孟加拉帕德玛大桥大跨度连续钢桁梁架设技术

徐平安，李方峰

(中铁大桥局集团有限公司，湖北 武汉 430050)

1 工程概况

孟加拉帕德玛大桥[1]主桥由41孔跨度为150m的钢混叠合连续梁组成，其桥式布置为6×(6×150)+1×(5×150)=6 150m，如图1所示。双层桥面布置，下层为单线铁路，上层为双向4车道公路。单孔钢桁梁重约3 000t，全桥总重约为13万t。

图1 主桥纵断面示意(单位：m)

主梁为整体节点全焊钢桁梁结构，主桁采用无竖杆的三角桁式，横向两片桁布置。主桁桁高12.75m，主桁中心距12m，节间长度18.75m。下弦杆采用箱形截面，宽1 600mm，高1 600mm；上弦杆也采用箱形截面，宽1 600mm，高1 500mm，绝大部分上弦杆箱内设T形加劲肋；腹杆均采用箱形截面，与主桁节点采用对接焊连接。

图2 主梁横断面(单位：m)

上层公路桥面采用预制混凝土板结构，通过现浇槽口混凝土与上弦杆剪力键(钉)锚固。下层铁路桥面采用铁路纵梁+预制铁路桥面板形式，简支于下横梁两侧牛腿上，如图2所示。

本桥钢桁梁特点如下。

1)钢桁梁为整体节点全焊钢桁梁结构，主桁采用全焊接结构，创意十足，国内鲜有实例，国外类似工程主要为日本东京港临海大桥和丹麦-瑞典厄勒海峡大桥。

2)跨度大，单孔跨径150m，总长6 150m，属于特大桥标准。

3)吨位大，单孔钢桁梁自重约3 000t，外加其他临时设施和辅助工具，单孔钢桁梁吊装质量约3 400t。

4)连续钢桁梁，每联钢桁梁有6孔(或5孔)钢桁梁焊接形成连续结构。

2 总体施工方案

钢桁梁杆件单元在国内制造，海运至桥址下游Mawa岸拼装场组装、涂装成孔后纵移至存梁区。存梁区的钢桁梁通过台车横移至下河码头，由“天一”号[2]取梁、运输至待架墩位，每联之中首孔钢桁梁使用“天一”号直接架设，其余跨钢桁梁由“天一”号和钢桁梁吊架配合逐孔架设、焊接合龙。

3 施工场地布置

钢桁梁杆件单元在国内制造，海运至桥址下游Mawa岸钢桁梁拼装场[3]。拼装场按使用功能划分为杆件存放区、桁拼区、立拼区、涂装区、存梁区。

钢桁梁下河码头布置于Mawa岸，钢桁梁横移轨道设置于钢桁梁存放区，与钢桁梁纵移轨道平面垂直交叉，横移轨道前端与钢桁梁下河码头相接，轨道中心距75m。

4 钢桁梁下河与运输

4.1 钢桁梁纵、横移

钢桁梁纵移采用6台600t纵移台车，将钢桁梁从涂装区纵移至存梁区。钢桁梁横移采用4台900t横移台车，横移钢桁梁到下河码头待取梁位置(见图3)[4]。

4.2 配重

由于每孔钢桁梁为非对称结构，重心不在跨中。根据每孔钢桁梁自重和重心，设置配重于钢桁梁上弦架梁反方向的后端，配重距上弦跨中距离和大小如表1所示。增加配重后，钢桁梁在起吊时“天一”号左、右两侧滑车组受力一致。

表1 钢桁梁自重、配重

4.3 钢桁梁起吊

钢桁梁通过专门设计的吊具进行起吊，如图4和图5所示。钢桁梁吊具包括扁担梁、平拉索、上锚梁、斜拉索、下锚梁，扁担梁与“天一”号滑轮组相连，下锚梁与钢桁梁吊耳连接。2个扁担梁之间通过一定长度的平拉索连接，在起吊过程中，2个扁担梁、平拉索和钢桁梁形成1个等腰梯形，平拉索用以抵抗水平方向的分力。扁担梁为销接的桁架结构，平拉索和斜拉索采用强度1 770MPa φ7mm平行钢丝，斜拉索每个锚点横向平行布置2根，间距2.4m。锚梁为框架结构。

图4 钢桁梁起吊立面

4.4 码头取梁

“天一”号通过绞锚方式进入钢桁梁下河码头内，调整“天一”号位置与钢桁梁对位。“天一”号下放钢桁梁吊具，将吊具斜拉索与下锚梁连接固定。

图5 钢桁梁起吊断面

“天一”号起吊钢桁梁，当起吊高度离横移台车约1.0m，退出横移台车。解除前端岸锚和后端尾锚，“天一”号离开码头。

“天一”号在码头外水域锚泊，下放钢桁梁至固定胎架，当“天一”号显示固定胎架支承的承载力约4 000kN时，停止落梁，钢桁梁与船体临时固定。

4.5 载梁运输

根据“天一”号的尺寸、吃水深度等选择运输航线。航行中控制航速。

5 钢桁梁架设

5.1 首孔钢桁梁架设

5.1.1墩顶布置

为调整钢桁梁的平面位置和高程，在墩顶安装垫梁和钢桁梁纵、横移及竖向顶升系统(“墩顶三向调整系统”，见图6，7)。支座临时安装至垫石顶，支座顶面高程低于设计高程30mm[5]。

