聚焦道路（桥梁）
甲基丙烯酸酯树脂（MMA）
专业，专业，专业
港珠澳大桥钢结构施工概况
苏全科、谢红兵
(港珠澳大桥管理局)
摘要：为超长跨海钢结构桥梁建设提供借鉴，回顾港珠澳大桥建设实践，介绍大桥建设约束、建设目标与理念，以及大桥景观设计，阐述超长钢结构桥梁选型主要考虑因素：抗震性能、耐久性、可施工性、结构维护和环境保护。关于钢箱梁设计，介绍了单座大悬臂钢箱梁正交各向异性板疲劳设计要点、参数优化结果、疲劳细部构造及足尺模型疲劳试验，并介绍了采用调谐质量阻尼器处理主梁涡激振动的方法。关于施工质量管理，在全过程质量保证/质量控制（QA/QC）技术要求、质量控制与验收标准的基础上，介绍了多项专项产品的技术管理。 多项标准首次使用（如不锈钢钢筋、桥梁检测车等），可为我国行业标准的建立和完善提供借鉴。本文介绍了钢结构制造过程中加工、生产、焊接、检测等涉及的新技术、新工艺，这些要求可以提高生产效率，改善工人工作环境，消除人为误差，提高制造精度，保证钢结构质量的稳定性。在海上吊装方面，重点介绍了三座斜拉桥钢塔吊装技术。在防护涂层及养护方面，重点介绍了挥发性有机化合物（VOC）含量限值、钢箱梁内外防护等环保性能指标。回顾分析表明，港珠澳大桥“四化”要求促进了钢结构各施工环节的技术创新，机械化、自动化、信息化技术的应用，提升了我国桥梁钢结构加工企业整体生产能力和管理水平； 海上装配式施工推动了大型海洋装备的研发应用和吊装方式的革新，成功经验为海上工程的设计、施工开辟了新途径；钢桥面铺装方案的效果还有待实践检验。
关键词：桥梁工程；港珠澳大桥；综述；钢箱梁；正交异性板；钢桥面铺装；质量保证
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6 钢结构制作
港珠澳大桥钢结构总用量巨大，其中钢箱梁制造（含相应索塔钢结构制造）分为两个标段，分别约18万吨和16万吨，合同期3年。近期建成的美国加州旧金山海湾大桥，钢结构总用量超过4万吨，制造时间约4年；香港昂船洲大桥，钢结构总用量超过3万吨，制造时间约3年。3年的工作量相当于国际同类钢结构制造项目16至18年的工作量。如何按时、保质、保量完成钢结构制造，达到建设目标要求的世界一流质量水平，是港珠澳大桥面临的一大巨大挑战。
传统钢桥面加工、组焊多为半自动化、手工操作，质量控制风险大、效率低。为满足“四化”总体建设理念，保证其长寿命、高质量要求，钢结构制造中最基本的板单元生产，特别是正交异性钢桥面，采用自动化、信息化生产势在必行。港珠澳大桥总共约有40万吨板单元需要制造，同类构件数量多，设计标准化程度高，也非常适合自动化生产。
近年来，我国钢结构制造行业通过新工艺研发、新设备配套、制造全过程精细化管理，积极提升生产能力和质量，新设备包括U肋加工流水线、U肋自动组立机、U肋多头龙门焊接系统、机器人焊接系统等世界一流的智能化生产设备。材料加工、焊接自动化、先进的质检技术及新生产工艺主要包括：数控切割机自动打标、板单元切割；宽板单元工艺、大板工艺、无损制造工艺；U肋边部、坡口机械化自动化加工技术；U肋焊接大型自动化焊接机器人流水线系统（图7）；立对接焊缝、爬坡焊缝全自动小型焊接机器人的应用；焊接数据信息化管理；防变形无码组立焊接、无损升降翻转技术，减少码板对母材的损伤；U肋角焊缝相控阵超声波检测技术等。
