上海泖港大橋主橋施工關鍵工藝技術

王 鵬，桂文濤，葉 順

（海波重型工程科技股份有限公司，湖北 武漢430207）

0 引 言

平申線航道（上海段）整治工程（葉新公路泖港大橋）位于上海市松江區(qū)泖港鎮(zhèn)，葉新公路與平申線航道（黃浦江上游泖港）交匯處。

主橋采用L=47+63+225+63+47=445 m 平行單索面鋼塔鋼箱梁斜拉橋方案，塔梁固接、塔墩分離結構體系[1]。

主梁采用扁平鋼箱梁+ 挑臂結構，主跨橋面寬38.5 m，邊跨橋面寬34.5 m。鋼箱梁中心高3.5 m（內輪廓尺寸），橋面頂面設2%橫坡，底面水平，主梁標準節(jié)段長10.5 m。

主塔采用鋼結構，橫橋向設置一根塔柱。橋面以上塔柱總高60 m。塔柱主要受力結構采用箱形斷面，塔頂?shù)淄廨喞叽缦嗤v橋向尺寸均為4.5 m，橫橋向尺寸均為2.5 m。

主橋鋼結構總重約9 600 t，單個主梁分段最重304 t，單個主塔分段最重186 t。泖港大橋主橋立面布置圖如圖1 所示，橫斷面布置圖如圖所2 示。

圖1 泖港大橋主橋立面布置圖（單位：m）

圖2 泖港大橋主橋橫斷面布置圖（單位：mm）

1 總體制造工藝

根據(jù)泖港大橋的結構特點，以制造精度、鋼箱梁線型為控制重點，焊接質量為核心。結合工廠已建和在建大型鋼箱梁制造方面的成功經(jīng)驗，提出泖港大橋主橋鋼結構制造總體思路。

（1）主梁廠內制造流程：材料復驗→材料預處理→零件下料→零件加工→單元件制作→分段總裝→涂裝→分段存放、運輸。

總拼采用“n+1”匹配總拼工藝（正造法），廠內整體制作成單個大節(jié)段鋼箱梁。每個節(jié)段脫胎前對錨箱位置精度、外形尺寸、線型進行檢查并修正，合格后逐一下胎，預留最后一個節(jié)段參與下一輪總拼。

（2）單個主塔采用側拼進行匹配制造，總拼焊接完成后對每個節(jié)段的錨箱位置精度、外形尺寸、線型進行檢查和修正，合格后逐一下胎。

（3）塔梁結合段先與主塔分段一起匹配總拼，再參與主梁總拼，焊接完成后需重新復核線型。

（4）鋼錨箱先整體單獨制造，合格后參與主梁或主塔的總拼，需進一步檢查和修正精度。

1.1 主梁分段總拼工藝

根據(jù)鋼結構的吊裝設備的起重性能以及運輸船舶載重等因素，將主梁劃分為43 個節(jié)段，其中，西側邊跨分10 段，東側邊跨分10 段，主墩0# 段共2 段，中跨共21 段。

（1）總拼胎架

總拼胎架的設計和制作應根據(jù)梁段的重量、結構形式、外形輪廓、梁段制作預變形、設計線型、成橋預拱值及梁轉運等因素進行，胎架結構有足夠的剛度，滿足承載梁段及施工荷載的要求，確保不隨梁段拼裝重量的增加而變形。胎架橫梁設計成高度可調整形式，以便在每輪鋼箱梁制作前，根據(jù)每輪胎架的設計高度調整模板高度，滿足每輪梁段縱坡值、預拱值變化的要求。主梁制造胎架如圖3 所示。

圖3 主梁制造胎架示意圖

（2）連續(xù)匹配制造工藝

鋼箱梁在總拼場地進行連續(xù)匹配制作時，當發(fā)現(xiàn)梁段尺寸有誤或預拱度不符時，即可在預拼裝場地進行尺寸修正和匹配件尺寸調整，避免在高空調整，減少高空作業(yè)難度，加快吊裝速度，縮短封航時間，確保鋼箱梁順利架設。

