指以梁式桥跨作为基本结构的组合结构桥，既两种以上体系重叠后，整体结构的反力性质仍与以受弯作用负载的梁的特点相同。这类桥的特点主要表现在设计计算工作繁重，构造细节及内力复杂。采用群钉预制板连续组合梁桥可大幅降低由混凝土收缩徐变效应引起的结构次内力和混凝土拉应力；采用预应力预先导入预制混凝土板的方式可在负弯矩区混凝土板内建立较大压应力准备，大幅提高负弯矩区混凝土防开裂能力。

1 工程概况

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥孔跨布置为5×85m+8×6×85m+6×85m+5×85m双向6车道。桥梁下部结构基础采用6根钢管复合桩基础+埋置式承台，整体式布置。预制承台平面尺寸为15．6m×11．4m横桥向×顺桥向厚4．5m，四周倒圆角，采用C45混凝土，通过6个预留剪力槽采用 C45微膨胀钢筋混凝土与桩基连接。墩身采用矩形空心墩，预制部分采用 C50混凝土，现浇湿接缝采用 C50微膨胀混凝土。底节墩身和承台一起预制，墩身第一道湿接缝设置在高程+8m处，位于浪溅区以上。桥梁上部采用“开口钢箱+C60混凝土桥面板”的组合结构，通过混凝土桥面板预留孔洞与钢梁集束式剪力钉群进行组合。桥面总宽33．1m，分幅布置，两幅主梁中心距16．8m，桥梁中心线处梁缝宽0．5m，单幅桥面宽16．30m，主梁中心处梁高4．3m，桥面横坡2．5%。

施工区潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型，呈往复流运动形式。潮差有由外海向珠江口内逐渐增大的趋势。20年一遇极高潮位+2．97m，极低潮位－1．35m，属于弱潮海湾。高潮时水深5．0～7．0m，低潮时水深3．5～5．5m。海床面较平坦，高程一般在－3．0～－6．2m。

2 总体施工方案

（1）为确保预制承台的预留孔与桩顶准确对接，要求复合桩插打轴线倾斜度偏差不大于1/250，桩顶中心水平偏差不大于50mm。利用“小天鹅” 号运架双体船搭载整体导向架系统，通过船舶、导向架、调节器三次定位，实现复合桩基础钢管定位。

（2）承台+底节墩身钢筋采用先模块化绑扎再组拼的技术施工，应用大刚度自动开合模板系统进行承台墩身整体一次性浇筑。

（3）下部结构大体积海工混凝土预制构件采取超大保护层垫块，浪溅区以下墩身外层采用不锈钢钢筋、表面喷涂硅烷浸渍，承台侧面安装牺牲阳极保护等防护体系，以保障构件的120年设计寿命。

（4）利用整体安装、可分块拆卸式锁口钢套箱围堰，封底、抽水、干环境安装承台+底节墩身，实现围堰在62个墩位间重复周转使用。

（5）承台+底节墩身选择“小天鹅”号运架一体船运输，利用复合桩基础及桩顶三向调节装置实现高精度安装；墩身垂直度偏差不大于 H/3000，各截面中心位置与设计位置偏差不大于20mm。

（6）钢梁在工厂加工成板单元后，船运至中山预制场进行整孔组拼、焊接、涂装形成槽型结构；混凝土桥面板采取纵向分块、横向整幅预制；在组合台座上将槽型梁与预制桥面板进行结合形成组合梁。成品组合梁通过纵、横滑道经码头滑移出海，由“天一号”运架一体船逐片进行吊装，配切焊接连成整联后，由中间向两端逐墩顶、落梁，完成体系转换。

3 桥梁下部结构施工关键技术

3．1 复合桩钢管插打三次精确定位技术

在“小天鹅”号大型双体船舱面甲板顶面设置专用滑道，安装整体导向架。“小天鹅”号携带导向架行驶到墩位处进行抛锚初定位，误差控制在±20cm内。应用海上RTK测量方法观测并计算出导向架轴线上的平面测量控制点坐标，通过舱面甲板滑道进行导向架纵、横移，实现二次定位，导向架平面位置误差控制在±20mm内。导向架完成定位后，打设4根定位钢管桩，通过定位桩桩顶提升装置整体提升导向架脱离“小天鹅”号甲板50cm；调整导向架高程及水平度，将导向架固定在定位桩上，根据导向架控制点轴线与墩位理论的轴线差值，计算出桥墩各桩位理论的轴线位置，在导向装置顶面放样出各桩中心的纵、横轴线；利用浮吊将复合桩钢管穿入导向架孔位中，通过导向架上、下导向反复调整钢护筒平面位置及垂直度，使钢管桩平面误差精确至±5mm内。

