长门特大桥中跨钢箱梁合龙技术

杨天伟，林高鹏，龚 山

(中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361000)

0 引言

长门特大桥是福州绕城高速公路东南段工程项目中重要的控制性工程，主桥全长848m，结构形式为(35+44+66)m+550m+(66+44+35)m双塔双索面混合梁斜拉桥，为塔梁墩固结体系，是塔梁墩固结体系斜拉桥国内最大跨径、世界第二跨径。中跨钢箱梁全长495m，位于斜拉桥中跨对称布置，合龙段钢箱梁梁宽38.5m、梁长15m，设置4道横隔板、间距3.188m，2道纵隔板、间距15.2m(见图1)。合龙段采用4台桥面吊机吊装施工，合龙段梁段重约280t。

该桥合龙为跨度>500m的双塔塔梁墩固结体系斜拉桥中跨合龙，为我国桥梁建设史上首次尝试，中跨钢箱梁精确合龙是否成功决定了整座桥梁的线形及受力状况。本文通过对以往斜拉桥中跨合龙技术进行分析研究，总结经验，结合长门特大桥桥况，采用无劲性骨架自然温度配切方案实现中跨合龙。通过对现场环境及合龙口姿态进行连续性观测，确定合龙温度和配切参数，以顺利实现中跨合龙，确保合龙精度满足要求。

1 合龙方案比选确定

钢箱梁采用桥面吊机悬臂拼装，全桥施工控制采用标高索力双控法。中跨合龙是钢箱梁安装的重要环节，安装质量直接影响主梁线形和受力状况。

1)长门特大桥合龙段长达15m，若采用劲性骨架中跨合龙，则需设置体量庞大的劲性骨架。

2)劲性骨架能承受的弯矩小，需庞大的压重水箱，短时放水量大。

3)无劲性骨架合龙方式在九江长江大桥、武汉沌口长江大桥等大跨度斜拉桥中已多次使用，工艺成熟。

4)长门特大桥采用塔梁墩固结体系，温度合龙是唯一选择，而且无体系转换风险。

综上所述，中跨合龙段采用无劲性骨架自然温度配切法施工工艺。

2 合龙施工技术

通过对合龙口连续观测，确定合龙温度及合龙段安装长度，对钢箱梁段进行配切，吊装钢箱梁，实现中跨合龙。

1)合龙段钢梁北岸匹配、南岸配切。

2)不设置劲性骨架，在南岸侧安装固定消能装置。

3)本桥合龙精度要求高、合龙时间紧迫。

4)主跨跨度达550m，温度变化1℃将导致合龙间隙变化约5.9mm。

5)合龙时合龙段与两侧16号梁段间隙允许范围小，单侧间隙一般在6～10mm时方可将合龙段吊进，而>25mm则无法保证良好的焊接质量(现场焊接工艺试验，常规焊缝宽度为6～28mm，最大缝宽30mm)。

6)起吊安装过程不可逆转，考虑航道安全和运输船舶安全，合龙段起吊后必须在当夜完成合龙固定工作。

7)尽可能选择阴雨天气进行合龙，减少环境温度对合龙的影响。

中跨合龙总体流程为：16号梁段安装、17号斜拉索一张→更换吊具，桥面吊机移至合龙位置→17号斜拉索二张→卸荷边跨第3孔支架→调控和龙口形态→和龙口48h观测→和龙口单端配切→起吊合龙段→合龙段精匹配→北岸码定、焊接→南岸码定、焊接→桥面吊机松吊，恢复斜拉索索长。

3 合龙施工工艺

3.1 合龙前准备

3.1.1钢箱梁运输

钢箱梁在集中加工厂加工成整段后，采用运输船运输至桥位区吊装。运输船舶停至装船码头，抛锚固定，采用转运车将钢箱梁节段由存梁区运到港池，用600t门式起重机吊起钢箱梁梁段直接落在船舶甲板上，完成积载。吊装如图2所示。

