关键词：钢箱-混凝土混合箱梁；独塔斜拉桥；施工技术
一、工程简介
1、工程概况
新型公共交通系统某特大桥主桥是一座大跨径空间双索面钢箱-预应力混凝土混合梁独塔斜拉桥，塔、墩、梁固结体系，桥长475m，宽46.5m，采用轨道交通+双向6车道+双侧人行道布置，投资总额3.5亿。
图1 桥型布置图
图2 桥梁横断面布置示意图
2、工程重难点
陆地大角度倾斜砂岩大直径钻孔灌注桩施工技术、河堤段防洪区钢箱梁支架地基处理技术、受限区域有粘结预应力混凝土塔吊基础施工技术、超高索塔自爬模施工技术、223t超宽双边主梁式钢箱梁整体节段安装技术等。
二、施工工艺流程
大桥主桥施工流程如图3所示。
图3 全桥施工流程图
三、关键技术
1、河堤旁陆地大角度倾斜砂岩大直径钻孔灌注桩施工技术
索塔桩基施工是本桥关键线路控制性节点，Ø2.5m钻孔灌注桩多达30根，且索塔一角位于河堤内侧边坡上，距离河堤近，施工风险高；索塔西南-西北角基岩面倾斜情况严重，最大倾角达69度，造成索塔西南-西北角有11根桩桩长40m-54m不等，占该墩桩总数36.7%，其余桩长为38m，单桩桩长差异很大；在中风化砂岩地层中又存在2-3次强风化夹层，最大岩石强度达到122MPa，基岩强度高，且设计要求桩底需嵌入微风化砂岩不小于7.2m，嵌岩深度大，施工难度大。
图4 索塔桩基大角度倾斜岩面示意图
根据国内大直径桩工设备现状，本工程桩工设备需在XR420旋挖钻、KPY4000液压钻机及大直径正（反）循环冲击钻等设备可供选择。而对于基岩强度高且大角度倾斜岩面不宜选用旋挖钻机与KPY4000液压钻机；在大直径冲击钻机中，以使用大吨位钻头的反循环冲击钻机生产效率高、质优可靠优于正循环冲击钻机。
综合考虑施工场地布置、设备投入及产出比、施工成本等因素，本工程选用4台CJF-4000高频气举反循环冲击钻机，该设备仅需配置1台75t履带吊机配合桩基起重吊装作业即可完成桩基成孔作业，配合的机械设备少，施工成本低，产出的经济效益最高。
工艺控制的重点：①CJF-4000钻机采用250cm直径的钻头自重约16t，钻头结构科学合理，采用多层笼式结构，层间用厚钢板连接。每层笼式钻头外形有统一的锥坡，不同坚硬程度的岩层可选取不同的钻牙可提高工作效率。本工程选用了掺加少量稀土元素的特种合金高强耐磨钻牙以其高强度、高冲击韧性、耐磨损的特点，最大可嵌入290MPa（抗压强度）坚岩，减少了钻孔施工过程的磨损以及修复钻头焊接钻牙的次数。钻机采用高频率、低冲程，保障了高强度岩层中桩工机械钻孔施工的进尺，配合使用气举反循环系统，用砂石泵从孔底将大颗粒的钻渣泵吸至孔外，提高了生产效率。
②通过添加优质黏土造粘稠浓浆，钻头反复冲砸对孔壁土体挤压，形成稳定的护壁结构，增强孔壁的稳定性。
③钻机进尺至倾斜的基岩岩面，桩底与孔壁的岩石软硬强度分部不均衡，造成较软的岩石侧进尺比较坚硬的岩石侧要快，钻头偏向较软的岩石一侧形成斜孔。采用在岩面强度变化的倾斜岩面桩孔底部反复回填一定深度的花岗岩片石，通过钻头的反复冲砸将片石与基岩间隙挤密，消除基岩岩面软硬不均匀现象进行钻孔中心纠偏，直至钻头能够顺利进入基岩、不产生偏孔现象为止。
