鋼箱系桿拱橋先拱后梁法施工控制

李永君

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

1 工程概況

上海市耀龍路橋位于浦東新區(qū)規(guī)劃浦明路上，跨越川楊河。橋西側(cè)為川楊河至黃浦江的入口處，東側(cè)為川楊河導(dǎo)流船閘，北岸跨越防洪堤與浦明路相接，南岸接HQ地塊。該橋是2010年上海世博會期間由中環(huán)線直接進(jìn)入世博園區(qū)專用通道上的關(guān)鍵橋梁節(jié)點(diǎn)，工期十分緊迫。川楊河為V級航道，為保證施工期間川楊河的通航，施工采用少支架先拱后梁法的施工方案。與先梁后拱法相比，這種施工方法拱肋施工速度快，但對加工制造及施工控制提出了較高的要求。圖1為耀龍路橋效果圖。

圖1 耀龍路橋效果圖

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主橋?yàn)樘峄@式鋼箱系桿拱橋，主跨152 m，橋面寬度40.5 m，拱肋與主梁均采用Q345qD鋼材。

拱肋矢高29 m（斜平面），矢跨比1/5.5（立面），橫向傾角18°，拱軸線在斜平面內(nèi)為二次拋物線。拱頂橫撐采用扁箱板式結(jié)構(gòu)，兩邊呈弧形，中間開橢圓孔。拱肋采用變高度矩形截面鋼箱拱，板厚采用30 mm，箱寬1.8 m，箱高由拱頂處2.4 m漸變至拱腳處3.3 m。

主梁采用雙邊箱截面，尺寸為4.0 m（寬）×1.7 m（高）。橋面為正交異性橋面板，頂板采用閉口U型加勁肋，橫梁間距3.0 m，橫梁高1.7～2.0 m。

系桿采用鋼絞線，通過豎彎錨固在端橫梁，規(guī)格為37股，每個(gè)拱肋4根，恒載下永久系桿水平力合計(jì)3 200 t。吊桿采用73Φ7低松弛鍍鋅鋼絲，間距6 m，全橋共23對，采用冷鑄錨，在拱肋內(nèi)張拉。圖2～圖4為橋梁立面、平面、橫斷面總體布置圖。

主墩為矩形截面實(shí)體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用C40混凝土。樁基礎(chǔ)選用16根直徑1.2 m鉆孔灌注樁，樁長約65 m，選擇⑨1層粉細(xì)砂作為樁基持力層。承臺為啞鈴型，高度3.0 m，采用C30混凝土。

3 施工流程

主橋施工流程為：主墩承臺、立柱施工、端橫梁支撐安裝→岸上段主梁擱置于支架、拱肋支墩施工→端橫梁安裝→岸上段主梁安裝→兩側(cè)拱肋安裝→下層臨時(shí)系桿安裝（未張拉）→拱肋大節(jié)段安裝→下層臨時(shí)系桿張拉、拆除拱肋支墩→水中段主梁安裝→主梁合龍→永久系桿安裝、張拉→拆除臨時(shí)系桿、支架→橋面鋪裝、成橋。圖5為拱肋安裝流程示意圖。

拱肋（不含與端橫梁連接的4個(gè)拱腳段）分5個(gè)大節(jié)段在工廠加工，在現(xiàn)場水中支架上拼裝。邊拱肋節(jié)段（S1）的水平投影長度約30.7 m，全橋共4個(gè)。

中間拱肋大節(jié)段（S2）的水平投影長度78.6 m，重量約650 t，為復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，安裝采用兩臺浮吊（分別為600 t和500 t）協(xié)同作業(yè)，一次成功安裝就位。中間拱肋大節(jié)段端部安裝臨時(shí)鋼橫梁，限制安裝過程中的變形。同時(shí)安裝有順橋向的上層和下層臨時(shí)系桿，拱肋中段吊裝就位后，通過千斤頂使其精確就位，同時(shí)通過張拉臨時(shí)系桿調(diào)整拱肋的線型和內(nèi)力，使整個(gè)拱肋線型圓順，實(shí)現(xiàn)了拱肋高精度合龍，之后焊接環(huán)形接口形成完整拱肋。圖6為拱肋施工過程。

圖2 橋梁總體布置圖（立面）（單位：cm）

圖3 橋梁總體布置圖（平面）（單位：cm）

圖4 橋梁總體布置圖（橫斷面）（單位：cm）

主梁（含端橫梁）分14個(gè)節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度12 m，從兩岸向中間依次安裝。通過駁船將主梁運(yùn)至橋位，采用卷揚(yáng)機(jī)提升主梁，達(dá)到指定位置后進(jìn)行主梁環(huán)縫焊接。隨著主梁節(jié)段的增加，拱腳水平力逐漸加大，每安裝一個(gè)主梁節(jié)段，張拉一次下層臨時(shí)系桿。主梁合龍后，安裝并分級張拉永久系桿，同時(shí)分級拆除下層臨時(shí)系桿。

4 施工控制要點(diǎn)

施工控制以線型控制為主，應(yīng)力控制為輔。線型控制保證成橋時(shí)橋梁線型與設(shè)計(jì)線型一致，應(yīng)力控制保證橋梁應(yīng)力狀態(tài)與計(jì)算結(jié)果吻合，并在施工過程中應(yīng)力幅度始終處于容許的安全范圍內(nèi)。

圖5 拱肋安裝流程示意圖

圖6 拱肋施工過程

（1）拱肋線型控制

拱肋安裝期間，通過上、下層臨時(shí)系桿控制拱肋線型。為使拱肋節(jié)段安裝精度滿足焊接要求，將S2拱肋大節(jié)段在工廠內(nèi)的測量坐標(biāo)值進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與橋位現(xiàn)場S1拱肋端口的虛擬預(yù)拼裝，以保證拱肋安裝、焊接順利完成。

