港珠澳大桥斜拉桥监理特点

李聪，方燎原

（广州南华工程管理有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

斜拉桥的基础施工与其它大跨径桥梁相同，水上施工设备是保证施工进度和质量的前提；斜拉桥结构形式与施工方法多样，施工中充分体现一个施工企业的技术能力和装备水平；施工涉及的作业场地、工艺种类较多，如材料生产、构件工厂制造、现场预制、安装、调整等；钢索塔的施工主要取决于起吊能力、安装精度和焊接工艺；钢筋混凝土索塔的关键在于支架与模板工艺；随着跨径增大，拉索长度和质量也增大，其张挂、牵引及张拉的力度与难度越来越大；上部结构施工必须按规定的程序和步骤进行；由于采用的施工方法和安装程序与成桥后主梁线路及结构恒载内力有着密切的关系，在施工过程中必须进行严密的施工控制。

1 工程概况

港珠澳大桥深水区桥梁工程长度15.824 km，其中青州航道桥、江海直达船航道桥采用斜拉桥结构，详见表1。

2 钢管沉桩

钢管桩顶段设内、外剪力环，钢管桩内、外壁均采用防腐涂层。由于钢管设计顶标高在水面以下，为满足桩基施工要求，需在钢管顶部设置替打段，顶面标高取+5.0或6.0 m。

钢管桩采用大型专用打桩船及液压打桩锤完成整个沉桩工艺。钢管桩沉桩精度要求为：倾斜度≤1/250，中心平面位置允许偏差≤100 mm。

监理控制重点：钢管桩在起吊、运输和堆存过程中，避免由于碰撞、磨擦等原因造成防腐涂层破损、管端变形；通过工艺试验确定桩锤能量选型；保证沉桩标高、垂直度和平面位置的精度控制。

表1 斜拉桥设计要点Table 1 Design pointsof the cable-stayed bridge

3 钻孔灌注桩施工

D2.5 m或D2.15 m钢管复合桩，桩底均嵌入中风化岩深度不小于1.5倍桩径（3.225 m），最大桩长129.7 m，平均桩长103 m。

全过程及时填写钻孔施工记录，并留取渣样；桩基终孔须由设计代表、业主代表、监理工程师到现场复核签认；钢筋笼在钢筋加工场制作，主筋为HRB400，φ32 mm，根据运输设备要求分节制作和运输；钢筋笼主筋采用直螺纹套筒连接，整体钢筋笼制作完毕后，安装混凝土保护层块；采用C35海工耐久混凝土，水下导管灌注法施工；混凝土强度达到要求后，进行超声检测和抽芯检测，每个墩按照2根进行抽芯；桩基检测顺序为先超声检测，再抽样钻芯检测。

监理控制重点：钻进过程中维持护筒内的水头高度，及时补充泥浆量，经常检查泥浆的比重、黏度、含砂率、pH值和泥皮厚度等指标，保证孔壁稳定，防止卡钻、掉钻、坍孔，保证钻进效率，确保成孔安全；钻孔过程中泥浆循环系统及泥浆的净化处理符合环保要求；保证钻孔的桩长、孔径、垂直度、沉渣厚度满足设计和规范要求；合理确定海上搅拌船供应能力，保证混凝土连续灌注，防止出现夹层和断桩；合理确定单桩混凝土浇注时间及混凝土初凝时间，灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，防止桩基钢筋笼上浮，合理控制灌注桩的桩顶高程，保证桩头无松散层，确保成桩质量；采取可靠的非金属保护层垫块，防止钢筋笼和钢管桩接触成为腐蚀通道。

4 承台安装

承台防撞套箱由内围壁、外围壁、套箱底板、顶板、箱内加劲、护舷，以及封底混凝土底板、底板加劲和支撑系统组成，套箱上部挂腿采用橡胶支座，内围壁与承台侧表面之间采用平板橡胶，套箱外表面悬挂固定式复合材料防撞护舷，节段连接板之间安装橡胶条，采用消能装置缓冲承台碰撞以减少撞击能量。