2、环境受限区有粘结预应力塔吊基础施工技术
大型斜拉桥高塔墩施工均需要配备自升塔吊以满足施工作业所需小型机具与物料的提升。塔吊选型、布置受限因素众多，主要包括以下几点：①因索塔承台顶面高出地面约2m，独立的塔吊基础空间受限；②距离索塔很近有一变电所，塔吊布置位置受安全因素限制；③梁面超宽，塔梁墩固结段隔板多、箱室多，受塔梁墩固结段箱梁纵向预应力设计间距小影响，塔身立柱需位于箱梁纵向预应力之间；④塔吊塔身穿过塔梁墩固结段箱梁后需附着在索塔上，箱梁不能限制塔吊塔身的自由。
塔吊布置设计时需考虑以下几个因素，本工程选定塔吊型号为7525B、扒杆限制长度为41.5m的平头塔吊，布置于桥梁右侧索塔侧面，塔吊中心与承台轴线平行，将塔吊基础与索塔承台连成一体以解决索塔承台高出地面的限制。①配合索塔施工的塔吊根据索塔爬模架施工与步履式桥面吊机设备构件最大自重及幅度进行选型。②选取塔吊中心线与塔梁墩固结段箱梁纵向预应力平行布置且能顺利的从纵向预应力间通过；③塔吊塔身平面位置满足塔身标准节均位于混凝土箱梁的箱室内；④在塔吊基础顶面设混凝土台阶调整塔吊基础节顶面标高，使塔身标准节立柱接头、构件加强处避开混凝土箱梁的底板与顶板，在塔身标准节立柱与斜杆处包裹泡沫，确保塔身标准节相对混凝土箱梁活动自由。⑤塔吊塔身能够顺利附着在索塔侧面。
本工程利用既有主塔承台悬挑的预应力钢筋混凝土结构承载塔吊施工荷载，将二种结构有机结合，解决塔吊基础受地面与主塔承台结构标高差、受混凝土梁预应力布置空间限制的问题。该特殊设计为塔吊基础结构利用了既有结构，采用有粘结预应力技术的悬挑结构，为塔吊基础设计提供了一种新的思路。
图5 塔吊基础及预应力布置图
3、超宽双边主梁钢箱梁整体节段安装施工技术
①超宽双边主梁钢箱梁整体节段安装施工技术
根据地理位置，将超宽双边主梁钢箱梁安装划分为陆上部分及河中部分，河中部分有16个梁段。河中节段采用2台步履式架桥机双机从船上直接起吊至设计高程安装就位的方法；陆上部分共16个梁段，钢箱梁采用支架滑移法安装，其中索塔侧有4个梁段、边跨侧有5个梁段钢箱梁安装完毕立即焊接成整体，其余中跨边墩侧7个梁段钢箱梁滑移到位需临时固定在支架上待桥面吊机安装。
图6 钢箱梁安装流程图
（1）防洪区钢箱梁支架基础地基改良技术
钢梁架设二岸设有钢箱梁滑移支架，一岸钢箱梁支架负责M31至M21梁段的纵移安装或临时存放；一岸钢箱梁支架负责JH至M3梁段纵移安装。二岸支架一段长度均伸入河中，支架顶高出水面，满足浮吊吊装钢箱梁至支架端头顶部。
支架基础设计有四种形式，其中防洪区河堤段采用高压旋喷桩进行地基改良，改良地基上设钢筋砼扩大基础，上接钢管柱。钢管柱横桥向设2组，柱间设型钢连接系，每2排连成一组，钢管柱顶设型钢分配梁与贝雷梁，在贝雷梁顶设钢箱梁纵向移动滑道。
旋喷桩选用X型液压地质钻机，浆液搅拌机拌制水泥浆，每立方掺加350Kg的42.5MPa硅酸盐水泥，高压泵压注水泥浆。采用单管法、两次喷浆三次搅拌的工艺施工。
