沪通长江大桥北引桥公铁合建段双层混凝土箱梁立体施工关键技术研究

曾 炜， 李 隆， 汪建群

(1.中交二航局 第二工程有限公司，重庆 401121； 2.湖南科技大学 土木工程学院，湖南 湘潭 411201)

1 工程概况

双层、多层桥梁可充分利用桥梁的墩台结构形成立体交通，节约土地资源。目前双层结构体系在公铁两用桥梁中有较多应用[1-3]。沪通长江大桥北引桥公铁合建段采用双层混凝土箱梁结构，铁路线在下，公路线在上，均为双幅设置，其立面设计如图1。

图1 桥型布置图(单位：cm)

沪通长江大桥北引桥合建段的横截面立面布置如图2所示。合建段下层铁路梁为7×49.2 m简支梁，采用节段预制，架桥机节段拼装，现浇湿接缝方法施工[4-7]。49.2 m简支梁双线设置，共14跨，采用直腹板单箱单室箱型截面，顶面宽12.2 m，底板宽6.2 m，梁高4.09 m，箱梁翼缘悬臂3.0 m，悬臂端部厚度20 cm，悬臂根部厚度62.8 cm，箱梁顶板厚34 cm，腹板厚50～90 cm，底板厚30～70 cm。桥梁分节段预制，每跨11个节段，节段长度有3.1、4.1 m两种，最重梁段约重145 t。

图2 下层铁路梁及上层公路梁相对位置图

合建段上层公路梁为(4×49.2+3×49.2)m连续梁，充分利用现场资源，采用落地、落梁混合高支架现浇施工。上层主梁采用斜腹板单箱单室箱形等高截面，双幅设置，共计14跨，梁高2.8 m。主梁单幅顶宽16.49 m，外侧悬臂长度3.9 m，内侧悬臂长度4.39 m，顶板厚度0.26 m；底宽6.8 m，底板厚度0.25～0.5 m；腹板厚度0.5～0.85 m。

由于线路是双线设置，且受限于场地布置，架桥机变幅采用吊装变幅不适用，且耗时较长，结合现场实际情况，提出双线箱梁桥机横移变幅技术，能够有效解决上述问题。合建段上层公路梁为支架现浇连续梁，且未设置桥面调平层，所以桥梁施工如何进行落地、落梁混合高支架设计，针对落地高支架变形及沉降控制以及无调平层箱梁线形及顶面标高控制是施工的重点和难点[8-10]。

本文阐述了沪通长江大桥北引桥公铁合建段下层铁路线预制梁和上层现浇梁现浇施工组织；介绍了双线箱梁架桥机横移变幅技术和无调平层箱梁线形及顶面标高控制技术。项目研究形成了公铁合建双层箱梁双层混凝土箱梁立体施工关键技术，可为同类型工程施工提供参考。

2 下层铁路梁施工组织

首先进行下层施工。下层铁路简支梁为双幅布置，采用短线法节段预制、架桥机逐孔拼装施工。由于双幅布置公铁两用桥简支梁墩身宽度较大，墩身高度较高，不利于下行式架桥机布置支撑系统，故本桥采用TP60型1 600 t上行式架桥机进行节段梁架设。

待节段梁养护强度达75%以上后，即可利用180 t龙门吊提梁至存梁区。节段梁提梁吊具采用专门设计，工厂化制造，制造精度和质量均满足施工要求。为避免后续节段梁拼装有序进行，在内箱室对每块节段梁进行专门的编号，每块梁对应唯一的编码，按照梁段架设的顺序进行预制与堆存。由于节段拼装孔跨不多，且桥下地质条件比较有利，采用架桥机桥下取梁的方式，只需对运梁通道进行硬化处理，相对常规尾部喂梁方式，可节省大型提升站的建设和梁面运梁平车的费用。

节段梁采用运梁平车从预制场经施工便道运输至每孔桥跨下，起重天车桥下取梁，按从两端往中间的顺序提升并悬挂在架桥机下方，经精确定位后即可落梁。最后施工湿接缝，张拉预应力后拆除撑杆，梁段施工完成。具体节段梁安装工艺流程图如图3。

图3 节段梁安装工艺流程图

3 上层公路梁施工组织

上层公路梁分双线左右幅设置，距地面约60 m高，左右幅总宽约34 m，与铁路梁间距约12 m，支架安拆空间有限，施工起重设备及混凝土浇筑设备选型影响因素较多，如何提高设备及支架利用率，减少周转作业量，合理安排双线连续梁施工顺序也是需要考虑的重点和难点。

通过研究，采用行走塔吊代替常规固定式塔吊，提高塔吊利用率，减少安拆作业量，在已完成施工的铁路梁上增加一台50 t汽车吊，前期用于铁路梁面行走塔吊超大、超重部件的吊装，后期用于落梁支架安拆周转。采用混凝土布料杆用于高墩箱梁混凝土浇筑，提高布料精度及浇筑速度，浇筑过程更加可控。