套箱所采用的焊接材料、焊接方法、工艺规程、预处理、焊后处理及检验要求等，均需满足按中国船级社《钢质海船入级与建造规范》要求。所有主要、次要构件端部与板材连接的角焊缝，以及有关部位的搭接焊缝，应采用双面连续角焊缝[1]。

套箱节段制作完成检验合格后，应进行节段之间的预拼装。

套箱的防腐涂装按照不低于20 a寿命设计，防腐涂装构件的钢材表面须先进行喷砂除锈处理，除锈等级达到Sa2.5级，清洁合格后再进行涂装施工。

套箱事先在加工场拼装好，驳船转运至现场，采用大型浮吊专用吊具整体安装。

承台封底混凝土分两层浇筑。

为了保证混凝土与钢管及底板之间的结合质量，封底混凝土浇筑前，要派潜水员清除钢护筒表面锈皮及其它杂物。

桩头处理：用风镐凿除桩头浮浆及多余的混凝土。

承台钢筋主要包括不锈钢筋、普通钢筋HRB400和HRB33。直径大于20 mm钢筋采用墩粗直螺纹机械连接。

钢筋用量较大，钢筋网格、层次较多，为保证钢筋能正确放置和混凝土浇筑质量，除架立钢筋外，用短钢筋头架立各层钢筋，做到上下层网格对齐，层间距正确，并确保钢筋的保护层厚度[2]。

二级承台侧模采用组合钢模板，并保证模板强度、刚度和稳定性。模板加工要求各部位焊接牢固，焊缝外形光滑、均匀，无漏焊、焊穿、裂纹、夹渣、咬肉、开焊、气孔等缺陷。

承台大体积混凝土的配合比应根据实际施工时所用的砂石料、水泥、粉煤灰、矿粉及外加剂的性能进行交叉配合比试验，确定最佳的混凝土施工配合比。采取掺加粉煤灰和矿粉，降低混凝土的入仓温度等措施，改善混凝土性能，减小混凝土水化热。

混凝土振捣：采用插入式振动器振捣，每隔30~50 cm一个振捣点。混凝土按一定厚度、顺序、方向分层浇筑，应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土。

为减少混凝土内部水化热，降低承台混凝土内外温差，避免承台混凝土开裂，在承台内设冷却水管通水降温。冷却水管根据温控设计要求及分层厚度进行布置。

钢管桩的阴极保护采用手镯型环状阳极组，牺牲阳极直接安装在承台下部的钢管复合桩上。

防雷系统利用桩内两条主钢筋、钢管桩和钢筋-桩钢管焊接闭合的水平连接筋作为接地体。

5 墩身安装

下节墩身预制及承台混凝土浇筑时，分别在墩身及承台内预埋临时支墩及临时固定装置预埋件。

浮吊吊装底节墩身，并搁置于承台临时支墩上，完成墩身初步定位，用千斤顶进行下节墩身精确定位，以满足设计要求。用薄钢片填塞精确定位后临时支墩钢板间留下的缝隙，安装临时固定装置并拆除千斤顶，完成墩身预留水平钢筋与承台顶面钢筋的连接，安装预应力粗钢筋固定端锚具浇筑二级承台混凝土。

顶节墩身的吊装采用浮吊及专用吊具起吊，至安装位置上方后，通过导向装置使墩身准确下落于临时垫块，然后进行预应力钢筋及管道的连接，拆除临时垫块，在导向装置的作用下下放，准确与底节墩身对接，最后进行预应力钢筋的张拉及管道压浆。

监理控制重点：墩身连接预应力粗钢筋张拉；墩身整体吊装定位精度、支承垫石顶面高程精度控制。

6 混凝土索塔施工

青州航道桥索塔采用双柱门形框架，包括下塔柱、中塔柱、上塔柱、下横梁，塔柱顶高程170.8 m，塔柱采用空心单箱单室断面，上塔柱内设置钢锚箱，索塔“中国结造型”结形撑采用钢结构，设置于两上塔柱之间，结形撑现场分节吊装，横梁采用变高箱形截面，为全预应力结构。

