孟加拉帕德瑪大橋大跨度連續(xù)鋼桁梁架設(shè)技術(shù)

徐平安，李方峰

(中鐵大橋局集團有限公司，湖北 武漢 430050)

1 工程概況

孟加拉帕德瑪大橋[1]主橋由41孔跨度為150m的鋼混疊合連續(xù)梁組成，其橋式布置為6×(6×150)+1×(5×150)=6 150m，如圖1所示。雙層橋面布置，下層為單線鐵路，上層為雙向4車道公路。單孔鋼桁梁重約3 000t，全橋總重約為13萬t。

圖1 主橋縱斷面示意(單位：m)

主梁為整體節(jié)點全焊鋼桁梁結(jié)構(gòu)，主桁采用無豎桿的三角桁式，橫向兩片桁布置。主桁桁高12.75m，主桁中心距12m，節(jié)間長度18.75m。下弦桿采用箱形截面，寬1 600mm，高1 600mm；上弦桿也采用箱形截面，寬1 600mm，高1 500mm，絕大部分上弦桿箱內(nèi)設(shè)T形加勁肋；腹桿均采用箱形截面，與主桁節(jié)點采用對接焊連接。

圖2 主梁橫斷面(單位：m)

上層公路橋面采用預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu)，通過現(xiàn)澆槽口混凝土與上弦桿剪力鍵(釘)錨固。下層鐵路橋面采用鐵路縱梁+預(yù)制鐵路橋面板形式，簡支于下橫梁兩側(cè)牛腿上，如圖2所示。

本橋鋼桁梁特點如下。

1)鋼桁梁為整體節(jié)點全焊鋼桁梁結(jié)構(gòu)，主桁采用全焊接結(jié)構(gòu)，創(chuàng)意十足，國內(nèi)鮮有實例，國外類似工程主要為日本東京港臨海大橋和丹麥-瑞典厄勒海峽大橋。

2)跨度大，單孔跨徑150m，總長6 150m，屬于特大橋標準。

3)噸位大，單孔鋼桁梁自重約3 000t，外加其他臨時設(shè)施和輔助工具，單孔鋼桁梁吊裝質(zhì)量約3 400t。

4)連續(xù)鋼桁梁，每聯(lián)鋼桁梁有6孔(或5孔)鋼桁梁焊接形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。

2 總體施工方案

鋼桁梁桿件單元在國內(nèi)制造，海運至橋址下游Mawa岸拼裝場組裝、涂裝成孔后縱移至存梁區(qū)。存梁區(qū)的鋼桁梁通過臺車橫移至下河碼頭，由“天一”號[2]取梁、運輸至待架墩位，每聯(lián)之中首孔鋼桁梁使用“天一”號直接架設(shè)，其余跨鋼桁梁由“天一”號和鋼桁梁吊架配合逐孔架設(shè)、焊接合龍。

3 施工場地布置

鋼桁梁桿件單元在國內(nèi)制造，海運至橋址下游Mawa岸鋼桁梁拼裝場[3]。拼裝場按使用功能劃分為桿件存放區(qū)、桁拼區(qū)、立拼區(qū)、涂裝區(qū)、存梁區(qū)。

鋼桁梁下河碼頭布置于Mawa岸，鋼桁梁橫移軌道設(shè)置于鋼桁梁存放區(qū)，與鋼桁梁縱移軌道平面垂直交叉，橫移軌道前端與鋼桁梁下河碼頭相接，軌道中心距75m。

4 鋼桁梁下河與運輸

4.1 鋼桁梁縱、橫移

鋼桁梁縱移采用6臺600t縱移臺車，將鋼桁梁從涂裝區(qū)縱移至存梁區(qū)。鋼桁梁橫移采用4臺900t橫移臺車，橫移鋼桁梁到下河碼頭待取梁位置(見圖3)[4]。

4.2 配重

由于每孔鋼桁梁為非對稱結(jié)構(gòu)，重心不在跨中。根據(jù)每孔鋼桁梁自重和重心，設(shè)置配重于鋼桁梁上弦架梁反方向的后端，配重距上弦跨中距離和大小如表1所示。增加配重后，鋼桁梁在起吊時“天一”號左、右兩側(cè)滑車組受力一致。

