组合梁斜拉桥技术创新

华晓烨

摘 要：文章以南京江心洲长江大桥为依托，介绍了组合梁斜拉桥建设中的结构、工艺及设备创新。钢壳-混凝土组合索塔关键技术、粗骨料活性粉末混凝土组合结构及工业化建造技术等技术创新的应用，有效推动了大跨径组合梁斜拉桥建设水平的提升。

关键词：南京江心洲长江大桥;组合梁斜拉桥;创新

1 工程概况

南京江心洲长江大桥位于南京长江三桥下游约5km、南京长江大桥上游约13 km处，是205国道和312国道的过江通道，同时也是南京“高快速路系统”中绕城公路的重要组成部分。路线起于宁合高速五里桥互通，向东南方向跨越长江主航道至江心洲，其中跨江主桥长4134m，为纵向钻石型索塔中央双索面三塔组合梁斜拉桥，索塔为钢-混凝土组合索塔，主梁为粗骨料活性粉末混凝土为桥面板的流线型扁平整体箱型组合梁。江心洲长江大桥于2017年5月开工建设，2020年12月建成通车。

2 工程特点

南京江心洲长江大桥采用了多项世界或国内首创技术，施工工艺复杂、技术创新多。索塔采用钢-混凝土组合索塔结构，为世界首创。索塔纵向为钻石型索塔，横向为独柱塔，中索塔承台以上高177.4米，边索塔承台以上高169.7米，钢壳部分为双壁异形箱型附筋钢结构，索塔基础采用钻孔灌注桩基础，有效解决了多跨斜拉桥中塔稳定性等问题。主梁采用粗骨料活性粉末混凝土为桥面板的流线型扁平整体箱型组合梁，组合梁全宽35.6米，是世界上首次采用粗骨料活性粉末混凝土桥面板结构的大跨径斜拉桥。

3 技术创新

3.1钢壳-混凝土组合索塔关键技术

南京江心洲长江大桥索塔建设首创了钢壳-混凝土组合索塔的理念，将钢结构索塔的工厂化制造及架设工艺与混凝土索塔所具有的优良抗弯、压刚度相结合，研发了结构性能优、工业化程度高、建造速度快的钢壳-混凝土组合索塔，在组合索塔受力机理、设计技术、施工技术等方面取得了重要突破。

（1）首创了以纵横双向钢筋混凝土榫群为剪力连接件、钢壳与混凝土协同受力、共同工作的钢壳-混凝土组合索塔。钢壳-混凝土组合索塔由双层附筋钢壳与填充于钢壳之间的混凝土组合成协同受力的整体结构，钢壳通过纵横双向钢筋混凝土榫群与混凝土组成协同受力整体。钢壳及附筋在工厂制造、组装，在现场只需吊装和机械式连接。组合索塔结构继承了钢结构索塔工厂化制造、模块化拼装的优点，发挥了钢混组合结构刚度大、承载力强、延性好的优势;有效提高了索塔工厂化制造率，降低了原材料的投入，显著缩短了索塔建造周期、减少了人工投入和设备占用周期。现场施工速度由混凝土索塔的0.7m/天提高到1.2m/天，现场人工投入减少70%。

（2）构建了钢壳-混凝土索塔结构的功能模块，提出了构造设计原则，建立了保证钢壳-混凝土组合索塔整体协同受力性能的设计理论和方法。钢壳-混凝土组合桥塔采用在钢壳的薄钢板加劲肋上开孔、内插钢筋形成双向薄钢板钢筋混凝土榫剪力连接件，明显加强了钢壳与混凝土连接。足尺模型试验表明，钢壳-混凝土组合结构试件的刚度、承载能力、延性等较相同含钢率钢筋混凝土结构试件分别提高了33%，49%和50%，显著提高了结构的综合性能;纵横双向剪力连接件为大宽厚比薄板钢壳提供了面外约束，避免钢壳弹性屈曲，通过对钢壳壁板厚度与混凝土强度的合理匹配，有效提高索塔结构延性;钢壳-混凝土组合截面在工作全过程满足平截面假定，钢壳、钢筋、混凝土共同工作，协同受力。

