海域大跨度三塔钢箱梁斜拉桥快速施工关键技术

王 通，郭书峰，王毓晋，高昱鹏，黄震伟

(1.浙江舟山北向大通道有限公司，浙江 舟山 316000； 2.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088；3.宁波交通工程建设集团有限公司，浙江 宁波 315000)

1 工程概况

宁波舟山港主通道项目主通航孔桥跨径布置为(78+187+550+550+187+78)m=1 630m(见图1)，加劲梁采用流线型扁平整幅钢箱梁，顶板设置2%双向横坡，桥面全宽34m(见图2)。斜拉索采用空间双索面布置，梁端标准索间距为16m，结构约束体系为半漂浮体系，中塔处塔梁之间设置纵向限位装置，边塔处塔梁间设置纵向黏滞阻尼器，边塔、中塔及过渡墩位置设置横向抗风支座。索塔高180m，采用钻石型混凝土塔。

图1 主桥总体布置(单位：cm)

图2 钢箱梁标准横断面

2 工程建设难点及快速施工技术

桥位处浙江东部灰鳖洋海域，外海作业环境恶劣，春季多梅雨、夏季台风高发、秋冬季风影响严重，年均有效作业时间仅200d。区域洋流条件差，地质复杂，海底管线纵横交错。海上施工平台、栈桥等临时性工程规模巨大。大悬臂工况下钢箱梁结构安全更是面临台风风险。

充分借鉴国内外跨海大桥建设经验，因地制宜提出 “大型化、装配化、工厂化、标准化、信息化”理念，在设计层面尽可能采用预制装配化施工方案；在施工组织上推行大标段划分，提前谋划施工场地及沿线作业面布局，推行施工前场工点工厂化、后场预制装配化模式；在施工工艺上积极开展新材料、新技术、新工艺、新装备的研发与应用。本文重点从海上平台装配化设计与施工、双层钢套箱快速安装技术、塔与横梁异步施工、斜拉索1次张拉4个层面进行快速施工关键技术介绍。

3 快速施工关键技术

3.1 海上平台装配化设计与施工

海上平台整体采用桩式钢平台(见图3)，下部结构采用φ1 020×10，φ1 224×12钢管桩及φ3 500×28钢护筒基础，钢管桩上接双拼HN600×200×11×17型钢梁，管桩间设置φ630×7钢管平联，平联间采用φ426×6钢管连接，第1道钢管平联高程为0.500m，第2道钢管平联高程为4.000m。钢护筒之间设置1道φ630×7钢管平联，钢护筒平联高程为1.500m。平台上部结构采用HN600×200×11×17作为次分配梁，I25和I20作为主分配梁，间距40cm，厚1cm钢板为面板。平台四周设置护栏(见图4)。

图3 海上平台平面布置(单位：cm)

图4 主墩平台立面布置(单位：cm)

钢管桩厂内整节预制并现场打桩船插打，平联及剪刀撑施工采用后场下料组装、现场整体安装工艺。为减少潮水与风浪不利影响，采取上、下层平联1次安装，主、次梁在工厂加工制造，整根大梁组成多跨连续梁，在现场进行整节吊装施工。面板结构采用组合钢面板，将分配梁和面板在后场焊接成大块组合面板。在端部预留对接接头，拼装后在接头位置采用封板将接头部分焊接形成平台面板整体系统，面板结构现场焊接工作量减少近70%，与常规散拼工艺相比，采用装配化平台施工可缩短工期40d。

3.2 海上平台装配化设计与施工

本工程所采用钢套箱为世界首例内外双层防撞钢套箱，防撞等级满足10万t级船舶通航要求。内层钢套箱结构总长约 63m、宽40m、高9.6m，顺桥向侧板厚度为4m，横桥向侧板厚度为6m，中间设置变宽节段，由侧板结构、底板桁架、内支撑系统、悬吊系统、反压系统、水平限位与精调系统组成(见图5)。在此重点介绍刚性悬吊系统，悬吊系统采用型钢作为扁担梁和吊杆，吊杆直接焊接于底桁弦杆上，连接位置做加劲处理(见图6)。吊杆强度高、刚度大，加工时已安装到位，现场无须采用千斤顶等进行吊杆调节。采用水平限位与精调一体化装置(见图7)，在钢套箱下放过程中，对平面位置进行纠偏和精调，当钢套箱下放到位及完成受力转换后，起到水平限位作用。

图5 内层钢套箱侧板、底板及内支撑结构(单位：cm)

图6 悬吊系统及反压系统结构示意

图7 水平限位与精调系统结构示意

内层钢套箱整体采用PPU组合式模块车装船，配置2艘拖轮运至现场。钢套箱下放前必须经试吊试验，共分5级依次加载，确认每一级工作正常后方可下一级加载，直至钢套箱完全被吊起且静置10min。钢套箱下放至接近安装位置时注意调整钢套箱的高度和平面位置，使钢套箱处于安装位置的正上方，尽量减少底板与护筒刮擦。下放至悬吊系统位于护筒槽口上方时，观测套箱的平面位置偏差，并通过浮吊微调保证悬吊系统的扁担梁对钢套箱平面位置进行限位。继续下放钢套箱，此时由吊钩受力逐步转为悬吊系统受力，浮吊继续落钩直至完全松钩，复测钢套箱平面位置及高程，满足要求后立即开展反压杆与钢护筒之间的焊接工作，保证钢套箱在涌浪作用下稳定(见图8)。