索塔采用滑模方法分节浇筑，每节高度4~6 m，混凝土垂直运输采用泵送式、塔吊提升等方法。

索塔等关键部位的平面位置、高程以及竖直度或倾斜度应严格控制，并应符合设计图纸和规范要求，发现偏差应立即纠正。

下横梁及上横梁施工须充分注意脚手架的节点压缩、支撑杆件的弹性变形对模板的影响，必要时应进行标高调整，以防止凝结后的混凝土出现裂开。安装横梁模板时应预留施工拱度。

塔侧除设有附着式塔吊运送施工材料外，还应设置工作电梯、安全通道以便施工人员运行，还应设置重量限制器、断索防护器、钢索防扭器、风压脱离开关等。下塔柱应建立相应平衡的对拉体系，以保证下塔柱的施工精度和模板稳定。对于中塔柱应采用顶撑工艺以克服自重影响。施工塔腿部分时须对抗拉、抗推措施进行验算。边浇筑上塔柱边张拉环向预应力筋。施工时须注意主梁纵、横向限位装置的预埋件及临时固结装置。

应考虑塔自身的压缩变形，其变形量按设计图纸规定加高。塔顶面设有避雷针，施工时避雷针焊接在柱钢筋上，以保证其可靠的接地。为减少日照对索塔测量的影响，索塔各部位和各构件的施工测量和施工放样宜在每日日出前或日落后固定时间进行。

索塔钢筋与预应力钢筋管道的位置必须严格按图纸所示准确位置安装，并固定牢固，使其在浇筑过程中不易发生位移。主筋连接宜采用挤压式或套接式接头。上、下横梁可采用二次浇筑，既简化了施工支架又便于主塔承台大体积混凝土施工。

设置劲性骨架以保证索管空间定位和钢筋架立精度，劲性钢骨架应由施工单位自行设计。

在索塔埋设观测点观测索塔的位移和塔根部的应力。

监理控制重点：

1）索塔构造复杂，索塔附属工程所需预埋件繁多，预埋件设置齐全、位置准确。

2）制定索塔施工控制及施工测量方法，保证塔身垂直度、钢锚箱定位、结形撑定位精度。

3）第一节钢锚箱直接支撑在混凝土底座上，其安装精度直接影响整个钢锚箱的几何线型，制定有效的施工工艺保证混凝土与钢锚箱底板密贴。

4）上塔柱进行索塔混凝土施工时，同时进行钢锚箱的吊装和结形撑吊装，控制其连接部位的安装质量。

7 钢索塔安装

江海直达船航道桥索塔为全钢结构，主要有主塔柱受力部分、副塔柱部分和主塔柱造型部分。主塔柱受力部分包括Z0～Z12节段，共13节段。设计要求完成Z0节段安装后，其余部分为整体吊装，整体吊装段长105 m，重量约2 500 t。

Z0节段通过预埋在承台里的锚杆与承台锚固，Z0节段承压板与承台顶面之间间隙采用压浆处理。Z0节段与整体吊装段通过连接板采用螺栓连接。

承台顶面及Z0节段承压钢板间预留空隙进行压浆处理，压浆必须密实且确保浆体强度符合要求。压浆强度达到要求后，选用YCW600型穿心式液压千斤顶对锚杆进行张拉。

Z1～Z12节段采用大型浮吊结合“U”形吊具进行整体吊装。

索塔分两次安装，首节段的定位非常关键，直接影响到整个索塔安装精度和线形，首节段采用三维调节系统实现精确调节，包括标高，纵、横轴线及垂直度。

监理控制重点：严格控制索塔吊装施工过程中的安装精度及连接质量。钢塔安装时需有专门起重工进行指挥，要确保施工安全和安装精度，包括平面位置、垂直度、倾斜度等。

8 支座安装

支座安装工艺：支座调整水平→设置支座垫石→拆除灌浆用模板→架设桥梁→调整支座位置→固定支座于上部箱梁→拆除千斤顶、油压泵和钢支架。

1）竖向球形支座安装前首先要检查支座垫石的横桥向和顺桥向的水平度，确保其水平度误差不大于1/1 000、且整个平面误差不大于1 mm。另外在安装前应对支座进行检查，确保合格无损伤，方可安装。