招标技术规范还要求港珠澳大桥钢结构总装、涂装等工作在车间内进行。这些理念都是为了提高生产效率，最大程度改善工人的工作环境，消除人为误差，提高制造精度，确保钢结构质量的稳定性。目前，项目板块单元制造已完成，超声相控阵检测结果显示，各节段正交各向异性板U肋及顶板角焊缝熔深合格率均达到99.9%以上。
7海上安装
港珠澳大桥采用标准化工厂流水线生产和大节段拼装，将大量现场施工转化为工厂化制造，大大减少了现场作业时间，缩短了施工工期；但与此同时，大型结构件的现场安装也增加了施工的难度和挑战，需要采用更加现代化的大型起重设备、大型陆上和海上转运设施、更加精细化的施工规划和运营管理，以及风险控制和安全保障措施。
钢箱梁采用浮吊安装，现场按跨调整、焊接，接头位于钢梁拐点附近，起重重量（不含起重设备）大多在1600t~2900t，采用大吨位浮吊进行吊装（4000、3200、2200t）或吊装。桥梁工程最大钢梁吊装质量约3500t（不含起重设备）。跨越油气管道是本工程大截面吊装最大的安全风险点（图8）。
安装精度通过工厂车间试装、现场调配实现，采用全过程施工监控，对施工制造误差进行不同阶段的控制和调整，避免安装过程中误差的积累。如前所述，全桥采用隔震支座体系，隔震支座能否在安装现场轻松实现预偏调整，对保证结构的抗震安全性至关重要。
由于澳门机场高度限制，九洲航道桥主塔上部塔柱安装采用创新的整体提升竖转方案，施工分为两步，先利用大型浮吊将长约70m、质量1000t的上部塔柱整体吊装至桥梁滑道上；再利用塔身两侧搭建的临时吊架进行提升滑转，完成整体竖转（图9）。
江海直达船道桥主塔包括吊装设备总质量约3100吨，长105米，采用海上浮吊[9]方式吊装转体就位安装（图10）。缺乏成熟经验是该项目吊装的最大难点，施工依靠完善的土建施工组织设计和全面的作业演练模拟，制定了较为详细的作业规程、控制监测方案、实施细则和风险控制措施。
青州海峡大桥塔“中国结”钢横撑高约50m，重约450t，采用塔吊分五节拼装（图11）。结撑四端与混凝土塔柱连接，塔内预埋件采用高空焊接，其余节段接头采用螺栓连接。结型支撑钢结构与混凝土塔柱要求精密配合，难度极大，这也是国内首次高空拼装。
港珠澳大桥附近水域航线纵横交错，船舶往来繁忙，交通复杂。大桥建设导致桥区附近工程船舶大量增加，增加了通航风险。大型桥梁构件运输、临时航道转换等特殊作业，使交通组织和管控更加复杂。港珠澳大桥与交通运输部海事局合作，为本项目建设了完善的海上安全管理体系，此体系的成功实施，为上述大型吊装作业保驾护航。
8 防护涂层与维护
港珠澳大桥钢结构涂装面积约580万m2，涂料用量约390万L。钢结构涂装体系对于钢结构防止生锈腐蚀，保证其承载能力、使用功能和耐久性至关重要。综合考虑安装施工质量的可控性、现场维护补涂的方便性、涂层的长效性以及全寿命周期的成本，采用与C5-M海洋环境相匹配的环氧富锌底漆+环氧云铁中涂+氟碳面漆重防腐复合涂装体系作为钢结构外表面涂装，总膜厚380μm。钢箱梁采用较低膜厚涂装，并设置除湿系统，保证钢箱梁内部空气相对湿度小于50%。
考虑到涂料中有害物质对施工人员健康及海洋生物可能造成的危害，基于我国涂料技术现状和日益严格的环保要求，并参考国内外尤其是香港地区的技术指标和法规，三地的建设标准均“上不去，下不去”。按照“尽可能低”的原则，港珠澳大桥使用的涂料产品，除常规技术指标外，还增加了VOC含量限量、游离六亚甲基二异氰酸酯/甲苯二异氰酸酯(HDI/TDI)含量(质量分数，下同)和有害物质含量限量等三项环保性能指标(表1)，努力推动我国桥梁建设领域使用环保型涂料[10]。