导向架由架体和上、下导向装置组成。架体分为上、中、下3层，各层均由型钢焊接而成；架体上、中2层4个角处设导向架套管，用于定位桩插打时导向；中层架体向外延伸出两翼，可放置在“小天鹅”号甲板顶面的滑道梁上并滑动。架体上、下2层分别设置导向装置，导向装置由导环和液压调节系统组成，与架体栓接；导环由钢板焊接而成，液压调节系统由4个液压千斤顶及限位钢结构组成。

3．2 承台+底节墩身整体预制快速施工技术

承台+底节墩身整体预制时，单个墩台钢筋重约250t，浇筑混凝土约900m，成品构件最大重量2350t，承台、墩身钢筋在自动化钢筋加工车间逐根制作，验收合格后运输至预制场内进行钢筋绑扎。钢筋绑扎分成承台4层底板钢筋整体绑扎，承台剪力槽模板及剪力槽钢筋整体绑扎，承台钢筋组拼安装，墩身钢筋及内模整体绑扎等4个模块。承台钢筋组拼安装成整体后，通过横移台车横移至预制台座就位；利用墩身内模、劲性骨架、吊装钢筋作吊点，吊装墩身钢筋及内模绑扎模块，与承台钢筋组成整体。完成承台+底节墩身钢筋安装后，外侧模板合模，进行预制节段的整体浇筑。预制区共设置承台+底节墩身预制台座2个，单个预制台座平均10d可以完成1个构件预制。

承台及底节墩身预制模板由底模、内模、外模及空间桁架、液压系统、自走行机构等5个系统组成。底模在两侧滑道横移台车移运位置处设置为活动模板；内模根据结构特点分层、分块，采取散装、散拆；外侧模沿高度方向分为下部4．5m承台模板和上部12．9m墩身模板两部分，承台侧模采用“侧包底”的方式与底模相连接，墩身外侧模板采用不锈钢复合板，侧模桁架分左右两半，施工时采用 32mm精轧螺纹钢连接成整体，模板由电机驱动，自行开合，操作方便。液压系统由泵站动力系统、操作控制系统、液压管道系统及液压千斤顶系统组成。自走行机构由动力电机、主动轮及从动轮组成。

3．3 预制构件裂纹控制技术及防腐体系

承台及底节墩身整体预制节段属于大体积海工混凝土结构，混凝土强度高，胶凝材料用量多，水化热总量大，混凝土一次浇筑方量大、浇筑时间长。混凝土浇筑过程中，严格控制入模温度在5～28 ，当浇筑至承台顶部时，根据实际情况停顿约2h，在承台顶面混凝土初凝前，继续浇筑墩身混凝土至标高。承台墩身交接位置处采用附着式平板振动器与插入式振动器振捣，以确保混凝土的密实性。混凝土初凝后，立即通冷却水进行降温，确保内外温差小于25 ，混凝土的拉应力满足要求，承台、墩身外露表面覆盖土工布自动喷淋养护；模板拆除完毕后，在预制构件表面安装塑料布罩进行养护。

考虑海洋重腐蚀环境，采取的防腐措施包括：针对承台、墩身钢筋净保护层厚度分别为65mm、70mm，允许误差为0～10mm的高要求，专门制作了2种带凹槽、厚度不同的超大等强度混凝土保护层垫块，每平方米布置不少于4个。墩身竖向主筋分2层布设，外侧主筋在高程+8．0m以下采用32mm的不锈钢钢筋，并采用不锈钢钢筋连接器机械连接，接头等级为 级；外侧箍筋在高程+8．0m以下采用16mm的不锈钢钢筋，并采用直径1．2mm的柔软钢丝绑扎，其牌号与不锈钢钢筋一致。混凝土构件外表面采用异丁基三乙氧基液体硅烷浸渍，硅烷喷涂2遍，2遍喷涂间隔不小于15min。承台侧面安装牺牲阳极法阴极保护系统，保障泥下区钢管复合桩设计使用寿命。

