1、工程概況
東海大橋位于上海南匯區(qū)蘆潮港鎮(zhèn)客運(yùn)碼頭往東4 km南匯咀處，跨越杭州灣北部海域，直達(dá)浙江省的小洋山島，全長(zhǎng)32．7 km，是上海洋山深水港一期工程的重要組成部分。
東海大橋淺海段現(xiàn)澆箱梁施工區(qū)域包括陸上段、灘涂段和海上段，跨越新大堤，海上段水深為0～10 m，灘涂段長(zhǎng)約150 m，包含雜草區(qū)和防浪堤，地形條件復(fù)雜（見(jiàn)圖1）。該箱梁的施工若采用傳統(tǒng)的滿堂落地式支架和支承樁支架無(wú)法滿足施工工況的要求，而如采用預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)形式，則施工船舶因水深影響無(wú)法進(jìn)入施工區(qū)域。經(jīng)反復(fù)論證，淺海段連續(xù)箱梁施工采用了滑動(dòng)模板支架系統(tǒng)，即造橋機(jī)施工。
該區(qū)域受氣象和水文影響較大，每年受臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)影響時(shí)間長(zhǎng)。根據(jù)氣象水文特征，淺海段年平均可施工日僅為270d。淺海段橋梁設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁，分左右兩幅，共計(jì)52跨，包括五跨一聯(lián)和七跨一聯(lián)兩種形式，跨度有42．6m和50m兩種，全長(zhǎng)1．25 km。箱梁標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬
15．25 m，底板寬7．25 m，高3 m，設(shè)有3%的縱坡和2%的雙向橫坡，并設(shè)有豎曲線和半徑3000m的圓曲線。根據(jù)工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100a的要求采用了高性能C50海工混凝土。
2、造橋機(jī)特點(diǎn)、選型及工藝原理
2．1 造橋機(jī)特點(diǎn)
造橋機(jī)即滑動(dòng)模板支架系統(tǒng)， 簡(jiǎn)稱MSS（Movable Scafolding System）。它是根據(jù)現(xiàn)澆箱梁的跨徑、結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)加工的逐孑L澆注的整體移動(dòng)支架系統(tǒng)。其操作高效簡(jiǎn)易、施工周期短、適用性廣泛，大大節(jié)約了施工成本。它可用于建造高速公路高架橋、城市立交高架及跨海大橋的引橋配孑L等。但造橋機(jī)也有其缺點(diǎn)，如設(shè)備龐大，使用過(guò)程中會(huì)有變形產(chǎn)生，而且跨度越大其變形撓曲也越大等。
2．2選型
根據(jù)受力主梁相對(duì)于橋梁的相對(duì)位置，受力主梁位于橋梁上方的稱為上行式造橋機(jī)，受力主梁位于橋梁下方的稱為下行式造橋機(jī)。由于上行式造橋機(jī)設(shè)備處于橋梁上方，總體高度較大，抗風(fēng)穩(wěn)定性較差，而該工程所處區(qū)域?yàn)楹贾轂潮辈亢Ｓ?，受季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)影響大，對(duì)支架系統(tǒng)的抗風(fēng)要求極高；同時(shí)該工程為雙幅橋，左右幅箱梁凈距較小，對(duì)于上行式造橋機(jī)，當(dāng)施工后行幅箱梁時(shí)因受先行幅箱梁結(jié)構(gòu)的影響，無(wú)法打開(kāi)推進(jìn)，故此，該工程淺海段現(xiàn)澆連續(xù)箱梁采用了下行式造橋機(jī)施工。下行式造橋機(jī)由主梁、前后鼻梁、橫梁、推進(jìn)臺(tái)車、支撐托架、外模、內(nèi)模、后門型吊架、平臺(tái)及爬梯等主要構(gòu)件組成（見(jiàn)圖2）。
2．3 下行式造橋機(jī)工藝原理
