大型混合连续刚构桥节段安装施工关键技术研究
【成果名称】大型混合连续刚构桥节段安装施工关键技术研究
【完成单位】浙江交工集团股份有限公司
【鉴定/评价日期】2020-12-23
【被鉴定/评价的水平】国际先进
【成果内容简介】
一、研究内容
该课题依托于工程岱山县鱼山大桥工程项目主桥为混合梁连续刚构桥，主跨跨径260m，桥跨布置为（70+140+180+260+180+140+70）=1040m，联长位居世界之最，主跨跨中89m为钢箱梁，其余部分为预应力混凝土箱梁。主桥箱梁为变截面连续箱梁，梁高及底板厚度按1.6次抛物线变化，跨中60m范围内梁高4m，两端梁高12.5m。采用单箱室直腹板截面结构，节段梁最高节段梁12.14m，最长节段4.5m，最重节段271.3t。钢箱梁处于中间主（桥跨布置260m处），采取整孔预制吊装施工方法，钢箱梁段长85m（除去钢混结合段的长度），为了便于工厂制作，共分为七个梁段分段制造，拼成整体吊装。
本项目工程混凝土节段梁采用悬臂拼装，一联6个T构和最大跨度260m悬臂拼装，节段预制拼装线形和合龙精度控制难度大。最大预制节段高度为12.14m海上运输安全风险大。钢箱梁长达89m，整孔制作精度，焊接、防腐质量要求高。整体吊装长度达85m，吊重811.9t，其海上运输及吊装的安全难度较大，与钢混结合段的施工精度控制难度大。针对以上难题，本项目根据依托项工程建设的目标要求，结合我国类似工程实践经验，针对大型混合梁连续刚构桥混凝土箱梁部分采用节段预制悬臂拼装和钢箱梁采用大节段整体预制吊装施工工艺和质量控制中的几个关键技术问题开展研究。
二、成果技术原理及应用领域
成果技术原理：
（1）大型混合梁连续刚构桥节段预制拼装施工分析
针对超大跨度、超高节段预制拼装的线形误差累积导致合龙误差过大的难题，主要从前期分析、梁段预制和梁段拼装三个阶段分别进行控制，以几何控制为主、以内力控制为辅的原则，建立了精细化的短线法施工全过程数字化几何控制体系。
利用桥梁结构专用软件建立空间杆三维模型，应用理想前进分析法模拟主桥结构在每个施工阶段、运营期活载和考虑混凝土收缩徐变设置的预拱度，得到每个施工阶段的理想状态，保证结构成桥后达到目标成桥线形；再应用理想后退法计算构件无应力状态的几何构型，即无应力预制线形。参数敏感性分析表明，混凝土主梁容重是引起主梁线形变化的主要因素，施工过程中需予以重点识别；混凝土主梁弹模对主梁线形的影响较小；主梁预应力筋磨阻系数对主梁线形的影响更小。
（2）超高变截面节段梁预制施工技术
1)变径桩回旋钻钻孔技术
根据超高、超薄变截面节段梁稳定性差、截面变化多样、预制精度要求高的结构特点，针对性地对其各道工序的工艺和设施设备进行了改进和优化，使其能满足预制施工的稳定性、安全性和质量要求。具体为：①通过设置可调节的钢筋胎架系统和模板系统，满足其截面变化多样的要求；②通过采用高精度液压模板、钢筋定位胎具、预埋件定位支架等装置，满足其预制高精度的要求；③通过研制的超高节段梁抗滑移系统和出梁多用途吊具以及采用低速液压马达驱动底模系统，使其在浇筑、移梁匹配和吊装出坑等工序时保持其梁段稳定性，安全可靠。
（3）超高变截面节段梁运输技术
超高、超薄节段梁的运输主要包括系固、吊装及运输等工序。其中超高、超薄节段梁运输的稳定性主要利用“限”、“拉”、“顶”相互结合的原理对其进行系固：①通过“7”字型混凝土调平底座来调节梁底坡度，解决超高薄节段梁在运输过程中的滑移问题；②通过梁顶交叉拉设的钢丝绳来抵抗运输过程中的倾覆问题；③通过专用限位卡具顶紧节段梁的底板，减弱超高薄节段梁在海运过程中受波浪的影响。通过研制“超高、超薄节段梁抬吊吊具”，利用两台150t龙门吊抬吊的原理，解决单台龙门吊起吊能力不足的问题。该吊具主要设置有承重系统、调节系统、限位系统和悬吊系统，并采用模块化原理对其进行设计和组装，很好的解决了梁段吊点、重心差异性的难题。
（4）大跨度连续刚构桥节段梁悬臂拼装技术研究
