超宽斜底钢箱梁步履顶推施工技术

缪玉卢

中铁大桥局集团第四工程有限公司 江苏 南京 210031

1 概述

滨海湾大桥处于东莞市滨海湾新区规划内湾以及滨海景观长廊的重要节点位置，上跨磨碟河入海口，是联系滨海湾新区交椅湾板块的重要通道。滨海湾大桥是目前已建成国内跨度最大的独柱塔扭索面钢箱梁斜拉桥，已成为东莞新地标。滨海湾大桥设计采用塔梁固结的刚构体系，桥长520m，桥宽60m，双向八车道，主桥跨径组合(60+200+200+60)m。

图1 滨海湾大桥主桥布置示意

主梁采用分幅式钢箱梁，标准节段长9m，主梁高3.5m（中心线处，外轮廓），总宽度60m（含人行道及风嘴），顶板宽17.8m，底板宽9.68m，风嘴锚箱宽3m，大挑臂4.6m。标准梁段顶板厚度16mm，根据受力需要，在索塔、辅助墩附近区域采用30mm厚度。不同厚度顶板对接时，顶板内侧保持齐平。标准梁段底板厚14mm，内（外）斜底板厚16（14）mm。近塔位置梁段应力较大，底板及斜底板厚度相应逐渐增加，最大厚30mm。标准梁段外腹板厚30mm，标准梁段内腹板厚16mm。顶板、底板、斜底板纵向采用U形加劲，内外腹板及顶板边角采用板式加劲[1]。

钢梁梁底纵向呈圆曲线，坡度由0.9%过渡至2.45%，横断面外侧风嘴底板倾斜设置，倾斜角度8.3°。

图2 主桥钢梁标准节段三维结构图

2 总体施工方案

桥区位于入海口，每年台风多发，设计风速达32.6m/s，施工过程抗风要求高。入海口潮汐影响明显，桥下为滩涂地，涨潮水浅，桥下空间小，起重设备受限。斜拉索呈扭索面，钢梁架设无法按常规双悬臂对称实施，结合国内同类型桥梁施工经验[2-9]，最终采用步履式千斤顶进行顶推安装。钢梁总体以主塔塔梁固结区为分界，大小里程的主跨、边跨分别在陆地拼装呈整体后向跨中方向进行顶推，在主塔区分别完成合龙。根据拼装区大小采用节段横向分块、多节段组拼，横向拼成整体后进行全幅顶推的施工工艺，纵向多轮次重复直至钢梁全部拼装完成。

3 斜底面顶推施工关键技术

3.1 顶推系统设计

3.1.1 拼装区

在两岸陆地分别设置钢梁拼装支架，单个拼装支架平面尺寸45m×51m；拼装支架由钢管桩、连结系、分配梁、贝雷梁及连接构件组成；拼装区支架纵坡按照钢梁最大纵坡2.45%设置，前期钢梁纵坡小，通过增加垫块调整拼装区纵坡，以适应不断变化的梁底纵坡。

3.1.2 顶推支架

单组顶推支架采用四肢钢管柱框架结构，对称桥梁中心线布置，横桥向间距13.6+18.6+13.6m，纵桥向间距5.0m，东侧每个顶推支墩中心距为55m，西侧40m～57m。钢管柱规格φ820*10mm。竖向间隔3m设置一道连接系，以保证支架稳定。立柱顶部设横纵向箱型分配梁，形成顶推施工平台。

图3 顶推支架横断面布置图

根据钢梁局部板单元模型分析，单幅钢梁内外侧临时墩支点反力存在差异[10]。根据梁单元最大支反力工况计算，板单元模型分析外侧边支点反力为5760kN，内侧中支点反力5252kN。钢箱梁横向刚度大，支点抄垫敏感性高，中支点约8%/mm，即42t/mm；边支点约3%/mm，即16t/mm。钢梁顶推加劲板有效应力230MPa，剪应力122MPa。

3.1.3 导梁设计

顶推支墩纵桥向最大跨度55m，为降低顶推过程钢梁应力及减小悬臂变形影响，钢梁顶推方向前端设置变高度导梁，导梁长37.2m，使前端的挠度最小化便于控制顶推过程中钢梁变形。外侧导梁底部为平面，与钢梁斜底板存在70cm高差。导梁拼装前，需要提前在每组临时墩旁布置平台，用于存放斜垫块，顶推后导梁前进，再通过横移装置及便携式千斤顶来移动抬升斜垫块。

图4 顶推导梁结构图

导梁加工时共分4个节段，与钢梁连接部分及钢梁外2m在钢梁场内加工，与钢梁加工成整体后进场，其余三部分按节段加工成型后拼装成整体，钢梁外2m部分与其他部分采用坡口焊接，构件在场内开好坡口，现场焊接成型。

3.1.4 顶推装置设计

顶推设备主要包括三向千斤顶、顶帽平垫块、斜垫板、钢管混凝土临时支墩、橡胶垫板、辅助千斤顶。在千斤顶倒顶时，钢梁底板落在前后两个临时支墩上，顶推施工时，中间千斤顶起顶后将钢梁顶起，与临时支墩脱空。

在前后两个临时支墩中间布置三向千斤顶，临时支墩顶面、斤顶顶帽根据梁底坡度设置楔形钢垫块，楔形钢垫块顶面铺橡胶垫板，摩擦系数大于0.15。通过钢垫块与橡胶板、橡胶板与钢梁底的摩擦力形成自锁，无水平外力传导至支架。从而克服钢梁底8.3°倾斜的影响，利用前后临时支墩及千斤顶顶面抄垫差以适应钢梁底部纵向坡度由0.9%至2.45%的变化。

图5 顶推装置结构图（侧立面、正立面）

3.2 斜面顶推施工技术

滨海湾大桥主桥钢梁顶推在东、西岸两侧设置拼装区，采取两侧往中间顶推。

图6 钢梁安装总体示意

根据钢梁的结构特点，为保证顶推支墩受力均匀并充分发挥主体结构腹板的刚度，减少钢梁临时加劲结构。将外侧顶推点布置于斜底板上，利用斜腹板作为顶推加劲，钢梁斜底板角度8.3°。在钢垫块与钢梁底板之间设置橡胶板，摩擦系数不小于0.15，通过钢垫块与橡胶板、橡胶板与钢梁底的摩擦力形成自锁，无水平外力传导至支架。钢梁斜垫块除了适应横向8.3°的斜坡，还适应梁底纵向坡度由0.9%渐变至2.45%。

图7 斜面顶推实物照片

3.3 合龙口锁定及偏差调整

将钢梁顶推到设计位置后，通过顶推系统的三向调节装置及码板等措施调节合龙口两端钢梁的高程、平面位置、线型等。在夜间低温温度时段内，精调边跨侧接口姿态，使其与塔梁固结段接口完全匹配，并通过临时连接件将合龙口锁定后进行焊接，完成全桥钢箱梁合龙。

4 结语

滨海湾大桥作为东莞市的新地标性建筑，建设过程标准高。大桥桥面宽，横向刚度大，根据钢梁结构特点，采用步履式顶推施工方案，在塔柱施工期间同步施工主桥钢梁，并利用顶推设备进行成桥精调。通过摩擦自锁结构解决顶推面横坡及纵坡带来的影响，做到顶推全过程自平衡，以减小支架水平荷载，降低成本。钢梁采用主动合龙方式，合龙口面板无需设置合龙段，施工快速高效。钢梁合龙完成后，结构线形与成桥线形接近，结构基本处于无应力状态，为扭索面拉索快速安装奠定基础。大桥于2021年12月双边零误差合龙，2022年6月建成通车。