整個(gè)移動(dòng)支架系統(tǒng)于橋中心線分為兩部分，分別支撐于安裝在立柱兩側(cè)的支撐托架上，支撐托架利用承臺(tái)作為支撐點(diǎn)。模板系統(tǒng)與主梁連為一體，系統(tǒng)自重及施工荷載由主梁承擔(dān)。大于兩倍跨徑的滑動(dòng)軌道及先進(jìn)的液壓設(shè)備可以使整個(gè)系統(tǒng)在兩孑L梁之間移動(dòng)，移動(dòng)前系統(tǒng)由橋中心線分開(kāi)，使得系統(tǒng)能順利通過(guò)墩身（見(jiàn)圖3）。
3、施工工藝流程
當(dāng)施工起始跨箱梁時(shí)，支架系統(tǒng)前后點(diǎn)分別用千斤頂支于支撐托架上；當(dāng)施工標(biāo)準(zhǔn)跨時(shí)，其前點(diǎn)用千斤頂支于支撐托架上，后點(diǎn)利用門型吊通過(guò)高強(qiáng)鋼筋吊起主梁，支于已澆梁段腹板上。以標(biāo)準(zhǔn)跨箱梁施工為例，施工順序如下：
?。?）拆前一跨橋墩上支撐托架至下一跨橋墩上安裝。
?。?）兩片主梁通過(guò)千斤頂落下至推進(jìn)臺(tái)車，拆除橫梁連接螺栓及底模連接鋼筋。
?。?）支架系統(tǒng)橫移打開(kāi)，直至兩側(cè)底模能順利通過(guò)墩身。
（4）利用推進(jìn)臺(tái)車上液壓千斤頂將造橋機(jī)縱向推進(jìn)至下一跨。
（5）支架系統(tǒng)兩側(cè)向橋中心線橫移合攏，上緊橫梁連接螺栓。
（6）后門型吊就位，千斤頂頂升主梁，通過(guò)千斤頂調(diào)節(jié)絲桿調(diào)整模板標(biāo)高及預(yù)拱度。
?。?）布預(yù)應(yīng)力鋼束、扎鐵、內(nèi)模安裝，澆注箱梁混凝土。
?。?）箱梁混凝土收水、養(yǎng)護(hù)等。
?。?）預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、壓漿。
4、施工關(guān)鍵技術(shù)
4．1造橋機(jī)變形撓曲特征確定
該工程首次采用了下行式造橋機(jī)施工50m跨現(xiàn)澆箱梁，箱梁高3m，寬15．25m，設(shè)有3%的縱坡和2%的橫坡，并設(shè)有曲率半徑3000m的圓曲線，每跨箱梁自重達(dá)1 350 t。箱梁自重以及施工機(jī)械等重量是由造橋機(jī)來(lái)承受的，混凝土澆筑的過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)造橋機(jī)加載的過(guò)程，也是造橋機(jī)受力變形的過(guò)程，為了使箱梁線型滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)盡量控制裂縫的產(chǎn)生，造橋機(jī)使用前需確定合理的模板預(yù)拱度值以及箱梁混凝土澆筑順序。
4．1．1堆載試驗(yàn)
為確定造橋機(jī)剛度、穩(wěn)定性及撓度等各項(xiàng)技術(shù)性能，造橋機(jī)在安裝后應(yīng)進(jìn)行原位模擬堆載試驗(yàn)。根據(jù)各斷面混凝土自身荷載，采用編織袋裝土或砂在造橋機(jī)外模上作等條件堆載試驗(yàn)，并模擬澆筑混凝土順序進(jìn)行一次性堆載。在堆載過(guò)程中觀測(cè)造橋機(jī)撓度變化情況，得出造橋機(jī)基本變形參數(shù)。
在堆載實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，造橋機(jī)就位后，分別在造橋機(jī)的主梁、底模、橫梁、翼板等部位布置觀測(cè)點(diǎn)。
?。?）在堆載試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初讀數(shù)并記錄。
（2）在堆載過(guò)程中每天安排一次讀數(shù)，并確保堆載結(jié)束有一次觀測(cè)數(shù)據(jù)。
（3）在堆載結(jié)束后持載連續(xù)觀測(cè)3d并記錄。
?。?）當(dāng)造橋機(jī)沉降達(dá)到穩(wěn)定，觀測(cè)值變化不大時(shí)可以進(jìn)行卸載。卸載后再進(jìn)行一次讀數(shù)。
