跨繁忙航道超宽主梁施工技术探讨——以巴拿马运河第四大桥工程为实例

唐子其

(中国港湾工程有限责任公司，北京 100027)

0 引 言

中国桥梁事业在长期建设中形成了成套的大跨度桥梁建设技术，包括大跨度桥梁设计技术、装配化施工技术等关键技术；以“智能桥梁”为代表的第三代桥梁工程发展理念也逐渐被世界桥梁界所认可。随着环太平洋沿岸的国家和地区中，新兴经济体国家经济快速增长，跨国界、跨区域互联互通需求的日益增长，发达国家交通基础设施的日益老化。针对上述区域开展普遍性、前瞻性的跨海、跨江、跨河通道工程建设关键问题研究，以及解决繁忙超宽主梁施工难题，本文以巴拿马运河第四大桥工程为实例，主要从3个方面探讨主要的施工技术，为推动我国跨繁忙航道超宽主梁施工技术广泛应用提供帮助。

1 工程基本概况

巴拿马运河第四大桥位于巴拿马城西部，距离美洲大桥以北500 m处，大桥跨越巴拿马运河，东端连接北部走廊(Corredor Nte.)及Albrook地铁站，西端连接通往Arraijan的公路。大桥全长约6 km(包括主、引桥和路网长度)，桥梁全长3.95 km，其中主桥长1 088 m，为双塔双索面斜拉桥，主跨510 m，东互通匝道30条，桥梁12座，西互通17条，桥梁7座[1]。巴拿马运河第四大桥的实施可极大改善太平洋一侧运河两岸道路交通问题，以减轻城市不断扩张后日益加剧的交通压力，并提高巴拿马太平洋项目和运河西侧的通行能力。大桥跨越巴拿马运河主航道，主航道宽约350 m，因巴拿马运河繁忙，运河管理局ACP不允许过多占用通航时间。因此，如何做好跨繁忙航道超宽主梁施工是提高巴拿马运河第四大桥建设进度主要关注点。基于此，本文主要从以下几个方面探索跨繁忙航道超宽主梁施工技术，供类似施工项目参考。

2 主桥钢箱梁施工技术

主跨445 m范围内采用钢箱梁结构，标准节段长13 m，共37个节段。中跨钢箱梁采用分块制造、运输、现场分块组拼的施工流程。主桥中跨主梁采用全封闭钢箱梁结构形式，梁段宽51 m，标准节段长13 m。中跨钢箱梁标准节段分为6块，单块重量约60 t/85 t。钢箱梁在车间组拼成单个节段(图1)，其中单个节段最长13 m，最重约为386 t [且单个节段分成6个部件(图2)，每个部件最大重量约85 t]。

图1 钢箱梁节段划分示意图

图2 标准节段钢箱梁分块示意图(单位：cm)

2.1 海上运输

钢箱梁在国内基地制作厂区加工制造，从中国出发，采用分块运输，到达巴拿马四桥项目，大约9 000 n mile(1n mile=1 852 m)，约航行35 d。根据表1所示，一航次运输和二航次运输的相关参数对比，综合考虑减少对现场存梁场地依赖，掌握主动权，推荐二航次运输方案。钢箱梁分3层叠放，放置于船甲板分载梁上，分载梁对应箱梁横隔板位置，每2层箱梁之间也在横隔板处铺设枕木，纵横向通过支架非焊接挡固[2]；为保护钢箱梁油漆，在海绑支架与箱梁的接触处设置硬橡胶垫。

表1 不同运输航次对比

2.2 卸船及现场转运

东岸钢箱梁在码头卸船，采用350 t浮吊将节段钢箱梁直接吊运至运梁小车，运梁小车将钢箱梁转运至塔旁存梁场地存放，安装前采用260 t履带吊将钢箱梁吊装至现场运输轨道转运至塔旁。西岸同样采用350 t浮吊将节段钢箱梁直接吊运至运梁小车后转运至指定地点存放。

2.3 总体工艺流程

总体工艺流程可分为:

(1) 中箱第1块安装，中吊机前移。

(2) 中箱第2块安装，再将中间吊机前移。

(3) 进行左1、右1边箱对称安装，边吊机前移。

(4) 进行下一标准梁段中箱第1块安装，中间吊机前移[2，3]。

(5) 左2、右2边箱对称安装，边吊机前移，同时斜拉索安装，循环施工。

图3 总体工艺流程图

2.4 分块钢箱梁吊装上桥面(提梁门机、桥面吊机)

分块钢箱梁运输至桥位后，采用布置在索塔侧面的提梁门机或桥面吊机提升至桥面。提梁门机一侧支腿布置于地面，基础设置独立扩大基础，一侧支腿布置于桥面，提梁门吊设置于两支腿上。提梁门机纵向布置于中跨距索塔中心线约20 m处，与塔吊布置位置错开。