3．4 埋置式预制承台安装及精确定位技术

钢管复合桩基础施工完后，进行基坑开挖，做围堰安装准备。围堰采用无内支撑结构的双壁钢套箱围堰，壁仓厚0．75m，高23．2m，设计成可拆装式结构，平面分为8块，各分块之间采用榫头式锁口与螺栓组合的连接方式连接。围堰在工厂分块加工，组拼成整体吊运至墩位处，起吊围堰，通过复合桩钢管上设置的固定双层导向结构调节围堰的平面位置与垂直度，利用自重+压水下放围堰至安装高程。围堰内吸泥至设计高程后，用挖泥船向围堰内抓砂，水密实后，封底、抽水、桩头处理，布置桩顶支撑系统，干环境下安装预制承台及底节墩身。

承台及底节墩身预制构件由“小天鹅”号利用4根角桩预留孔洞口的吊挂扁担进行起吊运输，构件吊运至墩位后，“小天鹅”号抛锚定位，精度控制在15cm以内后，下放构件进入围堰内。在构件下放过程中，用RTK或全站仪实时测量墩顶平面位置，使吊挂系统基本对准支撑桩位上的控制线，通过承台预留洞口吊挂扁担将构件落于复合桩桩顶千斤顶上（各复合桩桩顶支撑系统顶面标高根据预制场内吊挂系统扁担安装的实际情况进行反算，并提前调整到位，确保浮吊卸载时承台顶标高基本达到设计标高）；根据“小天鹅”号上的测力显示器，承台4个角桩部位的千斤顶总受力在接近16000kN时，起顶中间部位的2台千斤顶，使每台千斤顶达到4000kN荷载，解除浮吊吊具，微调千斤顶油压使6台千斤顶均匀受力；通过桩顶三向调整装置调整构件水平位置、垂直度及标高，完成第一次体系转换。浇筑承台预留孔与桩间1．6m高的混凝土，待混凝土强度达到90%设计强度后，拆除千斤顶、钢立柱及吊挂系统，构件支承于复合桩基础上，完成第二次体系转换；绑扎承台顶层接缝钢筋，施工承台预留孔内剩余2．9m高的混凝土，待混凝土强度满足要求后，向围堰内注入海水，利用围堰内外水头差使锁口围堰变形与封底混凝土脱离，整体拔出围堰，周转至下一墩位使用。全桥共投入9套围堰。承台及底节墩身精确定位时，平面位置测量采用全站仪极坐标法进行控制，垂直度采用高差推算法与倾斜仪法共同控制，并以垂球法复核，实现了海上大型预制构件高精度安装：平面偏差在±10mm以内；竖向高差在±10mm以内。

3．5 墩帽安装技术

采用“小天鹅”号运输预制墩帽至墩位，与桥位轴线成30°夹角绞锚进入，利用吊装扁担旋转30°就位。利用墩帽导向结构使墩帽平面初定位后，放至支撑钢立柱上，通过三向千斤顶调整平面位置、垂直度及标高。满足要求后安装搭接环形主筋、箍筋、模板。浇筑混凝土后，采用淡水养护14d。

4 桥梁上部结构施工关键技术

组合梁外形尺寸为85m×16．3m×4．3m最大自重约1900t，采取整孔制造、安装。组合梁制造线形为“理论预拱度+成桥竖曲线”的叠加线形，以梁段中性轴处钢梁节段的长度为理论长度，通过调节钢梁节段顶板、底板伸缩量设置拱度。槽型钢梁由总拼胎架出胎，到组合梁架设上桥完成体系转换。为确保组合梁在简支变连续过程中，梁长及梁端转角满足要求，采取钢梁制造阶段在梁端预留10cm的余量，架设时进行实测配切；组合梁采取顺序架设、顺序配切焊接，实现了本孔组合梁误差本孔消除，使每孔组合梁梁跨及支座偏移量符合要求。

混凝土桥面板共计2526块，采取纵向分块、横向整块预制，利用预留孔洞与钢主梁集束式剪力钉群浇筑微膨胀混凝土进行组合的方式固结。为了确保施工精度，采用底模与5个桁片组拼成的钢桁架一体化设计制造的整体底模系统，底模面板采用1mm+7mm不锈钢复合板，两点支撑间距9．3m（预制混凝土板梗肋处）。侧模系统采用双层梳形模板，通过内层梳形模板、外层梳形模板两者间的配合、互补实现混凝土板侧面除环形钢筋以外面积的封闭，同时方便模板拆除。剪力槽模板使用快易收口网，可免凿毛处理。桥面板的后浇带外露面需进行大量凿毛处理：混凝土浇筑前，在侧模的内层梳形板上涂刷缓凝剂，混凝土浇筑10～13h后拆除侧模板，采用0．4～0．6MPa的高压水对桥面板侧面进行水洗，洗至表面无浮浆、露出粗骨料后即停止。