4．1．2模板預(yù)拱度
為了保證混凝土澆筑完畢后箱梁線型滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)置在橫梁上的絲桿螺栓對(duì)造橋機(jī)底模給予與變形的相反方向施加預(yù)拱值，來(lái)抵消由于現(xiàn)澆箱梁施工過(guò)程中產(chǎn)生的撓度。首先根據(jù)堆載試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)42．6m跨進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，建立三維數(shù)值模型，對(duì)造橋機(jī)的總體剛度進(jìn)行評(píng)估。在完善計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，再對(duì)50m跨箱梁施工過(guò)程中造橋機(jī)變形撓曲情況預(yù)測(cè)分析，確
定合理的造橋機(jī)底模預(yù)拱度值。
簡(jiǎn)支梁在線荷載作用下，撓度（f）與跨度（L）的4次方成正比，與梁的剛度（EI）成反比（見(jiàn)下式）。
q（x）：任意位置的作用在簡(jiǎn)支梁上的線荷載假如通過(guò)增大主梁的剛度來(lái)克服此撓度，則跨度從42．6m增至50m時(shí)，剛度需增加2倍。也就是說(shuō)，通過(guò)增加剛度來(lái)減小主梁的撓度顯然是不經(jīng)濟(jì)的，而且不可能完全克服主梁的撓度。為此，通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)置在橫梁上的絲桿螺栓對(duì)造橋機(jī)給予與變形的相反方向施加預(yù)拱值，來(lái)抵消由于現(xiàn)澆混凝土箱梁施工過(guò)程中產(chǎn)生的撓度。
4．1．3 混凝土澆筑時(shí)間及順序
在箱梁混凝土澆筑過(guò)程中造橋機(jī)會(huì)產(chǎn)生撓度，不同的混凝土澆筑順序?qū)τ谠鞓驒C(jī)在施工過(guò)程中各位置產(chǎn)生的撓度也不一樣。為了盡量減少在澆筑過(guò)程中造橋機(jī)撓度的變化量，需確定一種混凝土的澆筑次序，以使箱梁在澆筑過(guò)程中不至于因變形撓曲太大而產(chǎn)生裂縫（見(jiàn)圖4）。同時(shí)，對(duì)混凝土澆筑時(shí)間需嚴(yán)格控制，因?yàn)楫?dāng)混凝土到達(dá)初凝階段時(shí)，其對(duì)任何細(xì)微的撓曲變形都是極其敏感的，如果這時(shí)變形繼續(xù)發(fā)展，一旦超過(guò)可以承受的程度，裂縫就產(chǎn)生了，為此需在混凝土初凝前將箱梁混凝土澆筑完畢。
通過(guò)對(duì)造橋機(jī)在實(shí)際施工前的堆載試驗(yàn)?zāi)M和理論分析，初步確定了不同跨度現(xiàn)澆箱梁的現(xiàn)澆施工順序和變形撓曲預(yù)拱值，并且通過(guò)與對(duì)實(shí)際施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)實(shí)際現(xiàn)澆施工順序和預(yù)拱值進(jìn)行了論證和進(jìn)一步完善。最終形成了造橋機(jī)在施工過(guò)程中的最佳混凝土澆筑順序與預(yù)拱值，結(jié)果如下：
（1）造橋機(jī)在使用過(guò)程中混凝土的澆筑順序?yàn)椋簶蛄簷M截面澆筑順序：由橋梁中心線開(kāi)始對(duì)稱澆筑，先澆筑底板，然后澆筑兩側(cè)腹板，最后澆筑頂板。橋梁縱向澆筑順序：澆筑從前端墩柱開(kāi)始，兩邊對(duì)稱澆筑（墩柱兩側(cè)各10 m，前段懸臂段完成），完成對(duì)稱澆筑后，向已完成橋跨方向分段澆注直至完成（見(jiàn)圖4）。
?。?）造橋機(jī)在使用過(guò)程中各個(gè)位置的預(yù)拱值為表1所列。42．6m跨造橋機(jī)跨中位置預(yù)拱值為90mm，50m標(biāo)準(zhǔn)跨造橋機(jī)跨中位置預(yù)拱值為140mm