表1 鋼桁梁自重、配重

4.3 鋼桁梁起吊

鋼桁梁通過專門設(shè)計的吊具進行起吊，如圖4和圖5所示。鋼桁梁吊具包括扁擔(dān)梁、平拉索、上錨梁、斜拉索、下錨梁，扁擔(dān)梁與“天一”號滑輪組相連，下錨梁與鋼桁梁吊耳連接。2個扁擔(dān)梁之間通過一定長度的平拉索連接，在起吊過程中，2個扁擔(dān)梁、平拉索和鋼桁梁形成1個等腰梯形，平拉索用以抵抗水平方向的分力。扁擔(dān)梁為銷接的桁架結(jié)構(gòu)，平拉索和斜拉索采用強度1 770MPa φ7mm平行鋼絲，斜拉索每個錨點橫向平行布置2根，間距2.4m。錨梁為框架結(jié)構(gòu)。

圖4 鋼桁梁起吊立面

4.4 碼頭取梁

“天一”號通過絞錨方式進入鋼桁梁下河碼頭內(nèi)，調(diào)整“天一”號位置與鋼桁梁對位?！疤煲弧碧栂路配撹炝旱蹙?，將吊具斜拉索與下錨梁連接固定。

圖5 鋼桁梁起吊斷面

“天一”號起吊鋼桁梁，當(dāng)起吊高度離橫移臺車約1.0m，退出橫移臺車。解除前端岸錨和后端尾錨，“天一”號離開碼頭。

“天一”號在碼頭外水域錨泊，下放鋼桁梁至固定胎架，當(dāng)“天一”號顯示固定胎架支承的承載力約4 000kN時，停止落梁，鋼桁梁與船體臨時固定。

4.5 載梁運輸

根據(jù)“天一”號的尺寸、吃水深度等選擇運輸航線。航行中控制航速。

5 鋼桁梁架設(shè)

5.1 首孔鋼桁梁架設(shè)

5.1.1墩頂布置

為調(diào)整鋼桁梁的平面位置和高程，在墩頂安裝墊梁和鋼桁梁縱、橫移及豎向頂升系統(tǒng)(“墩頂三向調(diào)整系統(tǒng)”，見圖6，7)。支座臨時安裝至墊石頂，支座頂面高程低于設(shè)計高程30mm[5]。

圖6 中間墩“墩頂三向調(diào)整系統(tǒng)”平面

圖7 中間墩“墩頂三向調(diào)整系統(tǒng)”立面

5.1.2鋼桁梁架設(shè)

“天一”號進入墩位附近，拋設(shè)前、后錨，通過絞錨方式完成船頭調(diào)轉(zhuǎn)及定位。“天一”號提升鋼桁梁，當(dāng)梁底超過墩頂約1.5m時，絞錨移船，精調(diào)鋼桁梁平面位置，然后鋼桁梁落于N/N+1墩頂豎向千斤頂墊板頂面(見圖8)。鋼桁梁初步就位偏差：縱、橫向均≤15cm[6]。

圖8 首孔鋼桁梁架設(shè)

5.1.3鋼桁梁精確定位

鋼桁梁架設(shè)后，測量鋼桁梁縱、橫向偏位情況，計算鋼桁梁調(diào)整定位量，利用“墩頂三向調(diào)整系統(tǒng)”調(diào)整鋼桁梁平面位置、高程，使鋼桁梁位置滿足設(shè)計要求。

5.2 非首孔鋼桁梁架設(shè)

5.2.1安裝鋼桁梁吊架

鋼桁梁吊架為菱形桁架結(jié)構(gòu)，主桁桿件、橫梁均為焊接箱形截面。吊架頂上錨點中的豎向、縱橫移千斤頂可實現(xiàn)鋼桁梁豎向、縱橫向調(diào)整移位。懸掛吊索采用直徑140mm、強度等級為1 770MPa φ7mm平行鋼絲。下吊點錨固于待架跨鋼桁梁近端上橫梁上(見圖9，10)[7]。

圖9 吊架側(cè)立面示意

1 000t浮吊將吊架整體吊放至已架鋼桁梁遠端墩上弦頂面設(shè)計位置，單根后錨螺桿采用千斤頂預(yù)拉300t。首次使用吊架前，需進行110%荷載試驗。

圖10 吊架正立面示意

5.2.2非首孔鋼桁梁架設(shè)

“天一”號進入墩位附近絞錨精確定位，下放鋼桁梁，當(dāng)梁底距墩頂?shù)呢Q向千斤頂頂面約50cm時停止，調(diào)整船體，使合龍口縱向距離≤30cm，橫向≤15cm，掛設(shè)吊索至下吊點裝置。繼續(xù)下放鋼桁梁，當(dāng)梁底距墩頂?shù)呢Q向千斤頂約20cm時停止，再次檢查鋼桁梁平面位置?！疤煲弧碧査摄^落梁，鋼桁梁遠端支撐于墩頂豎向千斤頂、近端懸掛于吊架(見圖11)[6]。