组合梁钢梁部分在钢梁制造厂加工成板单元，船运至预制场，通过大型总拼胎架实施“底板单元组焊→腹板单元组焊→分段接长→总拼装”方案，实现了钢主梁整孔制作；整孔组拼应用了腹板立位轨道式焊接机器人技术、无盲区自动小车焊接技术、无码组焊技术、焊接数字化群控技术；整孔钢主梁完成制作涂装后，由轮胎式平板车运输至组合区，落梁于8个临时支墩上（钢梁纵向成四点支承状态）。根据监控指令调整支点间高差，将钢梁拱度恢复到总拼厂设拱度值，实现与桥面板无应力状态组合。桥面板梗肋与钢主梁接触处为橡胶条压缩变形封堵密闭、环氧砂浆坐浆填充。桥面板安装顺序为自梁段中间两支点分别向两边对称安装，安装时严格控制桥面板中心线与钢主梁中心线共线。

组合梁架设前，在墩顶上单幅布置8台600t竖向千斤顶，每台千斤顶下设滑移副，滑移副上设置50t纵横向（薄型）水平千斤顶，利用水平千斤顶调整钢梁平面位置，水平最大调节距离为200mm。“天一号”运架一体船将组合梁运输到桥位，通过绞锚将组合梁精度控制到200mm内后，缓缓将组合梁落在墩顶竖向千斤顶上，通过墩顶三向调节系统实现组合梁精确就位。组合梁架设完成后，根据监控数据从每联起始端逐孔对相邻2孔组合梁钢主梁端头配切并焊接；为避免组合梁负弯矩区桥面板在二期恒载和活载作用下而出现裂纹，1联组合梁全部焊接完成后，从中间墩逐次向两端对称顶梁，完成组合梁负弯矩区6块桥面板与钢梁的组合，分2次浇筑负弯矩区桥面板间湿接缝混凝土，首次浇筑墩顶5条湿接缝混凝土，张拉纵横向预应力，再浇筑纵向预应力外侧2条湿接缝，落梁，使组合梁负弯矩区桥面板产生正压力，组合梁体系转换完成。

5 结语

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥下部结构采用“复合桩基础+预制墩台”装配化施工体系，为克服海洋恶劣的施工环境，通过应用复合桩基础钢管精确定位插打，承台+底节墩身整体预制快速施工，埋置式预制承台安装及精确定位等技术，实现了海上桥梁下部结构快速施工。桥梁上部结构采用组合梁连续结构，通过钢主梁无码自动化焊接技术，超宽混凝土桥面板快速预制技术，无应力状态组合施工工艺以及组合梁安装与线形控制技术，有效降低了施工的难度，确保了施工质量。该桥自2012年6月28日开工，于2015年2月10日全桥贯通。