?。?）通過(guò)上述確定的施工順序和設(shè)定的預(yù)拱值對(duì)現(xiàn)澆箱梁進(jìn)行施工，不僅有效地控制了箱梁現(xiàn)澆施工過(guò)程中以及施工結(jié)束后的變形，而且，施工完成后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有害裂縫的存在，滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明：該工程采取的施工方法和研究方向切合實(shí)際，效果是顯而易見(jiàn)的。
4．2海上抗風(fēng)措施
該工程是下行式造橋機(jī)在海上首次應(yīng)用，由于海上施工的特殊性，受季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)影響較大，對(duì)造橋機(jī)抗風(fēng)穩(wěn)定性提出了很高的要求。造橋機(jī)在海上正常推進(jìn)風(fēng)速限制為
，澆筑混凝土?xí)r風(fēng)速限制為
，當(dāng)風(fēng)速
時(shí)，造橋機(jī)必須采取安全加固措施。即在靠立柱側(cè)的橫梁上安裝抗風(fēng)防震頂撐桿，共4根，每個(gè)立柱側(cè)布設(shè)2根，安裝后將頂撐桿固定在立柱兩側(cè)，使造橋機(jī)與兩側(cè)立柱連成整體，共同承受風(fēng)速、地震荷載（見(jiàn)圖5）。
4．3 高性能海工混凝土配置技術(shù)
有著較高含鹽量的海水及海風(fēng)是破壞混凝土因素的主要載體。高性能海工混凝土的耐久性根本上取決于混凝土的抗?jié)B透性。因此混凝土配合材料中的外加劑及摻合料的選用最為關(guān)鍵。
東海大橋C50淺海段箱梁高性能海工混凝土配方設(shè)計(jì)主要取決于水膠比、膠凝材料中復(fù)合礦物摻合料的摻量及混凝土外加劑的適宜摻量。海工高性能混凝土由于摻加了大量的礦物摻合料早期強(qiáng)度的發(fā)展較緩慢，早期彈模也達(dá)不到工藝要求，鑒于此，我們從下列幾方面做了調(diào)整：
?。?）外加劑的緩凝組分及其摻量被限制在一定的范圍之內(nèi)，既滿足混凝土施工工藝的要求，又兼顧其對(duì)早期混凝土力學(xué)性能的影響。
（2）調(diào)整漿體用量，提高混凝土彈性模量。雖然大量礦物摻合料的摻入在一定程度上制約了混凝土早期強(qiáng)度的增長(zhǎng)，但通過(guò)適量外加劑的摻人，達(dá)到了促進(jìn)混凝土早強(qiáng)的效果，同時(shí)保證了高性能海工混凝土耐久、耐磨性能。
4．4造橋機(jī)海上施工蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)
該工程采用的聚氨酯硬泡材料由組合聚醚和異氰酸酯組成（俗稱A、B料），A料是由聚醚多元醇、泡沫穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑、復(fù)合催化劑配制而成：B料為進(jìn)口多元醇多甲基異氰酸酯（MDI）。采用現(xiàn)場(chǎng)噴涂工藝施工，保溫層厚3cm。采用聚氨酯作為外模保溫層不但達(dá)到了蒸養(yǎng)過(guò)程中保溫的效果，而且具有方便施工和優(yōu)良的密封性能，這也給海上現(xiàn)澆箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)施工創(chuàng)造了有利的前提條件。
4．4．1 噴涂外模保溫層
該工程采用造橋機(jī)施工，為保證造橋機(jī)外模的保溫性，在造橋機(jī)外模上噴涂了3 村民厚聚氨酯塑料保溫層。從實(shí)際效果來(lái)看，該保溫層保溫效果較好，蒸養(yǎng)過(guò)程中造橋機(jī)外模的溫度基本保持在25℃。造橋機(jī)外模保溫層見(jiàn)圖6。
4．4．2排設(shè)蒸汽管
標(biāo)準(zhǔn)段箱孔由橋墩橫梁處分為40m段和懸臂10 m段。為了能更有效地控制溫度升降，在兩段箱孔內(nèi)分別排設(shè)兩根蒸汽總管，且橫梁人孔洞同時(shí)要封閉。蒸汽管布置如圖7所示。
