吳淞江（紀(jì)鶴路-金沙江西路）系桿拱橋拱腳施工技術(shù)

吳志進(jìn)

(上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200000)

1 工程概述

紀(jì)鶴路-金沙江西路吳淞江橋采用單跨105 m鋼管拱肋系桿拱橋，主橋上部結(jié)構(gòu)由鋼管拱肋、預(yù)應(yīng)力混凝土系梁與橫梁、柔性吊桿及整體化橋面系組成。采用先拱后梁的施工工藝。

全橋橫向采用4片拱肋，分別布置于中央分隔帶和機(jī)非分隔帶位置。拱肋采用鋼管拱肋，拱肋斷面采用矩形鋼管拱，拱肋寬1.5 m，高度2.4 m,鋼管壁厚22 mm，設(shè)R=330 mm倒角；拱肋內(nèi)設(shè)吊桿張拉端錨具。拱肋高24.0 m，矢跨比f/L=1/4.375，拱軸線為二次拋物線。拱肋間設(shè)置5道“一”字型風(fēng)撐，保證橋梁整體穩(wěn)定安全。系梁與橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，C55混凝土。系梁采用矩形斷面，寬1.8 m，高度2.2 m；中橫梁為T形斷面，梁高1.4 m～1.635 m。詳見圖1。

圖1 主橋正立面圖（單位：mm）

2 拱腳現(xiàn)澆段及鋼拱肋預(yù)埋段施工技術(shù)

拱腳結(jié)構(gòu)施工是整個(gè)工程實(shí)施的關(guān)鍵工序之一，其施工質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到后續(xù)拱肋安裝、結(jié)構(gòu)受力和安全等狀態(tài)，因此拱腳結(jié)構(gòu)施工重點(diǎn)圍繞拱腳現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的支架體系設(shè)計(jì)、鋼拱預(yù)埋段的支撐架設(shè)計(jì)及其測量定位控制等關(guān)鍵技術(shù)工藝[1]。

2.1 結(jié)構(gòu)說明

2.1.1 拱腳混凝土結(jié)構(gòu)

該橋共有8塊拱腳，為保證結(jié)構(gòu)的整體性，采用拱腳與端橫梁、現(xiàn)澆中橫梁一次現(xiàn)澆成型?，F(xiàn)澆混凝土距地面高為3 m，總長9.2 m，寬19.35 m。每塊拱腳方量為73.5 m3，重量約191.1 t，每個(gè)端橫梁方量為113.3 m3，重量約294.6 t，現(xiàn)澆中橫梁方量為28.8 m3，重量約74.9 t。詳見圖2、圖3。

2.1.2 鋼拱肋預(yù)埋段

拱肋預(yù)埋段總長5.5 m，預(yù)埋拱腳內(nèi)部長度為2.5 m，外露長度為3 m；寬1.5 m，高度為2.5 m，鋼板壁厚為2.5 cm。剛性吊桿外形尺寸，高度為2.22 m，長度1.1 m，寬0.5 m。本次拱肋預(yù)埋段總重約為19 t。詳見圖4。

圖2 拱腳剖面圖（單位：mm）

圖3 拱腳現(xiàn)澆位置平面圖（單位：mm）

圖4 拱肋預(yù)埋段結(jié)構(gòu)尺寸示意圖（單位：mm）

2.2 拱腳現(xiàn)澆施工技術(shù)

2.2.1 現(xiàn)澆支架型式和布置

該工程拱腳支架采用碗扣式滿堂鋼管支架，碗扣型腳手架材料采用φ48 mm×3.25 mm(Q235)熱軋鋼管。碗扣式支架使用與立桿配套的橫桿及立桿可調(diào)底座、立桿可調(diào)托撐，采用50型可調(diào)U型標(biāo)準(zhǔn)頂托，可調(diào)高度為35 cm，按下部支撐鋼管每根布置，頂托伸出長度不大于30 cm，同時(shí)根據(jù)支架參數(shù)調(diào)整高度[2]。詳見圖5。

現(xiàn)澆段施工混凝土平均高度最高為拱腳處4.4 m，最低為橋面板處0.25 m。拱腳段支架搭設(shè)參數(shù)見表1。

2.2.2 現(xiàn)澆支架體系計(jì)算

拱腳與拱腳鋼拱肋預(yù)埋段部位換算成結(jié)構(gòu)計(jì)算高度平均為4.8 m，端橫梁兩側(cè)壁計(jì)算高度為2.9 m，端橫梁腹板處計(jì)算高度為1.2 m，橋面板計(jì)算高度0.3 m，現(xiàn)澆中橫梁計(jì)算高度1.6 m。

由于碗扣支架的縱向間距相同，橫向間距不相同，并且所支撐結(jié)構(gòu)部位也不相同，故不同部位支架所承受的荷載并不相同，因此支架受力分四部分進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 166—2008）5.3.3節(jié)單肢立桿軸向承載力應(yīng)符合：

φ·A·f=0.469×424×205=40.7（kN）

圖5 拱腳、端橫梁現(xiàn)澆段支架示意圖（單位：mm）

表1 拱腳段支架搭設(shè)參數(shù)表

根據(jù)結(jié)構(gòu)所劃分的不同區(qū)域進(jìn)行荷載的組合，運(yùn)用無組合風(fēng)荷載時(shí)單肢立桿軸向力計(jì)算公式確定立桿承載力，并與容許承載力進(jìn)行比較。表2為碗扣支架立桿承載力計(jì)算表。