2）竖向球形支座在制造厂进行拼装测试和预压成型后，将支座用螺栓与钢箱梁底板对应支座位置相连，随钢箱梁一起吊装。钢箱梁经三维调节准确调整后，将支座的地脚螺栓直接穿入预埋套筒中，上紧地脚螺栓。

3）横向抗风支座与钢箱梁采用螺栓连接，滑板与垫石采用预埋钢板焊接的方式固定支座。

4）横向抗风支座总成安装前应检查主梁上支座的安装位置与塔柱上滑动面的配合位置是否适当。塔柱内侧上的滑动面与支座总成之间的安装间隙应根据安装时的温度设定。

监理控制重点：支座中心与主梁中心线偏差控制。支座四周高差在允许范围内，避免支座发生偏歪、不均匀受力和脱空现象。多向变位支座安装必须保证平面位置正确，严格控制其标高，保证其纵横向平整度，以保证不锈钢滑板安装精度，确保跨缝梳齿板能够自由滑动。

9 钢箱梁吊装

9.1 墩顶布置

墩顶布置包括主塔横梁顶及其托架支点处布置，其作用一是支承钢梁，二是调整钢梁的高程和中线，三是横向约束钢梁。

墩顶及托架顶临时支点布置应按施工设计图纸实施，满足支点功能。在架设前要经有关部门联合全面检查，并办理签证。支座上均应设置水平、中线观测点，随时观测架梁过程中其沉降和变位情况，以便及时调整。

9.2 墩顶段钢梁的架设

墩顶段钢梁的架设采用支架法吊装。墩顶3个节间由浮吊和塔吊提升、安装，然后在塔柱两侧的墩顶部分钢梁拼装全液压架梁吊机，利用架梁吊机自索塔分别向两侧对称悬臂安装架设钢梁。斜拉索的挂设与钢梁的安装应同步进行。

起吊过程中利用钢梁上的溜绳下放至铁驳上，在铁驳上利用溜绳控制钢梁水平起吊。起吊应平稳同步上升，上、下游侧利用已架梁段梁面放下的测量绳控制钢梁吊点间高差，要求该高差不大于200 mm。当起吊梁段接近已架设的临近梁段时应减速上升。待就位后，在上、下游侧各用倒链作小范围调整，使相邻节段钢箱梁顶、底和腹板吻合。

在钢梁托架上利用浮吊或墩旁吊机拼装塔中心第1个节间的钢梁→在托架上继续接长两侧的第2个节间钢梁→安装设置钢梁纵、横、竖向支座或限位器→在已拼的钢梁节段上安装两侧架梁吊机→挂设、安装1号斜拉索→进入正常的钢梁对称悬臂架设阶段。

9.3 架梁吊机对称悬臂架设

为了尽量减少构件吊装时的变形，且便于吊装就位，吊点中心纵向距离一般在构件两端部，为构件长度的0.21L左右处，且吊点分设在中心吊点两侧横隔与腹板的交汇处。具体吊点布置通过计算确定，绝不允许在钢梁的任何部位进行电焊或打火。

接口粗匹配主要是调整箱梁线型，确保中心轴线。标准桥轴线偏位控制在±2 mm内，要求板的错台不大于15 mm，焊缝宽度偏差不能超过2 mm。匹配梁段上不得有吊机以外的其他施工荷载；所有匹配件连接完成后，不允许采用吊机强行提升梁段达到调整标高的目的；因顶、底板焊接收缩差引起变形，要考虑补偿箱梁收缩变形。

在焊接之前接口再进行精匹配，主要是调整节段标高、预拱度、横坡度，要求接口面板高差不大于0.5 mm。

钢梁拼装先合龙两侧的边跨，再向两侧中跨延伸，最后合龙主跨。制定可靠的合龙方案，布置行之有效的合龙设备，合理地进行合龙点的位移、转角调整，使斜拉桥主跨准确合龙，达到线形平顺。