橋表面兩側(cè)沿橋縱向排設(shè)兩根蒸汽總管，后在總管上沿橋橫向交叉均布魚刺形支管，且在每根支管與總管連接處設(shè)蒸汽調(diào)節(jié)閥。蒸汽總管直徑13cm，橋面支管直徑4cm，支管上開(kāi)設(shè)噴氣孔，為保證噴氣均勻性，開(kāi)孔的間距應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)噴氣試驗(yàn)由疏到密開(kāi)設(shè)。為避免因蒸汽直接噴射至梁體局部而使局部升溫過(guò)快，蒸汽管應(yīng)離開(kāi)混凝土面30cm，橋表面支管噴氣方向應(yīng)水平。
4．4．3安裝蒸養(yǎng)棚
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，蒸汽養(yǎng)護(hù)采用棚罩法。40m箱孔段因兩側(cè)橫梁分割，該段保溫性較好，而懸臂10m段及橋表面受海上氣候影響，保溫性較差，為此在橋表面搭設(shè)一蒸養(yǎng)棚。為了使蒸養(yǎng)棚內(nèi)蒸汽充分對(duì)流，溫度均衡，但又不會(huì)形成蒸養(yǎng)棚內(nèi)上下溫差較大，浪費(fèi)熱能，故蒸養(yǎng)棚高度應(yīng)在0．6～1m之內(nèi)。蒸養(yǎng)棚四周用泡沫塑料絕熱層封閉，外面覆蓋蓬布，蓬布周邊與造橋機(jī)外模緊密連接，形成密閉氣室。
4．5 造橋機(jī)施工管理
因造橋機(jī)為大型設(shè)備，且在海上施工，現(xiàn)場(chǎng)施工條件相當(dāng)復(fù)雜，施工難度很大。為了保證施工質(zhì)量、設(shè)備及人員安全，造橋機(jī)管理操作必須組織一支素質(zhì)較高的專業(yè)隊(duì)伍，并要對(duì)每一名操作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，全面了解造橋機(jī)的性能。設(shè)備操作前由技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)造橋機(jī)操作人員作詳細(xì)技術(shù)交底，現(xiàn)場(chǎng)操作必須嚴(yán)格按照規(guī)范程序進(jìn)行，并要聽(tīng)從統(tǒng)一指揮，如在造橋機(jī)施工過(guò)程中有任何未知的事件發(fā)生，設(shè)備操作必須立即停止，在查明原因并解決問(wèn)題后才可繼續(xù)施工，造橋機(jī)施工質(zhì)量管理人員職責(zé)見(jiàn)表2所列。
5、工程應(yīng)用效果
東海大橋淺海段箱梁工程采用兩臺(tái)下行式造橋機(jī)，在不到1 a的時(shí)間內(nèi)完成52跨箱梁，造橋機(jī)海上施工50m跨箱梁平均周期達(dá)到12d，最短只有11d，其中上行線橋梁于2004年10月11日貫通，率先實(shí)現(xiàn)了東海大橋標(biāo)段間的合攏，為其他標(biāo)段的施工提供了很大的便利條件。下行式造橋機(jī)工藝在該工程的成功應(yīng)用，不僅解決了淺海段的施工難點(diǎn)，而且提前完成了工期，保證了箱梁的施工質(zhì)量，取得了重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
圖8為50 m跨箱梁下行式造橋機(jī)施工周期流程圖：
6、結(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步穩(wěn)健發(fā)展，跨海大橋和城市高架道路的建設(shè)市場(chǎng)將不斷壯大，建設(shè)規(guī)模也越趨龐大。其中跨海、跨河、跨山谷、跨軟土地基等復(fù)雜條件下的橋梁工程建設(shè)將會(huì)大量涌現(xiàn)，特別是跨海大橋的建設(shè)將越來(lái)越多。由于造橋機(jī)擁有其獨(dú)特的性能，適用性廣泛，生產(chǎn)效率高，造橋機(jī)技術(shù)將成為現(xiàn)代橋梁建設(shè)的必不可少的一種施工方法。