图2 梁段装船吊装示意

JH钢箱梁装船配载时采用单层的配装方式，装载节段梁如图3所示。

图3 合龙段装船配载示意

钢箱梁与甲板四周焊止动块，以防止钢箱梁滑动，两侧采用角钢焊接加固。在装船时，尽量使钢箱梁中心线与船舶中心线重合。

3.1.2前期梁段安装及测量

3.1.2.1前期梁段质量控制

中跨合龙前14～16号段钢箱梁安装加强对线形、索力、桥塔偏位及应力方面的控制和监测，对不满足要求的项目及时调整。为确保合龙段与两侧悬臂端头梁段的平顺连接，将重点控制好轴线及高程偏差。

1)轴线控制，先调正再减差 梁段前、后控制点(T2，T5)轴线偏差相同，即梁段轴线调正与桥轴线平行；梁段轴线偏差值<10mm(使用平错的方法调梁)；南、北岸梁段轴线相对偏差值<10mm。

2)高程控制，先调平再减差 前端左、右控制点(T1，T3)相对高差<5mm，梁段高程偏差值<10mm，南、北岸梁段高程偏差一致，同高或同低。

施工控制采用标高索力双控法，在14～16号梁段二张偏于照顾梁段的高程(见图4)。

图4 钢箱梁几何控制点布置(顶板)

3.1.2.2前期梁段测量

从14号梁段开始，每段梁安装均进行两岸轴线和标高的联测。15，16号梁段的测量工作交由北岸统一控制，确保梁段标高和轴线对合龙姿态的影响程度达到最小。

3.1.3桥面吊机性能

1)桥面吊机 采用纵向小变幅桥面吊机，使用分离式双机抬吊施工方法，额定最大起重量约为180t。桥面吊机设有步履式驱动装置，可在桥面自行前进或后退(见图5)。

图5 桥面吊机

2)桥面吊机工作特征 待17号斜拉索一张后，对桥面吊机进行前移，前支点站位位于16号梁段第2道横隔板处，后锚点距离前支点11.25m。钢梁的纵向及横向调节通过起升、变幅、索具调整等进行精确控制。

3)桥面吊机主要技术参数 如表1所示。

表1 桥面吊机主要技术参数

4)更换吊具 17号斜拉索进行一张后，将大型吊具拆除并移走，安装桥面吊机小型吊具。桥面吊机起吊位置变幅到8.813m。

5)吊装位置 完成吊具更换后，桥面吊机前移。吊机前支点位于16号梁段江侧第2道横隔板位置，后锚位于15号梁段江侧第1道横隔板位置，该位置需增设后锚座螺栓孔(见图6)。

图6 吊装位置

桥面吊机到达指定位置，进行17号斜拉索二张。

3.1.4边跨支架卸除

17号索二张后，对剩余的第3孔边跨支架进行卸载。从结构安全和体系转换要求来说，只需使得现浇支架与边跨混凝土梁底板脱开即可。南岸将7号墩到8号桥台的6根钢管支架卸落装置进行卸载，北岸将2号墩到1号墩的现浇支架卸落装置进行卸载(见图7)。支架卸荷的同时，及时清除现场多余荷载、布置施工临时荷载(检查车、电焊机等)。

图7 对边跨支架进行卸荷

3.1.5预案汽车式起重机试载

在合龙当天采用南、北岸一边2台汽车式起重机在15，16号梁段位置进行预压，以临时调整合龙口标高。在合龙前通过汽车式起重机在不同位置对钢梁前端进行量测，确定汽车式起重机位置对标高的影响值。

3.1.6合龙口姿态调整

在边跨第3孔支架卸除及桥面荷载处理完成后，进行合龙口姿态调整。在进行合龙口姿态观测时，必须使测量时合龙口的姿态与合龙段起吊后的姿态相同。因此，需进行合龙口姿态调整，合龙口姿态调整通过计算确定，以15～17号索的索力(索长)调整为主要手段，主要内容如下。