监理控制重点：1）施工安全是钢梁架设的重点工作，根据相关规范规定，大跨度斜拉桥悬臂施工达到一定长度后，必须设置临时稳定设施，青州航道桥采用抗风索代替常规的塔旁临时墩，抗风索上端锚固于第6对斜拉索下方梁底，下端锚固于索塔承台斜面上，大悬臂施工起到施工过程稳定作用，在总体合龙后拆除。2）保证钢箱梁悬臂架设精度。

10 斜拉索安装

斜拉索张挂施工主要包括运输、索上桥面、展索、挂设、张拉、索力检测、调整及减振装置安装等工序。斜拉索安装可采用塔端张拉的施工方案。按照斜拉索的重量、牵引力的大小，斜拉索挂设采用钢绞线与张拉杆进行软牵、硬牵组合牵引。斜拉索挂索后，按监控指令进行每对索的初张拉，然后按要求分次张拉、调整。索力采用可靠的测量方法进行测试并控制。

1）斜拉索安装采用“先牵引斜拉索梁上锚端至钢箱梁上锚固，再牵引斜拉索塔上锚端至塔上锚固，梁端张拉”的斜拉索安装方法。2）在拉索安装之前要根据设计图纸中的有关参数，确定拉索长度、规格、安装索力。根据不同拉索实际情况确定安装方法[3]。3）安装前要核对成品索的长度、规格、防护层情况和质量检验报告等，并填写检查记录表。4） 提前加工施工所使用的放索盘、小平车、索夹、张拉杆、牵引杆、张拉螺母、牵引杆螺母等安装附属设备，设置好卷扬机并穿好转向滑轮和动滑轮。5）拉索牵引路线上的桥面应清理干净，避免杂物对拉索防护造成损坏。拉索安装施工过程中，要确保PE护套不被损坏，拉索具有完好的外护套是保证其具有较长使用寿命的首要因素。6）拉索在安装过程中，未离开桥面之前其外包装材料尽可能不拆除。在拉索安装过程中，拉索安装起吊离开桥面的同时拆除其外包装材料。在放索路线上每隔5 m要设置支承小车，确保拉索防护层不被擦伤、划破。7）在拉索梁上端的张拉和塔上锚固端牵引过程中，各种构件连接处较多，在牵引系统设计中应特别注意处理好各构件的连接构造形式及安全保证系数，在施工中密切观察各连接处的可靠性。8）每根拉索安装完成后，先用防雨布将梁上索管口缠裹，再用胶带密封防水。在安装、张拉施工中，每天收工前派专人检查，只要索管口动过或有未密封的，即用防雨布、胶带密封。9）斜拉索张拉千斤顶、油压表在施工前必须经过有资质的检测单位标定、出具报告，确保张拉索力控制的准确性。10）在张拉过程中根据设计要求对拉索的张拉进行控制。11）张拉操作人员必须与测量人员、设计监控人员保持密切联系，并随时监测网架标高变化情况和塔拄位移情况，在张拉过程中如发生异常情况应停止张拉并分析原因，待收到张拉命令后再继续进行张拉。12）张拉时要求同一塔柱同号索进行同步张拉，以保证结构的稳定性。13）日照和环境温度对斜拉桥的塔、梁、索影响较大，张拉和索力调整要避免在温度变化较大的时段进行。14）斜拉索是斜拉桥的主要受力结构，施工过程中对斜拉索的保护是斜拉索安装的重点。15）斜拉索索力直接影响整体桥梁的内力及主梁线形，故斜拉索张拉及索力调整也是施工的重点。

监理控制重点：1）做好斜拉索的保护，包括斜拉索的运输保护、斜拉索的场内堆放保护、斜拉索的场内运输、起吊保护。2）防止斜拉索锚头进水。3）护套材料与钢丝的附着力应使保护层与钢丝不产生相对滑动。4）做好高密度聚乙烯保护层和锚具连接处的防腐处理。5）拉索张拉至索长达到预定长度后，对局部桥面线形、桥塔倾斜度、索力、轴线和温度进行测量，控制设计与实际索力误差。