合建段上层公路连续梁现浇施工充分利用现场资源，采用落地、落梁混合高支架现浇施工。0-N07#墩公路连续梁总体采用在下层铁路简支梁节段拼装湿接缝处设置预埋件并搭设现浇支架和落地支架相结合的形式现浇，其施工工艺流程如图4所示。另外，0-N04#墩先逐跨浇筑左幅2跨，然后浇筑右幅2跨，左右幅交替的施工顺序；N04-N07#墩先逐跨浇筑左幅联，再浇筑右幅联的施工顺序。

图4 0-N07#墩公路连续梁施工工艺流程图

4 下层双线箱梁架桥机横移变幅技术

4.1 总体思路

常规节段箱梁为单线设置，通过架桥机纵向移动逐跨架设施工，工艺较完善。为减少架桥机安拆次数，节约工期及成本，待左幅节段箱梁架设完毕后，架桥机需进行横移变幅施工作业，转移到右幅进行节段箱梁的架设。通过对架桥机横移变幅方案进行比选，综合考虑工期、成本、施工可操作性等因素，决定采用自制型钢横梁作为变幅轨道，并通过四氟滑板、润滑油等措施减少摩擦，采用手拉葫芦横移中支腿主梁并进行临时锚固，最终完成横移变幅工作。

4.2 工艺流程

具体变幅工艺流程如下：

架桥机前移至N03#墩，利用架桥机的主起重天车将临时中支腿的主梁吊装到 N01#墩及 N02#墩的墩顶上搁放(预留出分离前后中支腿位置)，进行横移变幅准备。

拆除前支腿，后中支腿油缸顶升5 cm，然后顶升前支腿使其承载，后中支腿油缸卸荷，此时架桥机主桁架后部受力转换到前支腿上，利用主起重天车将后中支腿台车与主梁拆解分离，吊放到前支腿旁侧。

将焊接好的双拼“工 25”的型钢放置在 N1#墩左右幅墩顶块上，根据主梁的宽度确定摆放位置，将工字钢轨道进行固定，在上表面涂抹润滑油。将焊接好的 4 块限位滑板按照横梁脚板位置放置在轨道上，并在轨道与滑板中间加放四氟滑板，减少横移主梁时产生的摩擦力。用天车将主梁吊装放置在滑板上，并用手拉葫芦对主梁进行左右幅转移。在转移主梁过程中，当左方主梁顶端到达桁架下方合适位置后，安装连系梁，随后继续向右幅转移主梁。到位后，用三向千斤顶分别将主梁左右顶起，抽出工字钢轨道，并对主梁进行临时锚固。

将临时中支腿主梁吊装到 N01#墩墩顶，并与连系梁连接，用电动扳手紧固螺栓。再将后中支腿台车吊至临时中支腿的主梁上安装，前支腿卸载，此时后中支腿受力，然后前支腿油缸收缩。见图5。

图5 重新安装中支腿

利用起重天车将前支腿拆除安装至 N02#墩前中支腿南通侧，前中支腿油缸顶升 5 cm，然后顶升前支腿使其承载。前中支腿油缸卸荷，此时架桥机主桁架前部受力转换到前支腿上，使前中支腿与主桁架脱空。随后分解前中支腿，用自制焊接的双拼工字钢轨道，将前中支腿主梁转移到右幅，抽开工字钢，用临时中支腿主梁置换前中支腿主梁，然后将主桁架前部分受力转换到前中支腿上，接着拆除前后支腿。

采用专用连系梁将临时中支腿的主梁和前后中支腿的主梁进行连接，并用电动扳手拧紧连接螺栓。先将主梁后退至前后悬臂等长的位置处，然后将举起重天车移至主桁架中间，两个辅助行车分别移至主天车对称位置，再安装中支腿与主桁架的锚固措施，安装横移液压系统，准备横移变幅作业。

液压系统启动，开始主梁横移作业。横移时，通过在前后主梁上作出标记，可直接观察到前后中支腿横移是否同步，在前后中支腿上分别设专人同步指挥。主梁横移到位后，拆除临时中支腿主梁与中支腿主梁的连接，主桁架纵移到节段箱梁安装状态。至此完成架桥机的变幅施工。见图6。

图6 架桥机横移变幅施工到位

5 上层无调平层箱梁线形及顶面标高控制

上层公路梁桥面铺装结构自下而上依次为3～8 mm防水粘结层、60 mm改性沥青SMA-20下层、改性乳化沥青粘层、40 mm改性沥青SMA-13面层，并未设置桥面调平层。桥梁施工最大单次浇筑节段桥面宽17.74 m，长57.82 m，桥面纵坡达到5.8‰、横坡为2%，平面尺寸大、标高变化大、设计施工要求高是项目施工重难点，这也导致箱梁顶面标高及平整度控制显得尤为关键。箱梁线形影响因素及施工控制方法，一方面在施工中需要严格按照设计及规范要求进行各工序施工作业，加强管理控制，避免梁体结构内力及线形偏离预期；另一方面需要对箱梁施工进行监控，以达到预期目标。

