保证合龙段顺利吊入，采用楔形合龙口，16#梁段底板单元比顶板单元理论尺寸小50 mm，内外腹板采用楔形。对合龙段进行量配，合龙口匹配示意如图4所示[2]。

图4 合龙口匹配示意图

（4）采用两台桥面吊机将合龙段吊装至设计位置，进行标高及平面位置的调整。待各工艺项点满足工艺要求后，立即采用加强件进行临时锁定，并进行环缝的马板固定。

（5）合龙段临时锁定及马固完成后，解除北岸主墩支座处的纵向约束，完成体系转换。

（6）快速同步焊接合龙段两侧焊缝。

3.2 关键合龙技术

3.2.1 免压重合龙观测

中兴大桥中跨合龙段长14 m，重284 t。因合龙段重量较大，若采用配重观测则工序多、难度大、工期长。基于前期高精度的线形控制成果，在中跨合龙时分别采用以下免压重合龙观测方案：通过变形预测，结合免压重观测结果，计算得到合龙段起吊后悬臂端高程、断面倾角。

中跨合龙段起吊后，实测16#段悬臂段前端的高程与转角变化量分别为-301 mm和0.00387。与预测高程变化量（-320 mm）相比，高程误差为-5.9%，与预测转角变化量（0.00403）相比，转角误差为-4.0%。结果表明，次边跨合龙段免压重合龙观测的预测变形误差小，满足要求。

3.2.2 合龙段精细配切

由于梁段制造及安装过程中的误差，悬臂段的轴线、桩号及断面倾角实测值与理论值均存在一定偏差。合龙前均需要根据南北两侧合龙口实际空间尺寸对合龙段进行配切。常规的配切方法是直线配切，即确定配切长度后以垂直于桥面中线的直线进行配切[1]。以南岸悬臂段（LBS16）底板为例，采用直线配切时，其平面配切示意如图5（a）所示。当中腹板处最小焊缝宽度为10 mm时，边腹板处最大焊缝宽度为19 mm，不能满足焊缝宽度要求（根据焊缝受力情况及合龙段嵌入施工难度，确定的合龙段焊缝宽度为10～15 mm）。因此合龙段配切时需要考虑横向尺寸误差的影响，根据悬臂段（LBS16）实际横向尺寸误差，提出折线配切方法，即确定配切基准长度（合龙段中线长度），综合考虑各控制位置预测焊缝宽度，采用以配切基准长度端点为交点的折线进行配切。采用折线配切时，南岸悬臂段（LBS16）底板的平面配切示意如图5（b）所示。采用折线配切，4道腹板处的焊缝宽度均为10 mm，小于采用直线配切时的最大焊缝宽度19 mm，满足焊缝宽度要求。采用折线配切方法可实现合龙口精确控制。

选定6℃为合龙温度，根据合龙口的观测数据，考虑各因素影响，确定修正后的合龙段控制长度为

式中：L0为南北合龙口各测点之间的实测长度；Δ1为合龙段吊装变形对合龙口宽度的修正值；Δ2为两侧焊缝宽度总修正值（20 mm）。采用折线配切方法对合龙段进行精细配切，切割完成后，最大焊缝宽度为13 mm。

图5 合龙段直线配切与折线配切示意图（单位：mm）

3.2.3 合龙段临时锁定

为保证主梁顺利合龙，必须考虑临时锁定装置，即待主梁间的横向、竖向错位调整完成后，将合龙段主梁与南北侧16#悬臂段主梁用对拉螺栓的方法进行临时锁定，使其形成整体，以保证合龙段在焊接过程中焊缝间隙不发生变化。临时锁定是在合龙段及16#悬臂段的顶板、底板增加临时拼接板（对拉螺杆底座），待横竖向错位调整后即将采用螺栓进行快速固定。顶板、底板临时锁定结构如图6所示。

图6 临时锁定结构示意图

合龙段与悬臂段临时锁定后，解除北岸主墩支座处的纵向约束，完成体系转换[3]。主梁在温度变化下自由伸缩，在各墩位处产生摩擦力转化为临时锁定处主梁所受轴力，故在临时锁定设计时，需根据单侧主梁所产生的摩擦力计算螺栓数量及尺寸，进而合理布置螺栓孔位。该桥单悬臂侧主梁产生最大摩擦力为850 t，考虑1.2倍安全系数，经计算 56 mm连接螺栓数量不少于20个，采用普通螺栓，材质为45#钢，不考虑螺栓与摩擦面的影响。

4 结 语

通过采用多项技术措施，宁波中兴大桥钢箱梁合龙工作进展顺利，自梁段起吊到环缝临时锁定完成仅用时不到4 h。该桥主梁合龙后，合龙口最大高差分别为6 mm，轴线偏差在9 mm以内，焊缝宽度10～17 mm。安装线形、合龙口间隙、环缝错边量、桥轴线偏差等工艺项点均满足标准要求。

由于该桥合龙施工监控计算准确、施工组织周密，合龙施工时没有出现二次切割，没有依靠斜拉或配重等辅助措施，在没有借助任何辅助措施的条件下实现了高精度的自然合龙（见图7）。

图7 中兴大桥中跨合龙完成