11 伸缩缝安装

斜拉桥采用模数式伸缩装置，伸缩缝安装流程为：伸缩缝的运输、现场验收及存放→锯缝及预留槽口尺寸、预埋钢筋检查、整修及槽口清理→检查并修复支撑肋板、安装螺栓组与预埋钢筋定位焊固→安装防尘排水结构→安装多向变位铰→安装止水橡胶带→在预留槽内浇筑C50钢纤维混凝土→安装固定梳形板→安装跨缝梳形板→混凝土养护。

监理控制重点：1） 伸缩缝安装前，清理槽口，必须把所有污物、尘土及其它不需要的东西全部予以清除，保证伸缩缝与两端连接箱梁焊接牢固。2）固定梳形板及跨缝梳形板的安装，以槽口前后两端的沥青路面为标高基准，使其顶面与路面标高一致，其中心线与桥梁中心线重合，其纵坡、横坡应与桥梁纵坡、横坡一一对应，确保梳齿板顶面纵、横向平顺度，止水橡胶带安装严密无缝，防止伸缩缝营运过程出现损害。

12 减振器、阻尼器安装

由于拉索较长，自振频率较低，在风或行车荷载的激励下易产生振动，需加以控制。根据同类工程的拉索减振研究结果，为使拉索的风/雨激振和涡激振得到抑制，本桥采用阻尼器、气动措施并用的综合减振方案。每根拉索的两端均内置阻尼器。内置阻尼器暂定为高阻尼橡胶阻尼器。外置阻尼器暂定为磁流变阻尼器，外置阻尼器根据不同的拉索角度，一般梁以上2～3 m之间。阻尼器应具备一定的强度和抗疲劳性能，使用寿命至少20 a，并且可以更换便于检查。

监理控制重点：1）外置阻尼器连接支架要有足够的刚度以保证阻尼器正常工作。2）内置阻尼器防滑落。

13 斜拉桥架设监控

1）青州航道桥和江海直达船航道桥均采用半漂浮结构体系。施工监测就是通过在施工现场设立实时测量体系，对施工过程中结构的内力、位移（线形）、索力、温度进行现场实时跟踪测量，以保证钢箱梁施工过程结构的安全及为监控计算提供实测结构参数和核校[4]。2）斜拉桥的施工监控目标是钢箱梁标高和斜拉索索力同时满足精度要求，但由于存在钢箱梁重量偏差、施工荷载、材料特性及混凝土收缩徐变效应等因素的影响，往往很难同时达到上述两项目标。

14 结语

斜拉桥属于高级超静定结构，所采用的施工方法和安装程序与成桥后的主桥线形及结构恒载内力有着密切的关系，在施工过程中必须进行严密的施工监控。

斜拉桥的施工过程是施工与设计相互反馈、逐步完善的过程，因此施工前应全面了解设计的要求和意图，编制施工组织设计，使成桥线形和内力都满足设计要求。

[1]中交一航局二公局联合体.港珠澳大桥主体工程桥梁工程CB03标段施工组织设计[R].2012.A consortium of CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.and CCCCSecond Highway Engineering Co.，Ltd.Construction organization design of CB03 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[2]广东省长大公路工程有限公司.港珠澳大桥主体工程桥梁工程CB04标段施工组织设计[R].2012.Guangdong Changda Highway Engineering Co.，Ltd.Construction organization design of CB04 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[3] 石静，张春，白明臣，等.斜拉桥缆索施工技术[J].北方交通，2008（5）：157-159.SHI Jing，ZHANG Chun，BAI Ming-chen，et al.Techniques for construction of cablestayed bridges’cable[J].Northern Communications，2008（5）：157-159.

[4] 韩啸.基于增量法对混凝土结构徐变的监测研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.HANXiao.The structure monitoring research for the creep of concrete based on increment[D].Wuhan：Wuhan University of Technology，2006.