70 m PC整孔预制箱梁施工关键技术分析

王 通，王毓晋，宋 杰，吴方钰

(1. 浙江舟山北向大通道有限公司,浙江舟山 316000;2. 中铁大桥局集团第二工程有限公司,江苏南京 210015;3. 浙江大学建筑工程学院, 浙江杭州 310058)

跨海桥梁属于特大型桥梁集群，规模大，技术含量高，如港珠澳大桥、杭州湾跨海大桥，这些桥梁的建成方便了人民出行、助推了当地经济。非通航孔桥作为跨海桥梁的重要组成部分，面临距离长、曲线长特点，面临恶劣海况，施工难度极大、周期长、项目投资规模受限等挑战。借鉴国内跨海桥梁施工经验，对大型箱梁预制、出运、安装等施工工艺进行深入研究，形成适用于跨海大桥非通航孔桥的合理工程方案，为类似项目提供借鉴[1-2]。

1 工程概况

宁波舟山港主通道项目70 m PC非通航孔桥总长12.320 km，箱梁采用C55海工混凝土，上部结构为双幅、单箱单室斜腹板预应力混凝土箱梁，采用纵横向双向预应力体系。箱梁顶板宽12.55 m，底板宽5.5 m，底板水平通过两侧腹板高度不同形成桥面2%横坡(见图1)。箱梁中心线处梁高4.0 m，高跨比为1∶17.5。标准联长5跨一联，采用先简支后连续结构形式，通过在墩顶设置湿接头实现连续，墩顶湿接头宽度90 cm。每片箱梁自重1 850 t，总共370片箱梁。

图1 箱梁标准横断面图Fig 1 Standard cross-section of box girder

2 70 m PC箱梁预制及场内转运技术研究

2.1 预制场建设

金塘预制场面积共20.67万m2，借助BIM手段对预制场功能区合理划分，设有制墩区、存墩区、制梁区、存梁区、砼生产区、钢筋加工车间、设备维修存放区、生活办公区等。预制场内设制梁台座6座，存梁台座19座，预制场一次可放34片箱梁。预制场BIM模型(见图2)，箱梁预制、运输及安装总体工艺流程图见图3。事实表明，BIM技术提升指导了预制场建设质量与功效。

图2 金塘预制场BIM模型图Fig 2 BIM model diagram of Jintang prefabrication field

图3 箱梁预制、运输及安装总体工艺流程图Fig 3 Overall process flow chart for prefabrication, transportation and installation of box girder

2.2 整孔预制难点分析

前期调研了东海大桥、金塘大桥等国内类似工程，在此基础上对钢筋模块化生产、内模滑移式设计、自动喷淋养护技术、优化海工砼配合比重点攻关，提高了箱梁预制工效[3]。箱梁预应力分3次张拉，1期纵向预应力张拉在制梁台座上进行，2期是在海上施工(场内存放3个月)，3期为湿接缝合龙束张拉。图4为移动式厂房立面图。

图4 移动式厂房立面图Fig 4 Mobile building elevation

箱梁预制线形对于成桥线形控制尤为重要。建立5 m×70 m标准联的有限元模型(见图5)，经计算可知成桥初期(施加2期恒载后)未设置反拱前边跨跨中位移为18.5 mm，中跨成桥初期跨中位移为22.4 mm。本文分别取20%、40%、60%、80%、100%跨中累计挠度作为反拱值(见表1)。由表1数据可知，当取箱梁跨中累计挠度的60%来设置反拱度，即边跨跨中设置2.8 mm反拱度，中跨跨中设置7.3 mm反拱度，可满足结构运营阶段桥面处于上拱状态，成桥状态有15 mm拱度的线形控制目标[4-5]。为保证整体线形平顺，利用二次抛物线进行拟合，得到边跨、中跨反拱值设置曲线(见图6)。

图5 5 m×70 m箱梁有限元计算模型Fig 5 Finite element calculation model of 5 m×70 m box girder