圖11 第2孔鋼桁梁架設(shè)

6 鋼桁梁逐孔合龍

6.1 鋼桁梁位移調(diào)整

為提高待架鋼桁梁橫向抗風(fēng)能力，在已架鋼桁梁遠端下弦端頭安裝抗風(fēng)鎖定裝置，將2孔鋼桁梁連接成整體?？癸L(fēng)鎖定裝置由外套筒、內(nèi)套筒、后橫梁、50t縱向和橫向雙作用千斤頂?shù)冉M成(見圖12)。外套筒中的50t縱向千斤頂控制內(nèi)套筒的回縮和伸長，在回縮狀態(tài)下，內(nèi)套筒的伸縮端頭不得接觸待架孔鋼桁梁下弦桿；在鎖定狀態(tài)下、內(nèi)套筒的伸縮端頭與待架孔鋼桁梁下弦桿的接觸長度為30cm。

圖12 抗風(fēng)鎖定裝置

非首孔鋼桁梁架設(shè)后，鋼桁梁遠端支撐于墩頂豎向千斤頂，近端懸掛于鋼桁梁吊架。利用遠端“墩頂三向調(diào)整系統(tǒng)”和近端吊架上錨點裝置的豎向千斤頂、縱橫移千斤頂調(diào)整鋼桁梁平面位置、標高，伸出抗風(fēng)鎖定裝置橫向水平千斤頂，對待架孔鋼桁梁近端臨時鎖定。

6.2 合龍口配切與位移調(diào)整

對于調(diào)整好的鋼桁梁，測量其偏位、溫度及桿件合龍口距離，計算合龍口切割量，對合龍口下弦桿、斜桿預(yù)留長度進行配切，然后進行合龍口調(diào)整[8]。

合龍口調(diào)整按縱橋向→豎向高程→橫橋向順序進行，具體如下。

1)啟動吊架上錨點縱向水平頂及遠端墩頂縱移水平千斤頂，調(diào)整待架鋼桁梁縱向位置，使下弦桿合龍口測量控制點縱向距離與理論距離相吻合。

2)啟動吊架上錨點豎向千斤頂，通過放張吊索頂部連接張拉桿，調(diào)整鋼桁梁合龍口高程，使合龍口兩端高程一致。

3)啟動吊架上錨點橫向水平千斤頂(微調(diào)時，可借助抗風(fēng)鎖定裝置50t橫向千斤頂)及遠端墩頂水平千斤頂，調(diào)整待架鋼桁梁橫橋向位置。遠端墩頂端以鋼桁梁軸線與橋軸線對中為準，吊架端以合龍口處兩孔鋼桁梁軸線一致為準。

調(diào)整對位后，首先對下弦桿用碼板(每邊按3～4塊均布)鎖定，再對斜桿速碼板(每邊按3～4塊均布)鎖定(見圖13)。

圖13 下弦桿合龍口碼板鎖定

6.3 合龍口焊接與支座轉(zhuǎn)換

下弦桿、斜桿4個合龍口兩側(cè)同步焊接[9]。

對于單個合龍桿件拼口，先對稱焊接腹板的兩條立位焊縫(藥芯CO2氣體保護焊)；再對稱焊接上、下水平板(或翼緣板)的2條焊縫(實心CO2氣體保護焊)。

下弦桿、斜桿焊接合龍后，測量上弦桿合龍口間距，切除上弦合龍桿件預(yù)留長度。采用吊架40t電動葫蘆吊裝上弦桿合龍桿，碼板臨時鎖定后施焊。

合龍口焊接完成后，精調(diào)永久支座位置及高程，進行支座灌漿，強度滿足要求后鋼桁梁由永久支座支承受力，并臨時鎖定，解除前一墩永久支座鎖定。

7 結(jié)語

孟加拉國帕德瑪大橋是中資企業(yè)承接的最大海外單體橋梁工程，也是在國際上具有巨大影響力的橋梁，主橋由41孔跨度為150m的鋼混疊合連續(xù)梁組成，針對主橋鋼桁梁長度長、質(zhì)量大且逐孔施工特點，采用鋼桁梁整體吊裝、墩頂三向調(diào)整系統(tǒng)、鋼桁梁吊架、鋼桁梁逐孔合龍等技術(shù)，有效解決了大跨度、大噸位多孔連續(xù)鋼桁梁整體逐孔架設(shè)難題，技術(shù)成熟，安全可靠。目前，41孔鋼桁梁全部架設(shè)完成，施工質(zhì)量滿足技術(shù)規(guī)范要求。