众所周知，钢材抗拉强度高但易于失稳，混凝土抗压性能好但易于开裂。在钢－混凝土连续组合梁桥中，处于正弯矩区的组合梁恰好发挥了钢材和混凝土优越的材料性能，很容易被广大桥梁工程师接受和认可；但处于负弯矩区的组合梁则使钢材处于受压状态和混凝土处于受拉状态，恰好暴露了2种材料各自不利的材料行为。对于连续组合梁桥，混凝土板开裂将引起结构刚度下降、承载能力降低；外界环境中的水和有害物质侵入混凝土裂缝后，将加快混凝土板内钢筋和钢梁锈蚀，造成结构耐久性显著降低，因此，对于组合梁桥而言，混凝土板开裂是工程师们最不能接受的。因此，人们开始设想各种方法用于改善连续组合梁桥负弯矩的受力性能，尤其是控制负弯矩区混凝土板开裂的措施。随着钢－混凝土组合结构的应用和发展，组合梁桥的设计理念逐渐更新，从早期的不允许负弯矩区混凝土板开裂到允许混凝土板开裂但控制裂缝宽度；同时，连续组合梁桥的施工方法也出现了较大程度的革新，从传统的一次落架施工方法到分阶段施工方法。采用分阶段施工方法对于改善连续组合梁桥负弯矩区受力性能的作用是显而易见的。但是，传统的分阶段施工方法中，混凝土桥面板仍采用现场浇注的方法，一方面现场混凝土湿作业量大，不利于桥梁标准化施工；另一方面，由于混凝土养护龄期短，混凝土收缩徐变效应比较显著。当桥面板采用预制混凝土板时，上述两方面的问题可迎刃而解，但新的问题随之而来，如何实现预制混凝土板和钢梁的连接？本文主要介绍群钉预制板钢－混凝土连续组合梁方案及其施工优化顺序，以某连续组合梁桥工程为分析对象，通过与采用传统分阶段施工方法的连续组合梁受力性能进行对比分析，深入研究群钉预制板连续组合梁的受力特性，重点关注负弯矩区混凝土板的受力状态。值得注意的是，组合梁桥作为一种特殊的结构形式，其受力性能与施工方法紧密相关，从开始架设到成桥，组合梁桥通常需要经历多次结构体系变换，组合梁桥设计时必须对施工过程进行预演，因此本文建立连续组合梁桥有限元分析模型考虑桥梁施工全过程的影响。

1 群钉预制板连续组合梁桥

群钉预制板连续组合梁桥是在传统钢筋混凝土板钢梁桥基础上发展而来。早期的钢结构桥梁，钢筋混凝土桥面板或直接搁置在钢梁上方。后来为避免行车制动力或地震偶然作用引起桥面板与钢梁间发生过大相对位移，在钢梁和混凝土板之间设置了少量螺栓或弯筋连接件。随着组合梁桥良好的经济效益逐渐显现，工程师开始考虑将混凝土桥面板与钢梁通过某种方式连接在一起，但同时又能保留预制板的施工便捷性，便诞生了群钉预制板组合梁桥，如图1所示。群钉预制板组合梁桥比较普遍的做法是在钢梁上

2 受力性能分析

2.1 有限元分析

采用桥梁专业化分析软件 MIDAS建立连续组合梁桥有限元分析模型。实际桥梁中焊钉连接件的数量配置充分，不考虑混凝土板和钢梁之间的滑移，采用双层梁单元公用节点形式模拟钢－混凝土组合梁。其中，钢材采用 Q345等级，混凝土采用C50等级，，在此不再赘述。有限元分析考虑施工过程的影响，共分为6个施工步骤，前4个步骤如图2所示，并增加了上二期恒载和收缩徐变10年2个分析步骤。施工过程中中支点两侧各8m范围内的预制板后安装。为比较采用群钉预制板技术对于连续组合梁桥负弯矩区受力性能的改善情况，对采用传统分阶段施工方法的连续组合梁桥的受力性能同时进行分析。传统分阶段施工方法与群钉预制板技术差别在于：

（1）混凝土板采用现浇；

（2）所有预应力在负弯矩区混凝土板硬化之后张拉。

2.2 负弯矩区组合梁应力分析

为便于比较分析，按照现行 《公路钢结构及木结构桥涵设计方法》（JTJ025－86）的规定，采用荷载标准值组合工况对采用不同施工方法的连续组合梁桥受力性能进行比较。分别给出采用传统施工方法和群钉预制板技术的连续组合梁桥荷载标准值组合工况下混凝土板上缘应力包络图。采用传统施工方法连续组合梁桥混凝土板上缘在正常使用极限状态下仍存在较大的拉应力，最大拉应力为2．57MPa，位于跨中区域混凝土板端部，主要由收缩徐变效应引起；群钉预制板连续组合梁桥混凝土板上缘拉应力则相对较小，最大仅为1．09MPa，位于跨中区域混凝土板端部，其中支点区域混凝土甚至不存在拉应力。采用不同施工方法的连续组合梁桥的关键控制截面在不同阶段的应力计算结果。从表中可以看出，采用群钉预制板技术后，支点截面混凝土板在成桥阶段储存了较大的压应力，足以抵消汽车荷载、温度等造成的拉应力，大幅提高了支点区域混凝土抗裂性能。需要指出的是，采用群钉预制板技术，钢梁在施工期间承受绝大部分的一期恒载，应力水平相对较高，在施工期间的稳定性应得到充分保证。