主桥为7跨连续刚构桥，共6个T构，不同位置的混凝土节段梁采用了不同的起吊设备安装，中墩顶处对称的A2#、B2#、C2#节段和边墩墩顶2个节段A17#、A18#节段采用浮吊安装，其余节段采用桥面吊机安装。设计了一个可调节的吊具，由主吊具和临时吊具梁部分组成。主吊具用于调节适应箱梁纵桥向不同吊点的间距，临时吊具用于调节适应箱梁横桥向上不同吊点的间距并与箱梁通过精轧螺纹钢连接。起始节段采用临时钢支架支撑，三向千斤顶精调，与现浇大体积墩顶块湿接缝连接等精确定位措施，确保误差精度控制在1mm内，消除局部标系的测量误差，减小误差放大效应。
（5）钢混结合段安装技术
钢混结合段采用桥面吊机安装，钢混结合段吊装至与22#梁段标高基本一致时，利用桥面吊吊具进行梁段整体的平面和高程的调节，采用手拉葫芦将钢混结合段前端拉起，精调其高程角度，平面位置和高程满足设计和监控要求后，锁定梁段的空间位置。在钢混结合段与已完成悬臂拼装节段之间采用了湿接缝的连接方式，消除了悬臂拼装误差积累对钢混结合段精确定位安装的影响。
（6）钢箱梁整体吊装技术
钢箱梁运输船运至现场后，按照钢箱梁装船的方向，进行转向停泊，根据涨落潮时段，运输船选在高平潮期定位抛锚，在落潮时将钢箱梁吊离船，使船顺着落潮远离栈桥。运输船停泊稳定后，安装桥面吊机的吊具，加载20%对钢绞线进行预紧，然后40%，60%，80%，100%，分级加载起吊提升。钢混结合段段与大节段底板、顶板和外腹板设置嵌补段，底板采用现场配切。大节段起吊定位后，保持稳定，栓接临时连接，临时连接栓接检验合格后，进行结构件的栓接与检验。固定端的栓接板可在工厂内打好孔到现场安装，自由端的栓接板要在现场进行配钻打孔。
应用领域：本课题研究成果主要用于钢混混合梁连续钢构桥的节段匹配法预制、海上运输、大悬臂节段拼装、超长多跨连续钢构桥合龙施工、钢混结合段安装精度控制、大型钢箱梁采用两台桥面吊机抬吊安装等施工。
三、关键技术与创新点
（1）针对超大跨度、超高节段预制拼装的线形误差累积导致合龙误差过大的难题，主要从前期分析、梁段预制和梁段拼装三个阶段分别进行控制，以几何控制为主、以内力控制为辅的原则，建立了精细化的短线法施工全过程数字化几何控制体系。
（2） 根据超高变截面节段的特点，研发了节段梁钢筋骨架活动限位卡具、变截面高大节段梁钢筋安装定位胎具系统、体外索转向器定位胎具、节段梁腹板箍筋限位及预应力管道定位组合胎具、自行式双层叠合屋盖养生房、混凝土料斗下料装置、节段梁出梁多用途吊具、一种预制梁板出梁吊点预留孔成型装置等一系列超高变截面节段预制精度控制技术。
（3）针对大跨度钢-混混合连续钢构桥采用节段预制拼装的特点，对混凝土节段箱梁采用悬臂拼装和钢箱梁采用整体吊装的施工线形影响因素进行了研究，提出了基准块与现浇大体积墩顶块湿接缝连接等精确定位，钢混结合段与已完成悬臂拼装节段之间采用了湿接缝的连接方式，钢箱梁合龙口采用后焊嵌补段方式等一套大跨度钢-混混合连续钢构桥预制拼装精度控制技术。
四、社会经济效益
本项目研究成果创新点较多，实用性强，攻克了大型混合连续刚构桥节段安装的施工难题，提高了施工质量和施工效率，节约了施工工期和资源投入，项目成果成功应用于宁波舟山港主通道项目工程鱼山大桥施工中，节段预制成品精度控制在±1mm范围，重量偏差控制在±1%范围，钢筋保护层合格率在0~+5的高标准下控制在95%以上水平，钢箱梁的实际合龙轴线偏差仅有8mm，高差仅7mm，实现了超大跨径节段预制拼装箱梁的毫米级合龙，产生了显著的经济效益和社会效益。
【成果前景介绍】
该技术成果解决了大跨度钢混混合连续钢构桥节段预制拼装施工中，采用短线法预制超高变截面节段梁的高精度控制难题，超高节段海上安全运输难题，大悬臂安全施工难题以及合龙施工精度控制难难题，钢混结合段预制安装以及钢箱梁大节段整体制作吊装的难题，成果实用性强，保障了施工安全和工程安全，提高了施工质量和施工效率，节约了施工工期和资源投入，项目成果成功应用于宁波舟山港主通道项目工程鱼山大桥主桥施工中，取得了显著的经济效益和社会效益，总结出一套成熟的大型混合连续刚构桥节段安装施工技术，可后续跨海大桥建设累积技术经验和提供技术指导。