平潭海峡公铁两用大桥简支钢桁梁架设技术

吴侃发 钱玉山

（1.中铁大桥局集团第五工程有限公司，江西 九江 332001；2.中铁大桥局集团有限公司，湖北 武汉 430034）

平潭海峡公铁两用大桥为我国首座跨海峡公铁两用大桥，桥址海况复杂。常用江河和海湾桥梁的预制架设在此海域无法适用，需要研究一套新的预制梁架设技术用于本桥简支钢桁梁架设。

1 概述

1.1 工程概况

平潭海峡公铁两用大桥FPZQ-3 标（以下简称平潭桥）全长11149.7m，共包括18 个区。

深水高墩区引桥采用跨径80m 和88m 两种类型简支钢桁双层结合梁桥，共34 孔简支钢桁梁，其中80m 梁共26孔，88m 梁共8 孔。布置于6 个区间：①SR49～SR64#墩15 孔； ②N06～Z01# 墩6 孔； ③Z06～CX02# 墩2孔；④CX19～CX26#墩7 孔；⑤XD10～S01#墩2 孔；⑥S06～XD13#墩2 孔。全桥桥式立面图概略图如图1所示。

图1 全桥桥式立面图概略图

主梁为上弦带副桁的钢混结合结构，全宽38m，总高15m。主桁采用华伦式桁架，横向中心距（桁宽）14m，桁高13.5m，短节间9.6m，其余为9.8m。副桁设横梁和斜撑分别与主桁相应的上下节点连接，主梁横断面呈倒梯形。钢梁为全焊接结构，主结构的钢材材质采用Q370qD。上弦与公路混凝土桥面板结合、下弦横梁与铁路混凝土槽梁结合成整体。

1.2 水文、气象

平潭海峡位于福建沿海地区，平均每年6 级及以上大风天数309 天，7 级及以上大风天数226 天，8 级及以上大风天数107 天。

据2016年现场统计，全天<8 级风的天气分为41 次出现，其中15 次为1～2 天时间，基本不具备大型水上设备进出场并且完成简支钢桁梁吊装的时间；全天<7 级风的天气分为51 次出现，其中26 次为1～2 天，大于2 天以上的风力<7 级风连续时段共25 次，累计148 天；其中10—2月份季风期内风力<7 级可施工窗口期共11 次，累计27 天，去除进出场，用于吊装时间少。

2 施工难点

简支钢桁梁采用工厂整孔全焊制造，整孔船运至桥址处，采用海上大型浮吊整孔吊装。钢桁梁架设有以下难点。

（1）平潭桥海况恶劣，浮吊吊装、钢梁运输、钢梁落位等工序都采用水上设备施工，易受海况影响，且钢桁梁间隙小，吊装高度大，如何安全有效架设简支钢桁梁是施工时需解决的一大难题。

（2）平潭桥简支钢桁梁吊装次数多，工期紧，提高施工工艺对于气象、海况的适应性是需要解决的另一大难题。

（3）平潭桥简支钢桁梁分布在6 个区域，且紧邻的混凝土公路箱梁预应力张拉位置与必须于钢梁架设前施工，造成简支钢桁梁施工时存在多处合龙段架设施工。

3 施工工艺技术

80m、88m 简支钢桁梁架设施工采用3600t 浮吊整孔架设施工方案，钢桁梁在钢梁制造厂制造并拼装成整体，验收合格后，运输至桥址墩位处，利用浮吊吊装至设计墩顶处。钢桁梁初始落梁至墩顶临时垫梁及垫石组成的落梁平台上，通过墩顶三向千斤顶将钢梁调节至设计位置后，安装钢桁梁永久支座、公路桥面板、铁路槽梁。

钢桁梁架设主要施工流程：浮吊抛锚定位→钢梁运输船就位→钢桁梁挂钩、起吊→钢桁梁初步安装就位→钢桁梁精调至设计平面位置→支座安装→公路桥面板及铁路槽梁安装。

3.1 浮吊抛锚定位

钢梁架设前，选择合适的天气，在待架墩位处进行3600t浮吊抛锚定位（钢梁运输船待浮吊抛锚定位后再靠近浮吊就位），由于栈桥管桩较多，浮吊前锚应垂直穿过栈桥，确保3600t 浮吊可通过绞锚方式靠近栈桥。

3.2 钢桁梁运输船就位

钢梁在梁场制造、验收合格后，运输至桥址处等待安装。

通过实践发现，当船舶宽度小于1/2 涌浪波长时，船舶横向迎浪将会产生较大的横摇。桥址海域涌浪大于6s 的概率为72.4%，对应波长为56.1m。为此，现场配置均为船宽>28.1m 的运输船。

为避免运输船横向迎浪，可先将3600t 浮吊后移与桥轴线成45°夹角，运输船随后进场与浮吊保持垂直角度。运输船卸梁退场后，浮吊反转45°，使浮吊和栈桥垂直并带紧锚绳定位。浮吊运输船站位布置如图2所示。

图2 浮吊运输船站位布置图

3.3 钢桁梁挂钩、起吊

航道桥部分采用浮吊吊装的钢梁节段及深水高墩区简支钢桁梁桥均采用大桥海鸥号3600t 浮吊吊装架设，3600t 浮吊为双臂架吊船；每座臂架配置900t 主钩两只；主钩起升高度110m（水线面），主钩前后间距8.787m，左右间距24m，为此设计了专用吊具。单孔80m（88m）简支钢桁梁重约1360t（1550t），吊具自身重量为235t。最大墩顶标高为+57.868m，将简支钢桁梁提升至最高点时，梁底距离吊钩的高差为46.316m，可满足钢梁吊装要求，无法从正上方以落钩方式放入合龙空隙中。

