王 通，王毓晉，宋 杰，吳方鈺

(1. 浙江舟山北向大通道有限公司,浙江舟山 316000;2. 中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司,江蘇南京 210015;3. 浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院, 浙江杭州 310058)

跨海橋梁屬于特大型橋梁集群，規(guī)模大，技術(shù)含量高，如港珠澳大橋、杭州灣跨海大橋，這些橋梁的建成方便了人民出行、助推了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。非通航孔橋作為跨海橋梁的重要組成部分，面臨距離長(zhǎng)、曲線(xiàn)長(zhǎng)特點(diǎn)，面臨惡劣海況，施工難度極大、周期長(zhǎng)、項(xiàng)目投資規(guī)模受限等挑戰(zhàn)。借鑒國(guó)內(nèi)跨海橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大型箱梁預(yù)制、出運(yùn)、安裝等施工工藝進(jìn)行深入研究，形成適用于跨海大橋非通航孔橋的合理工程方案，為類(lèi)似項(xiàng)目提供借鑒[1-2]。

1 工程概況

寧波舟山港主通道項(xiàng)目70 m PC非通航孔橋總長(zhǎng)12.320 km，箱梁采用C55海工混凝土，上部結(jié)構(gòu)為雙幅、單箱單室斜腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，采用縱橫向雙向預(yù)應(yīng)力體系。箱梁頂板寬12.55 m，底板寬5.5 m，底板水平通過(guò)兩側(cè)腹板高度不同形成橋面2%橫坡(見(jiàn)圖1)。箱梁中心線(xiàn)處梁高4.0 m，高跨比為1∶17.5。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)長(zhǎng)5跨一聯(lián)，采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)在墩頂設(shè)置濕接頭實(shí)現(xiàn)連續(xù)，墩頂濕接頭寬度90 cm。每片箱梁自重1 850 t，總共370片箱梁。

圖1 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖Fig 1 Standard cross-section of box girder

2 70 m PC箱梁預(yù)制及場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)研究

2.1 預(yù)制場(chǎng)建設(shè)

金塘預(yù)制場(chǎng)面積共20.67萬(wàn)m2，借助BIM手段對(duì)預(yù)制場(chǎng)功能區(qū)合理劃分，設(shè)有制墩區(qū)、存墩區(qū)、制梁區(qū)、存梁區(qū)、砼生產(chǎn)區(qū)、鋼筋加工車(chē)間、設(shè)備維修存放區(qū)、生活辦公區(qū)等。預(yù)制場(chǎng)內(nèi)設(shè)制梁臺(tái)座6座，存梁臺(tái)座19座，預(yù)制場(chǎng)一次可放34片箱梁。預(yù)制場(chǎng)BIM模型(見(jiàn)圖2)，箱梁預(yù)制、運(yùn)輸及安裝總體工藝流程圖見(jiàn)圖3。事實(shí)表明，BIM技術(shù)提升指導(dǎo)了預(yù)制場(chǎng)建設(shè)質(zhì)量與功效。

圖2 金塘預(yù)制場(chǎng)BIM模型圖Fig 2 BIM model diagram of Jintang prefabrication field

圖3 箱梁預(yù)制、運(yùn)輸及安裝總體工藝流程圖Fig 3 Overall process flow chart for prefabrication, transportation and installation of box girder

2.2 整孔預(yù)制難點(diǎn)分析

前期調(diào)研了東海大橋、金塘大橋等國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程，在此基礎(chǔ)上對(duì)鋼筋模塊化生產(chǎn)、內(nèi)?；剖皆O(shè)計(jì)、自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)、優(yōu)化海工砼配合比重點(diǎn)攻關(guān)，提高了箱梁預(yù)制工效[3]。箱梁預(yù)應(yīng)力分3次張拉，1期縱向預(yù)應(yīng)力張拉在制梁臺(tái)座上進(jìn)行，2期是在海上施工(場(chǎng)內(nèi)存放3個(gè)月)，3期為濕接縫合龍束張拉。圖4為移動(dòng)式廠(chǎng)房立面圖。

圖4 移動(dòng)式廠(chǎng)房立面圖Fig 4 Mobile building elevation

箱梁預(yù)制線(xiàn)形對(duì)于成橋線(xiàn)形控制尤為重要。建立5 m×70 m標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)的有限元模型(見(jiàn)圖5)，經(jīng)計(jì)算可知成橋初期(施加2期恒載后)未設(shè)置反拱前邊跨跨中位移為18.5 mm，中跨成橋初期跨中位移為22.4 mm。本文分別取20%、40%、60%、80%、100%跨中累計(jì)撓度作為反拱值(見(jiàn)表1)。由表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)取箱梁跨中累計(jì)撓度的60%來(lái)設(shè)置反拱度，即邊跨跨中設(shè)置2.8 mm反拱度，中跨跨中設(shè)置7.3 mm反拱度，可滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)階段橋面處于上拱狀態(tài)，成橋狀態(tài)有15 mm拱度的線(xiàn)形控制目標(biāo)[4-5]。為保證整體線(xiàn)形平順，利用二次拋物線(xiàn)進(jìn)行擬合，得到邊跨、中跨反拱值設(shè)置曲線(xiàn)(見(jiàn)圖6)。

圖5 5 m×70 m箱梁有限元計(jì)算模型Fig 5 Finite element calculation model of 5 m×70 m box girder

表1邊、中跨跨中位移Table1Mid span displacement of side and mid span mm

跨中累計(jì)撓度比例/%中跨跨中邊跨跨中反拱度成橋初期位移運(yùn)營(yíng)狀態(tài)位移反拱度成橋初期位移運(yùn)營(yíng)狀態(tài)中位移202.4 20.0 8.5 0.9 17.6 2.2 404.9 17.5 6.0 1.8 16.7 1.3 607.3 15.1 3.6 2.8 15.7 0.4 809.8 12.6 1.1 3.7 14.8 -0.5 10012.2 10.2 -1.3 4.6 13.9 -1.5