在預拼狀態(tài)安裝梁段間臨時匹配件，該匹配件將用于梁段工地吊裝定位連接。主梁匹配件構造如圖4 所示。

圖4 主梁匹配件示意圖

（3）焊接順序

鋼箱梁節(jié)段具體裝焊順序：底板單元件上胎架→焊接底板縱縫→交替安裝橫隔板與腹板單元件→對稱立向上焊接橫隔板與腹板角接焊縫→從中間向兩端焊接橫隔板與底板之間平角焊縫→自中間向兩端同時對稱焊接腹板與底板平角接焊縫→裝頂板單元件（預留板暫不安裝）→同時同方向對稱焊接頂板對接縱縫→從中間向兩端對稱焊接橫隔板與頂板隔板橫對接焊縫→兩端對稱焊接頂板單元件與橫隔板角接焊縫→自中間向兩端對稱同方向焊接頂板與腹板仰角焊縫→裝預留面板→同方向對稱焊接預留面板縱縫→焊接橫隔板與預留頂板角焊縫。

1.2 主塔分段總拼工藝

根據(jù)運輸能力以及起吊能力，單個主塔劃分為4個分段，其中塔梁結合段0# 以及普通分段3 段。

鋼塔現(xiàn)場安裝的關鍵是采取有效措施恢復工廠匹配制造時相連節(jié)段的相對幾何位置和相連節(jié)段端面的金屬接觸率，是再現(xiàn)工廠制造精度的過程。因此，鋼塔制造精度是保證鋼塔安裝線形的前提和基礎，是線形控制體系核心的部分[2]。

為保證單個分段主塔頂、底、腹板的長度以及端頭與軸線垂直度，可采取以下措施：

（1）單個分段主塔頂、底、腹板放樣時加余量以及焊接收縮量。

（2）為減小節(jié)段拼裝的焊接變形，在節(jié)段總拼前，將外壁板、隔板單元制作成塊體，并在檢驗平臺校正合格。

（3）節(jié)段組拼過程中，通過外壁板縱橫基準線依次進行定位，保證組裝精度。主塔匹配件構造如圖5所示。

（4）鋼塔分段焊接時將環(huán)縫位置采用碼板臨時焊接固定。脫胎前裝焊匹配件，精確劃線切除余量。工地安裝通過匹配件保證塔的垂直度。

（5）優(yōu)化焊接工藝。針對不同板厚、不同坡口的焊縫制定不同的焊接順序、工藝參數(shù)。

圖5 主塔匹配件示意圖

1.3 鋼錨箱部件制造工藝

鋼錨箱部件采用立裝法組裝，以承錨板為底板，以隔板為內胎順序組裝，形成整體后采用小規(guī)范分散對稱焊接，控制焊接變形。

為了保證鋼錨箱的制造精度，當鋼錨箱主要零件下料后在劃線平臺上刻畫零件中心線、結構裝配定位線等，為部件的制作和節(jié)段總成奠定基礎。為了保證劃線精度，所有零件在機加劃線平臺上采用鋼針劃線。

鋼錨箱制造重點及對策見表1。

1.4 塔梁結合段制造工藝

主塔塔壁鋼板焊接于主梁頂板，橋塔塔壁及縱向加勁與主梁內腹板、橫隔板、傳力支撐隔板對齊，形成固結構造。根據(jù)結構特點，塔梁結合段如何保證組裝精度制造為全橋制造的重難點。

1.4.1 組裝垂直度的保證

（1）主塔0# 節(jié)段制造過程中，通過地樣線精確在塔壁板四周繪制基準線；主塔0# 節(jié)段組裝到主梁頂板上，通過水準儀測量基準線的標高，當調整塔壁四周基準線標高水平時，則表示主塔垂直度調整完成。

（2）主塔0# 垂直度定位完成后，在塔壁四周焊接定位工裝碼板，減少焊接過程變形影響垂直度。

（3）主塔0# 節(jié)段與主梁頂板焊接過程中，嚴格控制焊接順序以及此處所有焊縫采用對稱焊接：先將四條主焊縫箱內坡口側焊縫打底填充完成，再將主塔四周壁板均與頂板固結后，方可進行大批量焊接工序。

1.4.2 與主梁箱內支撐板尺寸對應

（1）主梁箱內腹板、支撐隔板組裝、焊后校正均參照已經(jīng)制造完成的0# 節(jié)段，保證兩者尺寸偏差在允許范圍內。

（2）主梁中箱室支撐隔板焊接完成后，通過全站儀將腹板、支撐隔板定位線過渡到邊箱室頂板上。

（3）中箱室頂板組裝后，再通過全站儀將尺寸線延長到中箱室頂板。

（4）主塔0# 組裝按頂板上定位線進行，可以確保主塔塔壁與主梁內腹板、支撐隔板對齊。

表1 鋼錨箱制造重點及對策

2 大節(jié)段鋼箱梁整體運輸方案.