（3）针对附筋钢壳的制造要求，提出了密肋附筋板单元制作工艺及附筋精确定位、组装技术;针对钢壳双层箱型截面抗畸变能力弱的特点，提出了附筋钢壳立式总拼技术，研制了立式总拼胎架，提出了基于中央基线的短线法匹配方式，实现了附筋钢壳工厂化、标准化的制造。发明了竖向附筋精确匹配定位工艺，根据竖向钢筋间距不同，制作不同孔距钢筋定位样板，采用定位样板卡固在钢筋端头螺纹丝扣处，實施对竖向钢筋的精确定位，再使用槽型定位工装搭配定制螺母，固定钢筋水平位置，竖向位置可调节。

（4）发明了轻型液压整体自爬升施工平台，确保了附筋钢壳在桥位处的精确定位和快速连接。平台主要由预埋件系统、爬升装置、承载桁架、走道及安全围护、液压及智能控制系统等部分组成。平台工作时，在钢壳预留孔位置安装锚锥和埋件，并保证其安装紧固，在上一节钢壳上安装附墙挂，插入导轨，依次过二层附墙挂座，操作动力装置控制器爬升架体。

3.2粗骨料活性粉末混凝土组合结构及工业化建造技术

南京江心洲长江大桥首创了结构轻型、力学性能优异、工厂化、智能化建造程度高、质量可靠的粗骨料活性粉末混凝土组合梁，并在材料、构件、结构、施工工艺及智能化装备方面进行了系统研究，提出了系统的材料制备方法，构件和结构设计理论和方法，研发了系列新工艺、新装备。

（1）基于活性粉末混凝土设计原理，引入改性组分和骨架结构，研发了高弹性模量、低总收缩、抗弯拉性能优良的粗骨料活性粉末混凝土材料，并通过常规养护即可获得优异材料性能，降低了超高性能混凝土的材料造价。与普通混凝土（以C60为例）相比，粗骨料活性粉末混凝土抗压强度提高了2.8倍，抗拉强度提高4.5倍，弹性模量提高了1.5倍，徐变减小了3.5倍，克服了混凝土性能的诸多不足，是一种适宜于钢-混组合梁的新材料。

（2） 首创了以粗骨料活性粉末混凝土为桥面板的粗骨料活性粉末混凝土组合梁结构，利用粗骨料活性粉末混凝土强度高、弹模大的特点，减轻了结构自重，提高了正负弯矩区的抗裂性能、结构刚度及其抗弯压稳定性，减低了收缩自应力及收缩次应力，提高了主梁的极限承载力，减少了材料用量。桥面板厚度由传统的27cm降低至17cm，单位重量由37.3t/m降低至27.7t/m，显著改善结构整体受力性能，提高了结构的耐久性。

（3）提出了粗骨料活性粉末混凝土标准化拌合制度、标准化振捣工艺、桥面板制造工艺，确定了具体的工艺参数。研发了高精度、模块化、多功能专用模具，该模具与钢箱梁制造采用同一定位系统，能够实现预制板形状、外形尺寸的精度控制、快速拆模等功能，从源头保证了预制板制造精度和钢筋的连通;研发了兼顾工厂化生产和桥位施工的智能化拌合系统、数字化自动布料机、阵列式数字化自动振捣机、数字化自动振捣整平机系列设备，实现了桥面板生产、钢-混叠合、桥位施工的自动化、智能化，提高了施工质量和生产效率。

4 结语

依托南京江心洲长江大桥工程建设，围绕钢-混组合结构斜拉桥建设技术开展的技术创新与应用，有效改善了组合梁斜拉桥的受力性能，提高了组合结构的耐久性，提升了大跨径桥梁建设的工业化、绿色化程度，降低了工程造价，推动了大跨径组合梁斜拉桥建设由建造型向制造型的转变。

参考文献：

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[2]崔冰，夏辉，尤琦，王晓斌，章晓明，陈平.粗集料活性粉末混凝土桥面板施工工艺研究[M].北京：人民交通出版社，2018：348-355.

[3]陈平，华乐.南京长江第五大桥钢混组合塔钢壳制造关键技术[J].世界桥梁，2019，47（3）：p.20-25.

（南京市公共工程建设中心，江苏 南京 210019）