合龙口姿态调整包括合龙口纵断面形状、两侧16号梁段前端高程和轴线。

合龙口高程调节措施主要是调整中跨15～17号斜拉索索长(边跨拉索进行同步调整)，调索长前做好索头外露量记录，以便合龙后恢复。将两侧钢梁前端左、右幅高程调至同一标高，即起吊后设计标高。

合龙口轴线调节则通过安装在两侧16号梁段顶板上的调位装置完成，将两侧钢梁轴线调整至同一轴线上(见图8)。

为减少温度影响，合龙口形状的精确调整在温度恒定的夜间或阴雨天进行。

调整完毕后，进行横向锁定。此后，钢箱梁前端不得出现既定以外的荷载。

3.1.7合龙口48h连续观测

合龙口的状态对气温变化非常敏感，存在合龙段无法嵌入合龙口或焊缝过宽风险。为确保中跨合龙的可控性，需对合龙口状态进行严密监控。观测的目的是通过大量观测，采用回归分析方法找到预计合龙时温度对应的合龙段长度。

观测主要内容包括合龙口顶底板宽度、悬臂前端5个梁段的相对高程。合龙口宽度观测时应配合索温、塔温、梁温、气温观测；测1次合龙口宽度，就要测1次索温、梁温、塔温，这样便于监控单位进行温度修正和预测，在温度稳定时间段还应配合索力测量。

观测频率为每2h测量1次，在日出前后2h和日落前后2h测量频率增加至每1h测量1次，连续观测48h；可根据观测情况适当增加测量频率。

合龙口宽度测量采用手持式激光测距仪(1台)进行。根据监测数据确定合龙温度和合龙口宽度，以此决定合龙段精加工的形状、长度。

观测时机：17号斜拉索二张完成，完成桥面临时荷载清理，合龙口姿态调整达到要求后。

观测参数：环境温度、结构温度场，合龙口宽度，中跨悬臂端前3段梁段高程、轴线。

观测时段及频率：观测时间段为第1天19：00至第3天19：00，连续48h观测，晚间每1h观测1次、白天每2h观测1次。

钢箱梁顶板设置5个观测点，分别位于边中腹板位置及梁轴线；底板设置5个观测点，分别位于边中腹板位置及底板和斜底板的交点，具体布置如图9所示。

图9 合龙口观测点布置

3.1.8合龙温度及配切长度确定

通过连续观测，确定合龙温度和合龙段配切长度，合龙温度为25℃，配切温度与合龙温度相同，误差≤5℃。

3.1.9合龙段配切及运输

合龙段在钢梁制作厂加工时预先按设计梁长增加20cm长度进行制作。合龙段配切采用单端配切，北岸侧作为匹配端，南岸侧作为配切端。

合龙段提前到场，得出配切长度后在现场的运输船上进行配切。配切长度测量放样采用钢尺，且该钢尺必须与观测时的手持式激光测距仪相校正。合龙段配切放样时的温度需接近合龙温度，避免温度影响(见图10)。配切与合龙时温差为5℃时，配切长度影响值为15×5×1.2×10-5=9×10-4m=0.9mm。

图10 吊装过程标高测量区域

3.1.10合龙段检查车轨道配切及安装

同步配切检查车轨道，配切长度同合龙段底板配切长度，16号梁段的检查车轨道前端相对位置必须提前精确量测。

检查车轨道4个端头提前切割下来一段25cm长配切段，待合龙段匹配完成后再进行配切安装。该轨道的配切段在合龙当天晚上，码板基本码定完成，即可连夜进行安装。

3.2 中跨合龙

3.2.1合龙段吊装

温度对合龙口姿态的影响很大，因此合龙段吊装选择在有利天气进行合龙段吊装作业，长门特大桥合龙段吊装当天为阴雨天气、无持续风向微风、晚间气温26℃左右，当天天气对合龙段吊装影响较小。为了减小温度对合龙口姿态的影响，确保合龙段顺利喂入合龙口，在吊装当天，在南、北两岸各安排1台洒水车，对梁段顶面洒冰水，保证钢箱梁顶面呈现湿润状态，对钢箱梁进行降温处理。