现浇箱梁预拱度主要由现浇支架在荷载作用下的沉降变形量和设计预拱度组成。准确的预拱度设置是箱梁线形标高控制的前提与保障，施工中以上述两项之和作为立模预拱度控制标准，跨中预拱值按二次抛物线过渡计算其他位置。

支架搭设遵循“自下向上，先主体、后附属，同施工方向搭设”的原则，搭设过程中需保证各部件连接质量，避免荷载作用下产生过大的非弹性变形及不均匀沉降，影响线形控制及施工安全。针对本工程特点，在常用钢管少支架基础上研究设计落地、落梁混合高支架，见图7。

图7 上层公路梁落地、落梁混合支架结构

支架搭设完成检查合格后进行加载预压，消除非弹性变形，将弹性变形值与理论值作比较，作为预拱度调节及立模标高依据。预压总重量按施工总荷载的1.3倍考虑，预压加载部位、顺序,与箱梁施工时支架实际受力状况相匹配。布设沉降观测点实时监控变形，见图8。

图8 支架沉降观测点布置

支架预压完成，预拱值通过卸荷块调整完毕后进行模板安装。底模按测量定位铺设好后复测标高并固定；侧模安装好后进行精确调位，以平面位置及翼缘板标高控制为主，调节完毕后紧固所有紧固件，并进行复测；内模采用小块钢模拼装，需严格控制结构尺寸并做好支撑系统。

上层公路连续梁采用C50高性能混凝土，单次最大浇筑方量730 m3。箱梁浇筑前根据预拱度及设计顶面高程计算出混凝土浇筑控制顶标高，在顶板布置顶面标高控制定位筋。U型定位筋与梁体钢筋焊接牢靠，顶面按梁顶标高减2 cm控制，纵向定位筋采用φ20圆钢，顶面即梁顶标高。见图9。U型定位筋横向2 m/道，纵向4 m/道布置，纵向定位筋直接放在U型筋上，根据顶板浇筑情况纵向拖动。顶板收面时采用铝合金刮板拖动控制顶面标高、平整度、倾斜度并提浆。

图9 顶面标高控制示意

施工过程中需要采取措施严格控制预应力施加精确度并减少预应力损失。为更好地控制落地落梁混合支架受力及变形协调性，以确保结构安全，特引入监控手段对支架进行实时监测。施工过程中通过对梁段立模、混凝土浇筑、预应力张拉等各工况下梁体及支架变形情况进行监控量测，与理论计算值进行对比分析，及时修正调整预拱度值及立模标高，从而使最终箱梁线型达到或接近设计目标值。通过固定时间观测梁体变形并结合相对标高法来降低或消除温度变化对桥梁线形的影响。

通过过程控制及施工监测，无调平层公路连续梁线型及顶面标高得到有效控制，落地、落梁混合支架沉降控制及协调变形能力也得到有效验证。整联箱梁施工完成后，增加箱梁徐变观测，对各期徐变数据进行处理分析，核查预测徐变观测趋势，预测累计徐变值是否超限，为后续类似工程施工提供经验与参考。

6 结论

本文以沪通长江大桥北引桥公铁合建段双层混凝土箱梁施工工程为依托，形成了公铁两用双层混凝土箱梁立体施工成套技术。主要结论有：

a.研发了架桥机横移变幅施工技术。为减少架桥机安拆次数，节约工期及成本，待下层左幅节段箱梁架设完毕后，架桥机需进行横移变幅施工作业，通过自制型钢横梁作为变幅轨道，并通过四氟滑板、润滑油等措施减少摩擦，转移到右幅进行节段箱梁的架设。基于横移变幅施工技术，成功解决了双线桥梁架设难题，安全、高效完成双线混凝土节段梁架设安装施工。

b.自主研发了落地、落梁混合高支架现浇施工方法。合建段上层公路连续梁现浇施工充分利用现场资源，在下层铁路简支梁节段拼装湿接缝处设置预埋件并搭设现浇支架和落地支架相结合的形式现浇。通过调整支架刚度解决落地、落梁支架变形协调并控制沉降变形；装配式落梁支架的应用提高了支架加工精度，减少了现场安拆工作量及周转材料损耗。

c.提出了无调平层现浇箱梁线形及标高控制技术，通过过程控制及施工监控系统，解决无调平层箱梁线形控制难题，确保箱梁线形满足设计要求。

沪通长江大桥北引桥公铁合建段双层混凝土箱梁施工过程中应用该技术，保质、保量、按工期要求圆满完成了双层、双线共28跨箱梁施工。实践验证该技术已十分成熟，具有较高的经济效益和社会效益，对类似工程具有良好的推广价值。