主橋所有鋼構件采用水路運輸至橋址，其中邊跨主梁以及主塔分段運輸至橋位后靠岸，采用岸邊大型履帶吊卸貨后直接采用履帶吊安裝；主梁兩側栓接挑臂以及主塔分段隨主梁同時配船發(fā)運；中跨主梁分段運輸至橋位后拋錨定位,停靠在橋面吊機鉤頭正下方，直接采用橋面吊機起吊安裝。

2.1 主梁鋼箱梁裝船方案

主梁分段運輸長度7～11.5 m，寬度34.5～38.5 m，高度4.2 m，重量125～304 t。

主塔分段運輸長度15～22 m，寬度2.5 m，高度5 m，重量100～186 t。

鋼構件涂裝完工后，用液壓平板車將構件分段運至碼頭下方，再使用500 t 碼頭行車進行裝船；所有鋼梁構件在甲板駁上捆扎牢固后，完成構件裝船工作。鋼箱梁分段運輸裝船如圖6 所示。

圖6 鋼箱梁分段運輸裝船示意圖（單位：mm）

2.2 運輸船定位方案

拋錨時，在橋上游100 m 處拋下左右舷錨，再慢慢移動，將錨拉緊，防止在吊裝過程中出現(xiàn)走錨現(xiàn)象。待錨拉緊后，船舶再根據(jù)架梁吊機位置慢慢移動至合適的停靠位置，等待吊裝。運輸船拋錨定位如圖7 所示。

圖7 運輸船拋錨定位示意圖

2.3 鋼箱梁卸船方案

邊跨主梁以及主塔分段運輸至橋位后靠岸，采用岸邊履帶進行卸貨，卸船方式如圖8 所示。

圖8 鋼箱梁分段卸船示意圖（單位：mm）

3 總體安裝工藝

根據(jù)本項目結構特點以及現(xiàn)場施工條件，本項目總體安裝方案確定如下。

（1）邊跨主梁分段：采用支架法吊裝，2 臺750 t履帶吊（兩岸邊跨各1 臺）進行依次安裝；

（2）主塔分段：待邊跨主梁安裝完成后采用750 t履帶吊進行安裝；

（3）中跨主梁分段：采用2 臺250 t 橋面吊機（兩岸各1 臺）懸臂拼裝。節(jié)段就位后，完成環(huán)縫焊接，隨后對稱張拉斜拉索，橋面吊機前移，準備吊裝下一個節(jié)段，依次從邊跨往中跨進行安裝。

3.1 主梁邊跨安裝工藝

（1）臨時支架

臨時支架采用混凝土擴大基礎+φ400×6 鋼管柱的形式，擴大基礎底部換填30 cm 厚度碎石并壓實，確保地基承載力大于10 MPa。每組鋼管支架由4根鋼管組成。臨時支架構造如圖9 所示。

圖9 臨時支架構造示意圖（單位：mm）

（2）安裝步驟

邊跨鋼箱梁安裝步驟：復查永久支墩的標高、軸線→臨時支架布置→吊車就位→梁段運輸至指定位置→按順序吊裝鋼箱梁→測量、精調鋼箱梁的軸線與標高→碼板碼焊→焊接→無損檢測合格后裝焊嵌補→油漆修補及最后一道面漆施工。邊跨分段吊裝示意圖如圖10 所示。

（3）裝焊順序

鋼箱梁環(huán)縫頂、底板環(huán)向對接焊縫的焊接由焊工從中間向兩邊分段、對稱、同時施焊。

中、外腹板對接焊縫，每條焊縫選派一名焊工，進行自下而上立焊，嚴禁施焊過程中反向（自上而下）施焊。

待環(huán)縫的主要焊縫焊接完成后，再進行U 肋、I肋、嵌補段焊縫的焊接。依照的焊縫順序是先焊接嵌補對接焊縫，后焊接嵌補角接焊縫；U 肋嵌補對接時，先焊接斜段，后焊接直段；嵌補段的焊接應從梁段中心向兩邊對稱施焊。