圖6 邊跨、中跨反拱值設(shè)置曲線(xiàn)Fig 6 Setting curve of inverted arch value of side span and middle span

2.3 場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)分析

箱梁場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)所用吊具由動(dòng)滑輪總成、吊具梁、下托梁及吊索4部分組成。利用25 t汽車(chē)吊先將下托梁吊放至箱梁吊點(diǎn)附近，再通過(guò)導(dǎo)鏈或小卷?yè)P(yáng)機(jī)拖拉將下托梁拖拉到箱梁吊點(diǎn)的梁底(見(jiàn)圖7)。箱梁張拉1期預(yù)應(yīng)力后，通過(guò)2臺(tái)1 200 t通用門(mén)式起重機(jī)移運(yùn)至存梁臺(tái)座簡(jiǎn)支存放。1期預(yù)應(yīng)力張拉完成后，由存梁臺(tái)座搬運(yùn)至出海碼頭裝船(見(jiàn)圖8)。

圖7 箱梁場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)圖Fig 7 Handling map of box girder in the field

圖8 箱梁運(yùn)輸至駁船平面圖Fig 8 Plane figure of box girder transportation to barge

3 70 m PC箱梁海上運(yùn)輸及安裝技術(shù)研究

3.1 箱梁海上運(yùn)輸要求

運(yùn)輸選在低平潮期，金塘大橋船舶流量較小的時(shí)段進(jìn)行，利用大型非自航運(yùn)輸駁裝載，拖輪拖帶的方式進(jìn)行[6-7]。運(yùn)輸駁出運(yùn)前需正確標(biāo)識(shí)AIS信息，箱梁運(yùn)輸駛出碼頭(見(jiàn)圖9)，完成編隊(duì)后出發(fā)，高平潮前到達(dá)橋位處，平均航行3 h到達(dá)橋位。

3.2 箱梁安裝技術(shù)難點(diǎn)分析

箱梁吊裝選用“奮進(jìn)”號(hào)2 600 t起重船及“大橋海鷗”號(hào)3 600 t起重船，其中“大橋海鷗”號(hào)起重船可滿(mǎn)足本項(xiàng)目所有工況下的箱梁吊裝，2 600 t浮吊整體吊裝箱梁工作照(見(jiàn)圖10)。吊具設(shè)計(jì)質(zhì)量決定著箱梁安裝成敗，自主設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重輕、易存放的下托梁結(jié)構(gòu)吊具(見(jiàn)圖11)。通過(guò)ANSYS計(jì)算分析，該吊具整體受力合理、強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。其中連接梁、支撐梁限元分析等效應(yīng)力云見(jiàn)圖12，平衡梁有限元分析等效應(yīng)力云見(jiàn)圖13。建議定期對(duì)吊具進(jìn)行焊縫的探傷檢測(cè)，安裝過(guò)程中應(yīng)確保吊具平衡梁保持同一高度[8]。

圖9 箱梁出運(yùn)平面圖Fig 9 Plane figure of shipment of box girder

圖10 2 600 t浮吊整體吊裝箱梁工作照片F(xiàn)ig 10 Working photo of 2 600 t floating crane integral lifting box beam

4 結(jié)論

本文重點(diǎn)研究了跨海橋梁非通航孔橋70 m箱梁預(yù)制、場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)、海上運(yùn)輸及安裝的技術(shù)總結(jié)及創(chuàng)新，并成功應(yīng)用于實(shí)橋，提升了項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度與質(zhì)量，總結(jié)得到以下結(jié)論：

(1)利用BIM手段，對(duì)預(yù)制場(chǎng)功能區(qū)合理劃分，各功能區(qū)分界清晰，節(jié)約用地、體現(xiàn)工廠(chǎng)化、大型化、裝配化作業(yè)。積極引入信息化手段，可實(shí)現(xiàn)海上船舶監(jiān)控管理，減少船舶事故發(fā)生。

(2)優(yōu)化海工混凝土配合比，采取鋼筋模塊化生產(chǎn)、內(nèi)?；剖皆O(shè)計(jì)、自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)等方式極大的提高了箱梁預(yù)制工效。

圖11 下托式梁桿吊具立面圖Fig 11 Elevation of lower supporting beam hanger

圖12 連接梁、支撐梁限元分析等效應(yīng)力云圖Fig 12 Equivalent stress cloud diagram of the connecting beam and supporting beam

圖13 平衡梁有限元分析等效應(yīng)力云圖Fig 13 Equivalent stress cloud diagram of finite element analysis of balance beam

(3)對(duì)大跨度PC箱梁反拱值深入研究，取累計(jì)撓度的60%來(lái)設(shè)置反拱度更為合理，并建立了邊跨及中跨反拱曲線(xiàn)函數(shù)，進(jìn)一步指導(dǎo)施工。

(4)自主研發(fā)1 200 t通用門(mén)式起重機(jī)可適應(yīng)大縱坡運(yùn)梁，擺脫傳統(tǒng)的軌道式起重機(jī)，對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性更強(qiáng)，提升了場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)的效率。

(5)合理選擇運(yùn)輸時(shí)機(jī)，利用大型非自航運(yùn)輸駁裝載，拖輪拖帶的方式進(jìn)行，做好相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案。

(6)優(yōu)化吊具設(shè)計(jì)，選擇了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重輕、易存放、適用性廣的下托式梁桿結(jié)構(gòu)，通過(guò)ANSYS計(jì)算分析，表明吊具整體受力合理、強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。