2.5 分块钢箱梁桥面运输及安装

分块钢箱梁吊装上桥面后，采用桥面轨道运输至中跨悬臂端。分块钢箱梁安装流程可分为：

(1) 采用桥面吊机将中箱吊离桥面。

(2) 将中箱旋转90°。

(3) 安装、匹配中箱。

(4) 采用桥面吊机将边箱吊离桥面。

(5) 将边箱旋转90°。

(6) 安装、匹配边箱。

2.6 相关保障措施

主要保护措施包括：

(1)吊装施工尽可能选择船舶较少时段，根据需要请求ACP协助安排相关部门现场警戒和航道维护。

(2) 钢箱梁焊接及连接期间采取封闭的防坠保障措施，降低或避免施工坠落风险。

3 边跨混凝土箱梁施工技术

主桥边跨为77 m+72 m+72 m+68 m =289 m及中跨方向32.5 m无索区梁段，总长为321.5 m。主桥边跨采用挂篮悬浇施工。边跨混凝土箱梁梁宽51 m，高5 m，单箱六室结构。

3.1 挂篮施工及布置

挂篮施工的重点是控制承载变形及自身稳定性。

(1)总体布置及计算分析。结合梁段截面，利用MIDAS软件对挂篮结构进行了总体布置及计算分析，共布置4片主桁，其最大竖向变形为23 mm。

(2)优化设计及总体布置。为尽可能减少变形，采取增加主桁方式进一步提高挂篮自身刚度[3]；同时，考虑到边跨主梁存在单向横坡即梁段扭转问题，对挂篮设计轨道支垫进行细化设计，设计不同调整范围类型调整座。

3.2 挂篮预压

挂篮预压试验内容包括：

(1) 挂篮系统在各个工况下的各个主要构件的变形值采集。

(2) 主桁承重系统各个构件和连接接头的安全性检验。

(3) 锚固系统变位观测和安全性检验。

(4) 箱梁的变形观测。

(5) 整个挂篮的承载能力和安全保障系统的检验。

挂篮预压试验方法按照最重节段梁重荷载计算得到预压荷载，采用千斤顶及三角反力架分级加载。

3.3 混凝土浇筑施工控制

考虑到悬浇箱梁为整幅51 m超宽箱梁，且受单向超高及地铁3号线影响，梁体会出现单侧倾斜及梁面台阶状[4]。针对主梁特点，按照如图4所示顺序进行浇筑，主要采取控制措施如下：①固化浇筑工艺：横桥向严格对称浇筑(底板→腹板、横隔板→顶板)，纵向从低端向高端浇筑；②顶板及斜腹板采取压模工艺控制“翻浆”及混凝土浇筑质量。

图4 主桥边跨混凝土浇筑顺序示意图

4 辅助墩、过渡墩施工技术

(1)钢筋加工与安装。钢筋加工与安装技术流程包括：①主筋配料根据本工程墩身高度情况，全部采用多次配接到位，主筋采用机械连接接长；②墩身钢筋采用钢筋棚下料，墩位附近绑扎成型，吊车安装钢筋骨架。

(2)模板加工与安装。墩身施工采用翻模法施工，外模采用大块钢模板。模板规格3 m×3 m，每次浇筑6 m高。模板由3大部分组成：面板体系、围檩体系、支撑体系、工作平台体系。

(3)混凝土黄施工控制。混凝土黄施工控制要点主要包括：①混凝土黄由混凝土黄搅拌站集中拌和，由混凝土黄罐车运输，由汽车泵泵送至浇注部位，以确保混凝土黄落差控制在2.0 m以内；②混凝土黄浇注采用分层法，每层厚度不大于30 cm；③墩身混凝土黄养生采取塑料薄膜缠绕蓄水进行养生，减少水分的蒸发，保证混凝土黄表面的湿润，养生时间不少于7 d；④混凝土外观质量要求：线型平顺，圆端倒角光洁匀称，墩身外观清洁，无锈迹或油污，钢筋或预埋件保护层厚度符合设计及规范要求。

(4)外观质量控制。外观质量控制主要包括：①科学设计配合比，控制混凝土的泌水率，提高混凝土工作性能；②模内混凝土浇筑分层厚度不超过30 cm、均匀布料，布料高度不超过1 m；③养护期结束后，对构件外露面进行覆盖，防止二次污染。

5 结束语

综上所述，在“一带一路”倡议和“交通强国”国家战略推动下，加强区域合作、开展各国基础设施的互联互通、建设智慧交通体系已经成为一种新的趋势，尤其是跨海、跨国超宽桥梁施工技术，在繁忙的运输交通压力下开展有序的、高质量的建设任务是今后发展的主要方向之一。文章以巴拿马运河第四大桥工程为实例，主要从3个方面提供了一种跨繁忙航道超宽主梁施工技术，为推动该技术的应用提供借鉴。