表1 涂料产品环境性能技术指标
港珠澳大桥跨海距离长，结构长期处于高温、高湿海洋腐蚀环境，桥梁检测养护工作量大、难度大，为此在设计之初就桥梁涂装与养护设施结合问题进行了专门研究，配备了较为完善的钢箱梁进出箱检测车体系（图12）。出箱检测车为钢箱梁补漆提供了解决方案，具有自动旋转过墩、伸缩臂过桥等功能。港珠澳大桥共配置进箱养护车28辆、出箱养护车34辆，具备养护车位置查询、蓄电池智能管理功能，方便后续养护管理。
9 钢桥面铺装
由于与气候、环境、交通条件等密切相关，世界上大多数国家和地区都有自己首选的钢桥面铺装类型。正交异性板钢箱梁在中国桥梁中的应用相对较晚。世界上一些典型的桥梁铺装类型在中国大陆可以找到桥梁实例，但性能可能不尽如人意或仍需时间检验。钢桥面铺装一直是桥梁建设者的难题。其规模庞大，占地面积超过5万m2，地处温暖湿润的亚热带海洋季风气候区，情况进一步复杂化。
上述钢箱梁断面设计已考虑加强正交异性钢桥面刚度，以减小车辆轮荷载直接作用下桥面局部变形对桥面铺装层的影响。香港的气候、交通情况类似，香港青马大桥采用的英国浇注沥青玛蹄脂（MA）铺装，已成功运营16年（至2013年）无大修。船舶岛大桥的桥梁铺装实践，港珠澳大桥拟采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）防水粘结层+港珠澳浇注沥青（GMA）+沥青玛蹄脂（SMA）铺装方案，总厚度7cm。GMA表示，考虑到工效因素，应采用德国浇注沥青（GA）一次性搅拌工艺施工MA。 当然，大面积路面施工质量控制的灵敏度、修复和重新铺设的便利性也是方案选择的重要考虑因素。
在桥面铺装方案设计阶段，在室内研究的基础上，在中山进行了足尺钢箱梁模型桥面铺装加速加载试验[11]（图13），对比了高温稳定性和低温疲劳试验。试验结果表明，GMA+SMA方案各方面性能均能达到甚至超过MA+SMA，能够满足港珠澳大桥15年设计使用寿命的要求。
目前，项目承建方已按照加速荷载试验确定的混合料技术指标及施工要求，完成了GMA的生产配合比设计和试验段摊铺，各项技术指标及施工性能均达到设计要求钢结构防腐防锈，桥面铺装将于2016年底正式开始路面施工。当然，桥面铺装施工大胆尝试了技术创新，采用MA骨料配比并按GA工艺进行拌合。相关实际效果还有待时间的检验。
10 结论
为实现建设目标，港珠澳大桥管理局选用国际一流的设计、咨询和施工团队，建立各级协调管理制度和审查机制，借鉴国际标准，制定工程技术规范和验收标准，在项目管理、先进施工技术应用、工艺创新等方面做了大量卓有成效的努力。相关经验和成果总结如下：
（1）钢箱梁生产标准化、工厂化、规模化的要求，促进了钢结构施工各个环节的技术创新；机械化、自动化、信息化技术的应用，提高了我国桥梁钢结构加工企业整体生产能力和质量管理水平。
（2）海上组装建造推动了大型海洋装备的研发应用和吊装方式的创新，成功的经验为海洋工程的设计和建造开辟了新的道路。
（3）借鉴国内外相关经验和规范，结合港珠澳大桥工程特点，编制了钢箱梁加工、制造、安装技术规范、质量验收标准，以及一系列桥梁产品和材料的技术要求，使全过程控制理念得到有效落实。
（4）为用户提供优质服务，不仅体现在设计水准、建设品质钢结构防腐防锈，也包括后续运维体系的规划，包括三地跨境一体化运维政策的规划和有效实施。相关工作仍在进行中。
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