水中段主梁安裝過程中，通過下層臨時(shí)系桿控制拱腳水平位移，保證拱肋線型與每一施工節(jié)段的理論線型接近。

（2）主梁線型控制

為確保主梁線型滿足設(shè)計(jì)要求，測量監(jiān)控每個(gè)主梁節(jié)段上6個(gè)測量控制點(diǎn)。根據(jù)測定的主梁控制點(diǎn)坐標(biāo)，通過調(diào)整吊桿張拉端錨頭螺母長度控制主梁標(biāo)高。在主梁吊裝過程中，每一梁段吊裝完成后均進(jìn)行測量。圖7為主梁節(jié)段編號。

圖7 主梁節(jié)段編號（單位：mm）

（3）合龍段的跟蹤監(jiān)測

由于風(fēng)向、風(fēng)力、溫度等環(huán)境參數(shù)的變化會引起橋梁結(jié)構(gòu)的變形，合龍段主梁的長度參數(shù)處于動態(tài)變化之中，因此必須通過跟蹤測量掌握已安裝梁段隨外界環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律，確定合龍段的幾何加工尺寸。圖8為吊裝合龍段主梁照片。

圖8 吊裝合龍段主梁

（4）臨時(shí)系桿張拉控制

臨時(shí)系桿分為上層和下層兩種。上層臨時(shí)系桿用于S2拱肋大節(jié)段運(yùn)輸、吊裝和拱肋合龍焊接前調(diào)整線型。下層臨時(shí)系桿根據(jù)主梁安裝的進(jìn)展逐步對稱張拉完成。由于主梁吊裝過程中端橫梁滑動支座縱向水平位移變化較大，因此每吊裝一個(gè)梁段均進(jìn)行一次臨時(shí)系桿的張拉。在張拉過程中以位移控制為主兼顧系桿力。

（5）永久系桿與下層臨時(shí)系桿的替換

永久系桿用于運(yùn)營階段平衡拱腳推力，下層臨時(shí)系桿用于主梁安裝階段平衡拱腳推力。主梁安裝結(jié)束以后全橋?qū)崿F(xiàn)合龍貫通，之后完成永久系桿的穿索，對稱、分批實(shí)現(xiàn)永久系桿與下層臨時(shí)系桿的替換。

（6）吊桿力監(jiān)測和調(diào)整

主梁焊接之前，進(jìn)行主梁線型調(diào)整，由于此時(shí)鋼梁受力處于靜定狀態(tài)，因此吊桿力不變。主梁焊接完成以后，進(jìn)行吊桿力調(diào)整和測量，吊桿力控制考慮后續(xù)階段二期恒載的影響。

5 施工控制計(jì)算

采用橋梁專用軟件進(jìn)行理論成橋狀態(tài)和施工過程中的分析計(jì)算。按照施工流程及基本參數(shù)，首先確定合理的成橋狀態(tài)，然后采用正裝計(jì)算方法確定各施工狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力和變形等控制數(shù)據(jù)，作為施工控制的理論軌跡。

5.1 計(jì)算模型

采用空間有限元模型進(jìn)行橋梁施工過程分析。吊桿與系桿采用桁架單元，拱肋、主梁采用梁單元。自重荷載根據(jù)容重按單元安裝時(shí)間分階段施加。二期恒載包括橋面鋪裝、欄桿、燈柱、過河管線等。圖9為施工控制計(jì)算模型。

圖9 施工控制計(jì)算模型

在施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)上會增減某些臨時(shí)施工荷載。對于其中影響較大者，根據(jù)施工單位提供的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場調(diào)查分析，將這些荷載進(jìn)行量化模擬，反映在施工控制的實(shí)時(shí)計(jì)算中，以便對施工控制數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)修正。

5.2 控制性計(jì)算結(jié)果

（1）S2拱肋大節(jié)段吊裝

S2拱肋大節(jié)段是柔性空間異形結(jié)構(gòu)，重約650 t，吊裝過程中臨時(shí)系桿力控制對于保證結(jié)構(gòu)安全，控制拱肋線型，確保順利合龍十分關(guān)鍵（見圖10）。起吊以后臨時(shí)系桿力單側(cè)116 t。

圖10 拱肋大節(jié)段吊裝時(shí)臨時(shí)系桿力（單位：t）

（2）主梁安裝過程中拱肋變形

施工分析表明，水中段主梁吊裝過程中，拱肋豎向變形最大處可達(dá)130 mm，為安裝NB3梁段時(shí)。通過吊桿的預(yù)留長度控制主梁安裝位置，而這一過程中均要考慮每一步驟拱肋變形的影響。圖11為水中段主梁吊裝時(shí)拱肋單步位移。

圖11 水中段主梁吊裝時(shí)拱肋單步位移(單位：mm)

7 結(jié)語

為滿足施工期間川楊河的通航要求，耀龍路橋采用少支架的先拱后梁法施工方案。由于拱肋采用大節(jié)段預(yù)制吊裝，減少了拱肋空中焊接作業(yè)量，節(jié)省了施工周期。

耀龍路橋作為上海市第一座設(shè)計(jì)施工總承包的橋梁，于2009年3月26日開始安裝端橫梁，2009年10月1日主梁中跨合龍，2010年1月29日建成通車。該橋所采用的先拱后梁的施工控制方法可為類似有通航要求的其他工程提供參考。圖12為竣工后的耀龍路橋。

圖12 竣工后的耀龍路橋

[1]金成棣.預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋的設(shè)計(jì)與施工[J].上海公路，2006(1):1-6.

[2]周立寶,李崇智.無支架先拱后梁系桿拱橋施工技術(shù)[J].中國市政工程，2005(5):15-17.