钻机调整底盘水平与钻杆垂直度，钻杆中心对准桩位中心就位，依据不同地层、土颗粒大小、土层坚硬程度等选用不同的钻进参数用合金钻头钻进至桩底设计标高。按配和比拌制水泥浆，制浆过程中应量测浆液比重，用高速搅拌机连续拌制浆液并搅拌均匀，搅拌时间不小于120S。将高压注浆泵调整到30Mpa以上的喷浆压力，高压泵开始泵入符合要求的浓浆，边喷浆边缓慢自下而上提升钻杆，速度取0.1～0.2m/min，水泥浆流量大于30L/min，气流压力宜取0.7MPa，直至钻杆提升到终喷高程。
随着喷管的旋转与提升，高压水泥浆射流冲切并破坏土体，同时浆液射流将水泥浆与粘土掺搅形成桩体。
（2）超宽双边主梁钢箱梁整体节段支架滑移法安装技术
在钢箱梁滑移支架滑道端部布置反力架，安装穿心千斤顶。滑道顶面满涂黄油润滑，在滑道侧面里程放样并用油漆设置刻度，按钢箱梁横隔板间距安装滑块，滑块间隔与钢箱梁横隔板间距一致、滑块顶面标高一致。滑块下设聚四氟乙烯板减小滑移摩阻力。
图7 钢箱梁滑移支架布置示意图
图8 钢箱梁滑移装置示意图
钢箱梁梁段整体制造，从水路用运输船运至桥位安装。由于陆地上及岸侧钢箱梁受地面及桥面起重设备起重能力不够，均无法从运输船上直接吊装钢箱梁；浮吊与运输船受吃水深度限制无法靠近堤岸边等因素影响，需要在河堤岸侧、陆地上设一段伸入水中的钢支架与滑道配合岸上钢箱梁的安装。
经资源考察及分析论证，近河堤侧与岸上不同吨位的超宽钢箱梁，因施工水域上下游桥梁通航高度较低，大型浮吊无法进入施工水域，同时使用单台浮吊吊装，对钢箱梁吊点处结构局部应力偏大且难于保证作业过程的稳定性及安全性。本工程采用了两台不同吨位浮吊同时起吊钢箱梁至钢支架前端的滑块上，安装钢绞线连接滑块与千斤顶，连接泵站与千斤顶油管，启动液压千斤顶施加水平牵引力，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压滑板特制的滑移装置，钢箱梁在支架上逐步滑移至安装位置，用水平千斤顶进行钢箱梁平面轴线位置的调整，用竖向千斤顶进行调整标高，将调整好钢箱梁梁段与前一梁段临时锁定、焊接连成整体后经体系转换完成该钢箱梁梁段的安装。
（3）223t超宽双边主梁钢箱梁整体节段悬臂安装技术
河水中的钢箱梁梁段，采用在已安装的钢箱梁顶锚固2台180t步履式桥面吊机，吊机每前移一个梁段，后端拉板用销轴锚固于钢梁上的临时锚固点，吊机前支点附着在分配梁上。该分配梁将桥面吊机吊装荷载均衡的分配到钢箱梁前二道隔板上。
钢箱梁运梁船在起吊作业区定位偏差控制在50cm之内自锚。步履式桥面吊机的吊具下落至钢箱梁顶距临时吊点50cm左右，将运梁船按照钢箱梁吊点与桥面吊的吊耳位置进行二次精确定位，穿好桥面吊吊具与钢箱梁吊点处连接销轴及报销销后，启动桥面吊机卷扬机使钢箱梁吊耳受力，起重工检查桥面吊机起吊钢丝绳保持垂直，如不垂直则调整运输船位置，直至起吊钢丝绳保持垂直为止。将钢箱梁吊离驳船2-3cm，检查吊点横梁水平度，如横梁不水平则启动吊点横梁调平油泵，使吊具保持水平。继续启动卷扬机，将钢箱梁缓慢吊起并平稳提升至桥面高度，调整节段钢箱梁姿态并用临时匹配件与已安装钢箱梁连接。