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

跨中累计挠度比例/%中跨跨中边跨跨中反拱度成桥初期位移运营状态位移反拱度成桥初期位移运营状态中位移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

图6 边跨、中跨反拱值设置曲线Fig 6 Setting curve of inverted arch value of side span and middle span

2.3 场内转运技术分析

箱梁场内搬运所用吊具由动滑轮总成、吊具梁、下托梁及吊索4部分组成。利用25 t汽车吊先将下托梁吊放至箱梁吊点附近，再通过导链或小卷扬机拖拉将下托梁拖拉到箱梁吊点的梁底(见图7)。箱梁张拉1期预应力后，通过2台1 200 t通用门式起重机移运至存梁台座简支存放。1期预应力张拉完成后，由存梁台座搬运至出海码头装船(见图8)。

图7 箱梁场内搬运图Fig 7 Handling map of box girder in the field

图8 箱梁运输至驳船平面图Fig 8 Plane figure of box girder transportation to barge

3 70 m PC箱梁海上运输及安装技术研究

3.1 箱梁海上运输要求

运输选在低平潮期，金塘大桥船舶流量较小的时段进行，利用大型非自航运输驳装载，拖轮拖带的方式进行[6-7]。运输驳出运前需正确标识AIS信息，箱梁运输驶出码头(见图9)，完成编队后出发，高平潮前到达桥位处，平均航行3 h到达桥位。

3.2 箱梁安装技术难点分析

箱梁吊装选用“奋进”号2 600 t起重船及“大桥海鸥”号3 600 t起重船，其中“大桥海鸥”号起重船可满足本项目所有工况下的箱梁吊装，2 600 t浮吊整体吊装箱梁工作照(见图10)。吊具设计质量决定着箱梁安装成败，自主设计了结构简单、自重轻、易存放的下托梁结构吊具(见图11)。通过ANSYS计算分析，该吊具整体受力合理、强度、刚度及稳定性满足要求。其中连接梁、支撑梁限元分析等效应力云见图12，平衡梁有限元分析等效应力云见图13。建议定期对吊具进行焊缝的探伤检测，安装过程中应确保吊具平衡梁保持同一高度[8]。

图9 箱梁出运平面图Fig 9 Plane figure of shipment of box girder

图10 2 600 t浮吊整体吊装箱梁工作照片Fig 10 Working photo of 2 600 t floating crane integral lifting box beam

4 结论

本文重点研究了跨海桥梁非通航孔桥70 m箱梁预制、场内搬运、海上运输及安装的技术总结及创新，并成功应用于实桥，提升了项目实施进度与质量，总结得到以下结论：

(1)利用BIM手段，对预制场功能区合理划分，各功能区分界清晰，节约用地、体现工厂化、大型化、装配化作业。积极引入信息化手段，可实现海上船舶监控管理，减少船舶事故发生。

(2)优化海工混凝土配合比，采取钢筋模块化生产、内模滑移式设计、自动喷淋养护技术等方式极大的提高了箱梁预制工效。

图11 下托式梁杆吊具立面图Fig 11 Elevation of lower supporting beam hanger

图12 连接梁、支撑梁限元分析等效应力云图Fig 12 Equivalent stress cloud diagram of the connecting beam and supporting beam

图13 平衡梁有限元分析等效应力云图Fig 13 Equivalent stress cloud diagram of finite element analysis of balance beam

(3)对大跨度PC箱梁反拱值深入研究，取累计挠度的60%来设置反拱度更为合理，并建立了边跨及中跨反拱曲线函数，进一步指导施工。

(4)自主研发1 200 t通用门式起重机可适应大纵坡运梁，摆脱传统的轨道式起重机，对场地的适应性更强，提升了场内搬运的效率。

(5)合理选择运输时机，利用大型非自航运输驳装载，拖轮拖带的方式进行，做好相关的应急预案。

(6)优化吊具设计，选择了结构简单、自重轻、易存放、适用性广的下托式梁杆结构，通过ANSYS计算分析，表明吊具整体受力合理、强度、刚度及稳定性满足要求。