由于桥址海况恶劣，浮吊和运输船、浮吊与墩顶的相对位置持续变动，吊具设计采用了绳圈与钢桁梁吊点外置绳槽连接方式，可轻松进行取梁和卸梁。

3.4 钢桁梁初步吊装、就位

应严密关注天气及海况情况，选择不少于连续3 天的可施工天气进行钢桁梁架设。

在海浪的作用下，钢桁梁在吊装时会始终处于纵横向摆动和上下起伏过程中。为确保钢桁梁顺利落梁，在墩顶布置安装临时垫梁，组成组合式落梁平台，以满足钢桁梁在平面位置偏差±50cm 内任意位置均可落梁。垫梁标高与支座垫石标高一致，垫梁顶部满铺20mm厚钢板，防止局部冲击破坏。钢梁底部采用临时垫块，并安装80mm 橡胶垫块做缓冲装置。墩顶垫梁布置如图3所示。

图3 墩顶落梁垫块1/2平面布置图

可通过在浮吊前端与钢梁挂设缆风绳来减小钢梁落梁时的偏差，待钢桁梁稳定后，通过绞动前后锚绳将浮吊沿垂直桥轴线方向缓慢移动。待钢桁梁位于桥墩正上方时停止移动，待钢桁梁晃动幅度减小满足落梁偏差后，缓慢降落浮吊钩绳，直至钢桁梁平稳落在墩顶混凝土垫梁范围内。

如果有相邻钢桁梁已架设，可预先远离已架梁段，在接近设计落梁位置时再缓慢靠近。

3.5 合龙段简支钢桁梁初步吊装、就位

由于简支钢桁梁设计纵向净距只有20cm（上弦处），且在桥面板未安装前，钢桁梁存在一定程度的上拱，净距只有7.5cm。混凝土梁与梁缝中心线距离为6cm，钢桁梁与混凝土梁净距为9.75cm。已架钢梁按设计位置就位后，合龙段钢桁梁在架设过程中很难避免对已架钢梁造成碰撞破坏，所以在架梁时通常将相临钢桁梁纵向预偏一段距离。为充分利用两段钢桁梁之间的间隙，通常先横向错开1.2m 后，再进行纵移40cm（实际值约36.5cm），如图4所示。

图4 简支钢桁梁纵向预偏平面示意图

为架梁总间隙接近100cm，需进行相邻两个梁段的预偏。全桥钢桁梁共6 个区段，且邻近混凝土梁区的钢桁梁均为后装，根据工期推演，共存在8 个后龙段吊装，共需同步投入21 套墩顶垫梁，考虑到使用次数较少，采用了混凝土块+灌浆抄垫的方式，较钢垫梁方式节约钢材1800t。

3.6 钢桁梁精调至设计平面位置

钢桁梁初步吊装就位后，将提前放置在墩顶的4 台三向千斤顶转移到垫梁上，安放在钢桁梁加劲位置的正下方进行起顶对水平位置调节。为防止千斤顶横移时不同步产生阻力，采用同步控制系统进行控制。如果钢桁梁偏离设计位置较大，可通过多次起顶反复调节，直至钢桁梁调节至设计安装位置。

3.7 支座安装

钢桁梁调至设计平面位置时，进行钢梁支座安装。支座安装过程中，采用4 个千斤顶同步顶升一定高度，以满足支座安装的需求空间。

待钢梁支座安装完成，使钢桁梁落梁至设计位置（平面位置、高程），重力全部转由墩顶临时落梁抄垫承受。

采用重力灌浆方式从支座中心部位向四周注浆，直至全部灌满为止。

3.8 公路桥面板及铁路槽梁安装

混凝土公路桥面板及铁路槽梁采用工厂预制，再吊装至钢梁上与其结合。利用70t 桥面桅杆吊机架设公路桥面板，并浇筑桥面板湿接缝与钢梁上弦结合。利用步履式架桥机安装铁路槽梁，分批浇筑铁路横梁顶面的湿接缝和张拉纵向预应力钢丝束。

可选择窗口期将公路桥面板、铁路槽梁运至待架梁区的临时码头存放，再通过栈桥运至待架梁下方架设，以避免采用运输船方式受海况影响出现断供的情况。

4 结语

根据平潭桥的海况特点，综合考虑简支钢桁梁的重量、尺寸、间隙，浮吊的平稳度和吊装条件，采用大尺寸船舶增加了在恶劣海况下的适应性，使窗口期的利用更充分；采用加大落梁区域降低了落梁初定位的准确性要求，仅需保证浮吊摆幅在±50cm 范围内便可落梁；采用相邻钢梁提前移位大大增加了合龙段钢桁梁的施工间隙，使合龙段施工在较为恶劣海况条件下也可进行。应用此技术，在2017年10月—2018年2月1 个季风期内完成了5 孔钢桁梁架设施工，2017年8月—2019年5月间完成了全部34 孔简支钢桁梁架设工作，恶劣海况下的可持续性施工为今后的海洋桥梁施工大型预制梁吊装开启了先河，为中国桥梁事业走向远洋具有深远的意义。