桥面吊机所在梁段两侧前支点反力和中部斜拉索拉力的作用下，梁段处于中间上翘、两边下挠的姿态，而待安装梁段自重作用下姿态正好相反，理论上顶口高度偏差约20mm。对于吊装时的变形问题采取如下办法处理：钢箱梁吊装到位，先将边腹板位置对齐，然后安装临时连接件，从腹板向中间位置利用冲钉和螺栓之间的间隙及顶板中部先打上一部分码板，然后一侧大钩稍落，使箱梁的一部分重力通过顶板的码板、螺栓及下口的部分咬合传递给已安梁上，降低大钩部分荷载，则前支点反力也随着减小，已安梁与待安梁顶口的高差随之减小，再打好该侧码板。钢箱梁另外一侧采用同样的方法施工，如此反复两三个过程即可完成顶板码接（此时大钩约只有钢箱梁节段一半左右的荷载）。此方法效果较为明显，可以解决局部变形匹配问题。
图9 钢箱梁起吊示意图
（4）合龙段施工
合龙空间的主要影响因素包括钢箱梁焊缝收缩余量和环境温度与设计温度差，因此，确定合龙段的精确长度、合龙时间安排及准确定位是合龙施工的关键。首先加强测量，对钢箱梁受温度影响的变形规律及焊缝的收缩规律进行认真研究分析。根据实测数据，确定合龙梁段实际长度及合龙时间，切割合龙梁段余量，选择在气温低的时间段安装合龙段。
主跨合龙梁段晚上吊装时，用两台180t桥面吊机同步进行，当合龙梁段接近合龙口时，利用吊机的变幅装置，使合龙梁段准确地嵌入合龙口。当合龙段钢箱梁精确调整与M25与M27梁段间的接缝使之满足焊接要求，然后在临时匹配件处穿入拉杆临时固定，先不施拧高强螺栓，测量复核合龙口相邻梁体标高，并利用千斤顶调整。调整完成后D1处穿入拉杆并拧紧D3处的高强螺栓，紧接着焊接该接缝顶板及底板的码板，及时进行两侧拼缝的焊接。先焊接M25、M26梁段对接定位焊缝，再焊接M26、M27梁段对接定位焊缝。然后焊M25#、M27梁段与合龙段横缝，对接焊缝焊接时按底板、腹板、顶板的顺序进行对称施焊。
图10 合龙段桥面吊机吊装示意图
焊接完成后解除墩顶的支座上下板的约束，使梁段沿桥梁纵轴线可自由活动。当合龙梁段拼缝施焊完成后，拆除两侧梁段与支架的临时固结措施。
该合龙段施工方法安装速度快，效率高、改善了现场作业环境，施工安全风险较小。采用合龙段M26叠放于M27上共同滑移的方法，节约了安装时间。
四、结束语
由于篇幅所限，本文重点介绍了223吨超宽钢箱梁整节段支架法滑移安装与步履式桥面吊机悬臂架设的工法技术，通过选择合理吊装措施及施工顺序，快速有序地完成了16个梁段的吊装施工，单个梁段吊装用时约3小时，效率极高，同时保证了钢箱梁吊装施工的安全。
对陆地大直径钻孔桩用反循环冲击钻机，利用大自重镶焊特殊合金钻头克服大角度倾斜岩面、嵌入坚岩深的成孔难题，气举反循环系统提高了钻孔效率和清孔质量，确保了成桩质量，同时节约了项目成本。
利用既有的混凝土结构，采用有粘结预应力施工技术，解决了在环境受限区塔吊基础布置的难题，为塔吊基础设计提供了一种思路。为其他同类型桥梁工程施工提供借鉴与参考。
论文作者:钱进,赵玺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：塔吊论文; 桥面论文; 支架论文; 钻机论文; 预应力论文; 钻头论文; 基岩论文; 《基层建设》2019年第25期论文;