在合龙段吊装前，向海事等相关部门申请航道管制，由海事警戒中心对闽江航道进行管制。

待航道管制后，抛锚定位船驶进施工水域进行抛锚定位，运梁船进场并通过缆绳与抛锚船连成整体，利用抛锚船松拉锚绳，逐步完成运输船的精确定位。运输船完成定位后，桥面吊机继续下放吊具至合龙梁段顶面，水上作业人员用销轴将吊具与钢梁上的临时吊耳进行连接。

在钢箱梁起吊前，现场技术人员对钢梁上的临时吊耳进行全面检查，确定无误后再行吊装作业。

起吊过程中注意4台桥面吊机同步协调，每提升5min进行1次梁段调平；采用手持式激光测距仪定时量测合龙段四角相对高差，及时将合龙段钢箱梁调整水平，尽量避免不均衡受力。2台手持式激光测距仪须提前进行校正。

钢箱梁吊装至不影响抛锚船正常移动的高度后，运输船和抛锚船先后驶离施工水域。当合龙段接近合龙口底板时，暂停起吊，观测合龙口姿态，利用南、北岸4台桥面吊机进行16号梁段配重，以调整合龙口姿态，在确定合龙口姿态满足合龙段喂入合龙口后开始喂梁。

合龙段吊装采用单侧桥面吊机S形小距离提升方案，通过南、北两侧的桥面吊机替换提升，缓慢将合龙段喂入合龙口，合龙段嵌入合龙口过程中，在边腹板两端设置手拉葫芦进行辅助，每侧配置4套5t手拉葫芦，调整钢箱梁位置以便钢箱梁顺利提升。合龙段嵌入合龙口后，安装临时匹配定位螺杆，完成合龙段吊装。

3.2.2梁段精度匹配及焊接

3.2.2.1吊装初步就位后，立刻开始北岸侧匹配

通过4台桥面吊机调整顶面标高，与两侧16号梁段平齐。北岸侧焊缝宽度调整采用两侧定位螺杆的松紧，轴线调整采用手拉葫芦。通过高程和轴线的反复调整，确保两侧焊缝宽度均匀、北岸侧缝宽满足焊接要求，确保两侧断口对接平顺，尤其是边纵腹板顶部对齐顺直。

北岸精调完成后，采用大码板将合龙段与北岸侧16号梁段焊接固定，防止梁段移动。同时，采用小码板进行梁段码平。在南岸侧大码板暂时仅一端与合龙段或S16号梁段焊接(见图11)。

图11 大码板固定

北岸固定后，设置定位板，间距≤30cm，将梁段空间位置和已架设梁段在xz平面内定位牢固，然后再进行局部码平，且打码过程必须对称同步进行；定位板附近码平后方可割除定位板。

码平工作必须在吊装当夜完成，在第2天8：00前完成腹板焊接和顶底板的打底焊接。

3.2.2.2南岸固定合龙口

在适当温度，南岸侧缝宽满足要求时进行合龙口固定。将大码板另一侧与钢箱梁焊接，确保0.5h内焊接完毕。随后进行局部码平工作，即刻开始钢箱梁焊接，在第2天8：00前完成腹板焊接和顶底板的打底焊接。安装并恢复钢箱梁检查车轨道；完成焊接后，桥面吊机松钩并后退；拆除桥面吊机；恢复16～17号索长至二次张拉索长。

4 结语

长门特大桥中跨合龙采用无劲性骨架自然温度合龙方案，于2018年6月10日完成合龙，整个合龙过程十分顺利。大桥成型后的线形符合要求，整体受力处于可控状态，合龙质量得到有效保证。通过对超大跨径塔梁墩固结体系斜拉桥超长合龙段的合龙施工工艺及控制措施进行详细研究，保证了合龙施工质量。