图8 内层钢套箱整体下放

外层防撞套箱总长约70.2m、总宽47.2m、高10.4m。厂内制造将外层套箱分为8个节段，节段间采用高强度螺栓现场连接。通过回转浮吊臂杆，使钢套箱块段位于理论位置上方，浮吊逐渐落钩，通过人工牵引使钢套箱块段逐渐接近安装位置。外套箱块段上的挂腿双耳板与内套箱顶面连接板匹配。浮吊落钩，通过手拉葫芦精调套箱块段位置，逐步使外套箱挂腿受力。插入螺杆，安装垫片和螺母，钢套箱块段安装到位。外层钢套箱厂内提前与内层套箱预拼装，在承台施工完成后，可对外套箱块段进行安装，不占用主体结构工期，经测算缩短工期约20d。

3.3 塔与横梁异步施工

索塔采用钻石型塔身，塔柱总高度均为180m(含塔冠)，下横梁采用箱形断面，高6.0m，顶面宽11.218m，底面宽11.368m，腹板壁厚1.2m，采用C50 混凝土。下塔柱塔身高45.3m为外倾式结构，下横梁以上部分为内倾结构，均采用液压爬模体系进行施工，按以4.5m 高度为标准段分节施工，共分41 节，总体施工流程如图9所示。

图9 主塔施工总体施工简要流程

塔座底部50cm竖直段混凝土与索塔顶层混凝土一起浇筑完成，塔座上部1.5m 高度范围混凝土与下塔柱起步段0.6m 1次浇筑完成。第0，1，2 节塔柱采取搭设翻模板施工，其余节段采用液压爬模法施工。下横梁采用落地支架施工(见图10)，下塔柱施工过程中同步搭设横梁钢管支架，塔柱与横梁异步施工，下横梁分2次浇筑施工。施工时为抵消塔柱重力作用下的倾斜变形和弯曲应力，下塔柱施工设置对拉体系，中、上塔柱设置临时横撑。塔柱区域有充裕空间搭设下横梁预应力施工平台，可有效保证施工便利及安全，降低施工组织难度，较常规塔梁同步施工可缩短工期20d。

图10 下横梁支架立面

3.4 斜拉索1次张拉到位快速施工技术

主通航孔桥边塔布置17对斜拉索、中塔布置15对斜拉索，全桥共196根。为简化施工流程及台风期来临前实现全桥合龙目标，借鉴超大吨位斜拉索1次张拉到位技术在公轨共建钢桁梁斜拉桥中的应用思路，提出海域大跨度钢箱梁斜拉桥拉索1次张拉的快速施工解决方案。

利用MIDAS Civil建立全桥有限元模型(见图11)，分别对拉索2次及1次张拉仿真分析，验证了施工阶段及成桥状态塔、梁受力均在合理范围，斜拉索1次张拉方案钢箱梁制造线形与2次张拉方案基本一致(见图12)，1次张拉方案成桥索力与2次张拉方案吻合(见图13)，1次张拉到位方案拉索安全系数满足施工阶段≥2.0要求，表明拉索1次张拉到位法可很好达到设计目标。

图11 主通航孔桥有限元模型

图12 不同张拉方式钢箱梁制造线形对比

图13 不同张拉方式与设计成桥索力对比

实测成桥线形与理论线形基本一致，总体平顺(见图14)，除个别点偏差较大外，总体误差控制在1cm以内，经测算该方案可缩短工期30d，表明1次张拉到位满足实际施工需求及设计要求(见表1)。

图14 成桥线形与理论线形对比分析

表1 海域斜拉桥快速施工工效分析

4 结语

本文以宁波舟山港主通道项目主通航孔桥为背景，总结了海域大跨斜拉桥快速施工成套技术，主要得到以下结论。

1)基于装配化施工理念，主墩整体采用桩式钢平台，平联及剪刀撑施工现场整体安装，主次梁整节吊装、组合钢面板接头位置采用封板焊接形成整体，减少焊接量近70%；较常规散拼工艺，可缩短工期40d。

2)钢套箱采用“内层整体+外层逐块”安装思路，内层钢套箱采用2 600t浮吊整体吊装，依靠轻便的吊索具、刚性悬吊系统、水平限位及精调系统实现钢套箱快速施工。待主墩承台施工完成后，外层钢套箱逐块进行安装，与主体施工不冲突，经测算缩短工期20d。

3)主塔高180m共划分41节段，采用塔与横梁异步施工，有效分解作业面积及降低施工组织难度，较塔梁同步施工可缩短工期20d。

4)采用斜拉索1次张拉到位方案，索塔、钢箱梁及斜拉索均满足受力要求，实测成桥线形与理论线形高度吻合，经测算缩短工期30d，现场实施取得良好效果。