图6 中间墩“墩顶三向调整系统”平面

图7 中间墩“墩顶三向调整系统”立面

5.1.2钢桁梁架设

“天一”号进入墩位附近，抛设前、后锚，通过绞锚方式完成船头调转及定位。“天一”号提升钢桁梁，当梁底超过墩顶约1.5m时，绞锚移船，精调钢桁梁平面位置，然后钢桁梁落于N/N+1墩顶竖向千斤顶垫板顶面(见图8)。钢桁梁初步就位偏差：纵、横向均≤15cm[6]。

图8 首孔钢桁梁架设

5.1.3钢桁梁精确定位

钢桁梁架设后，测量钢桁梁纵、横向偏位情况，计算钢桁梁调整定位量，利用“墩顶三向调整系统”调整钢桁梁平面位置、高程，使钢桁梁位置满足设计要求。

5.2 非首孔钢桁梁架设

5.2.1安装钢桁梁吊架

钢桁梁吊架为菱形桁架结构，主桁杆件、横梁均为焊接箱形截面。吊架顶上锚点中的竖向、纵横移千斤顶可实现钢桁梁竖向、纵横向调整移位。悬挂吊索采用直径140mm、强度等级为1 770MPa φ7mm平行钢丝。下吊点锚固于待架跨钢桁梁近端上横梁上(见图9，10)[7]。

图9 吊架侧立面示意

1 000t浮吊将吊架整体吊放至已架钢桁梁远端墩上弦顶面设计位置，单根后锚螺杆采用千斤顶预拉300t。首次使用吊架前，需进行110%荷载试验。

图10 吊架正立面示意

5.2.2非首孔钢桁梁架设

“天一”号进入墩位附近绞锚精确定位，下放钢桁梁，当梁底距墩顶的竖向千斤顶顶面约50cm时停止，调整船体，使合龙口纵向距离≤30cm，横向≤15cm，挂设吊索至下吊点装置。继续下放钢桁梁，当梁底距墩顶的竖向千斤顶约20cm时停止，再次检查钢桁梁平面位置。“天一”号松钩落梁，钢桁梁远端支撑于墩顶竖向千斤顶、近端悬挂于吊架(见图11)[6]。

图11 第2孔钢桁梁架设

6 钢桁梁逐孔合龙

6.1 钢桁梁位移调整

为提高待架钢桁梁横向抗风能力，在已架钢桁梁远端下弦端头安装抗风锁定装置，将2孔钢桁梁连接成整体。抗风锁定装置由外套筒、内套筒、后横梁、50t纵向和横向双作用千斤顶等组成(见图12)。外套筒中的50t纵向千斤顶控制内套筒的回缩和伸长，在回缩状态下，内套筒的伸缩端头不得接触待架孔钢桁梁下弦杆；在锁定状态下、内套筒的伸缩端头与待架孔钢桁梁下弦杆的接触长度为30cm。

图12 抗风锁定装置

非首孔钢桁梁架设后，钢桁梁远端支撑于墩顶竖向千斤顶，近端悬挂于钢桁梁吊架。利用远端“墩顶三向调整系统”和近端吊架上锚点装置的竖向千斤顶、纵横移千斤顶调整钢桁梁平面位置、标高，伸出抗风锁定装置横向水平千斤顶，对待架孔钢桁梁近端临时锁定。

6.2 合龙口配切与位移调整

对于调整好的钢桁梁，测量其偏位、温度及杆件合龙口距离，计算合龙口切割量，对合龙口下弦杆、斜杆预留长度进行配切，然后进行合龙口调整[8]。

合龙口调整按纵桥向→竖向高程→横桥向顺序进行，具体如下。

1)启动吊架上锚点纵向水平顶及远端墩顶纵移水平千斤顶，调整待架钢桁梁纵向位置，使下弦杆合龙口测量控制点纵向距离与理论距离相吻合。

2)启动吊架上锚点竖向千斤顶，通过放张吊索顶部连接张拉杆，调整钢桁梁合龙口高程，使合龙口两端高程一致。

3)启动吊架上锚点横向水平千斤顶(微调时，可借助抗风锁定装置50t横向千斤顶)及远端墩顶水平千斤顶，调整待架钢桁梁横桥向位置。远端墩顶端以钢桁梁轴线与桥轴线对中为准，吊架端以合龙口处两孔钢桁梁轴线一致为准。

调整对位后，首先对下弦杆用码板(每边按3～4块均布)锁定，再对斜杆速码板(每边按3～4块均布)锁定(见图13)。

图13 下弦杆合龙口码板锁定

6.3 合龙口焊接与支座转换

下弦杆、斜杆4个合龙口两侧同步焊接[9]。

对于单个合龙杆件拼口，先对称焊接腹板的两条立位焊缝(药芯CO2气体保护焊)；再对称焊接上、下水平板(或翼缘板)的2条焊缝(实心CO2气体保护焊)。

下弦杆、斜杆焊接合龙后，测量上弦杆合龙口间距，切除上弦合龙杆件预留长度。采用吊架40t电动葫芦吊装上弦杆合龙杆，码板临时锁定后施焊。

合龙口焊接完成后，精调永久支座位置及高程，进行支座灌浆，强度满足要求后钢桁梁由永久支座支承受力，并临时锁定，解除前一墩永久支座锁定。

7 结语

孟加拉国帕德玛大桥是中资企业承接的最大海外单体桥梁工程，也是在国际上具有巨大影响力的桥梁，主桥由41孔跨度为150m的钢混叠合连续梁组成，针对主桥钢桁梁长度长、质量大且逐孔施工特点，采用钢桁梁整体吊装、墩顶三向调整系统、钢桁梁吊架、钢桁梁逐孔合龙等技术，有效解决了大跨度、大吨位多孔连续钢桁梁整体逐孔架设难题，技术成熟，安全可靠。目前，41孔钢桁梁全部架设完成，施工质量满足技术规范要求。