3.2 主塔安裝工藝

（1）翻身工藝

單個主塔分三個分段進行吊裝，分段卸船后，箱梁分段需進行翻身。采用1 臺300 t 汽車吊配合750 t履帶吊進行，如圖11 所示。

圖11 主塔分段翻身示意圖

（2）裝焊順序

主塔節(jié)段吊裝拼接過程：節(jié)段吊裝→安裝姿態(tài)調整→節(jié)段拼接→測量→精確定位→臨時固定→碼板碼焊→松鉤→焊接。主塔分段吊裝示意圖如圖12所示。

圖12 主塔分段吊裝示意圖（單位：mm）

（3）測量監(jiān)控

根據(jù)鋼塔結構關于中面對稱的特點，測點布置在前后壁板的橋梁軸線及兩個側壁板的中線上，測點距離上、下端口200 mm，每個節(jié)段共設8 個測點，通過測量控制塔的安裝精度。

3.3 主梁中跨標準節(jié)段安裝工藝

（1）安裝工藝

鋼箱梁拖至起吊位置（運輸船應拋錨定位，將需要起吊的節(jié)段梁定位在該梁設計位置的投影線上），調整吊具系統(tǒng)，保證吊梁時梁面傾角正確，連接吊架與節(jié)段梁吊點，當?shù)跫茳c與梁體上吊點不垂直時，可稍移動至正確位置后，再正式起吊桁梁。當節(jié)段梁接近待拼裝位置時，吊機應減速提升，節(jié)段梁調整到位后，臨時鎖定，然后進行焊接施工。主梁中跨標準節(jié)段對安裝如圖13 所示。

圖13 主梁中跨標準節(jié)段對安裝示意圖（單位：mm）

（2）測量監(jiān)控

為了控制節(jié)段梁軸線，利用索塔位置的坐標控制點，在主梁分段兩側頂面各設置3 個控制線點，控制點位置設置在橋軸線、主梁寬度四分點位置，距離分段線20 cm。節(jié)段梁就位時，根據(jù)現(xiàn)場條件選用平面控制點進行測量控制。

在塔柱兩側各埋設一個水準點，用于節(jié)段梁高程控制。

3.4 主梁中跨合龍段安裝工藝

在合龍段安裝前進行鋼梁的連日溫度變形觀測，選擇溫差變化相對較小、恒溫時間持續(xù)較長的溫度作為合龍溫度。

合龍段鋼結構制造時，先在長度方向進行有余量制造，然后根據(jù)現(xiàn)場測量情況計算出合龍段預拼裝長度，再進行二次切割。

合龍段吊裝一般選擇在上午起吊，當合龍段頂板高度距離10# 梁底高度1 m 左右時，停止提升。在氣溫最低時將合龍段吊入合龍口，吊裝就位后即進行合龍段與一側相鄰標準段的焊接。隨著溫度的上升，另一側梁段間的間隙與預拼裝時間隙基本相等時，即可進行合龍口臨時匹配件的鎖定，橫橋向偏位用葫蘆或臨時匹配沖釘進行調整。調整完畢后完成臨時匹配件的鎖定，此時實際上已經(jīng)合龍。在進行橋面板及U 型肋的焊接的同時解除縱橫向臨時約束，從而完成合龍施工。

4 結 語

泖港大橋老橋建成于1982 年，為200 m 大跨度預應力混凝土斜拉橋，是上海第一座大跨徑斜拉橋，也是當時國內跨徑最大的斜拉橋。

新的泖港大橋設計造型優(yōu)美，具有很多優(yōu)點和亮點。但對于施工，該橋技術含量高、精度控制要求嚴，其中鋼錨箱、塔梁結合段的制造工藝更是整個項目的關鍵點。另外，由于場地限制，安裝過程中，新橋與老橋有部分投影面重疊，橋梁鋼結構分段多、焊縫多、安裝精度要求高，施工期間水上交通組織難度大等，均對施工過程控制提出了極高要求。

新的泖港大橋主橋已于2020 年5 月20 日成功合龍[3]，大橋各項檢測數(shù)據(jù)均滿足設計要求。