此外，按照《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 166-2008)規(guī)定，當(dāng)模板支撐架有風(fēng)荷載作用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，并驗(yàn)算連接扣件的抗滑能力。架體內(nèi)力計(jì)算應(yīng)將風(fēng)荷載化解為每一節(jié)點(diǎn)的集中荷載W；W在立桿及斜桿中產(chǎn)生內(nèi)力WV、WS。據(jù)此自上而下疊加斜桿的最大內(nèi)力，驗(yàn)算斜桿兩端連接扣件抗滑強(qiáng)度。通過詳細(xì)計(jì)算可知，斜桿連接扣件抗滑強(qiáng)度均滿足施工使用的要求。

2.2.3 抗傾覆墩設(shè)計(jì)

根據(jù)總體施工工藝程序，預(yù)制中橫梁在分次對稱吊裝過程中會對拱腳處產(chǎn)生不平衡力矩，因此在拱腳位置考慮設(shè)置抗傾覆墩。

抗傾覆墩按照設(shè)計(jì)給定的最大豎向力4 990 kN進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗傾覆墩立柱采用600 mm×900 mm的矩形立柱，立柱高度為4.0 m，混凝土采用C40。考慮到施工過程中會橫向移動，在墩頂設(shè)置四氟板水平滑動層，上方設(shè)置鋼墊板。由于在混凝土施工時(shí)支架會承擔(dān)一定水平力，在支架搭設(shè)時(shí)水平滑動采用抗剪螺栓臨時(shí)鎖定，待混凝土硬化支架拆除后進(jìn)行抗剪螺栓的拆除。抗傾覆墩設(shè)置在拱肋中心線上，距離支座中心線的距離統(tǒng)一為4.75 m。

結(jié)合場地條件，抗傾覆墩結(jié)構(gòu)形式分兩種，兩側(cè)邊拱肋按照邊承臺設(shè)計(jì)，由于中央分隔帶處兩個(gè)拱肋距離較近，采用一起設(shè)計(jì)，按照中承臺設(shè)計(jì)，邊承臺尺寸為3 500 mm×1 800 mm，中承臺尺寸為3 500 mm×6 600 mm，高度均為1.5 m，承臺頂標(biāo)高和主墩承臺頂標(biāo)高一致?；A(chǔ)下樁基采用800 mm直徑的鉆孔灌注樁，由于吳淞江兩側(cè)地質(zhì)情況不同，嘉定段采用樁長57 m，閔行段采用樁長64 m。詳見圖6。

2.3 鋼拱肋預(yù)埋施工技術(shù)

2.3.1 定位支架設(shè)計(jì)

圖6 抗傾覆墩布置立面圖 (單位:mm)

拱腳處預(yù)埋拱肋的安裝是拱腳施工的關(guān)鍵一步，其施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)拱肋安裝，乃至整個(gè)主橋施工的質(zhì)量和安全，為此，根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和質(zhì)量控制要求進(jìn)行拱腳預(yù)埋段安裝定位的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用4根P273 mm×10 mm作為立桿，在拱腳預(yù)埋段最低點(diǎn)設(shè)置2I25a臨時(shí)拱腳擱置梁，前端在拱肋預(yù)埋段的上方下翼緣部位設(shè)置2I25a橫梁擱置。其余結(jié)構(gòu)采用I25a，L75 mm×75 mm×10 mm組合焊接組成。詳見圖7。

圖7 定位支架三維視圖

表2 碗扣支架立桿承載力計(jì)算表

2.3.2 定位支撐架設(shè)計(jì)計(jì)算

拱肋預(yù)埋段最大重量為16.8 t，通過Midas軟件計(jì)算得出，定位支架在調(diào)整工況下最大位移為0.98 mm，最大組合應(yīng)力為29.3 MPa，剪應(yīng)力1.4 MPa，滿足定位架的強(qiáng)度和變形要求。計(jì)算分析模型詳見圖8；同樣，通過Midas軟件計(jì)算分析，定位支撐架結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換后最大位移為1.395 mm，最大組合應(yīng)力為30 MPa，剪應(yīng)力15.5 MPa，可以滿足定位架的強(qiáng)度和變形要求[3]。計(jì)算分析模型詳見圖9。

圖8 定位支撐架調(diào)整工況（單位：kN）

圖9 定位支撐架體系轉(zhuǎn)換后工況（單位:kN）

2.3.3 鋼拱肋定位施工

（1）立桿定位：立桿定位考慮到避讓模板以及拱肋定位，計(jì)算4根立桿的平面位置坐標(biāo)，采用全站儀進(jìn)行放樣。

（2）后端支架橫桿：橫桿布置前，將拱肋結(jié)構(gòu)后端下口高程，放樣至立桿位置，使橫桿頂標(biāo)高控制在拱肋結(jié)構(gòu)后端下口高程±5 mm之內(nèi)。橫桿焊接完成后，將拱肋軸線中心以及0.77 m邊線放樣至橫桿上。詳見圖10。

（3）前端支架橫桿：橫桿布置前，將拱肋結(jié)構(gòu)前端下口高程，放樣至立桿位置，使橫桿頂標(biāo)高控制在拱肋結(jié)構(gòu)前端下口高程±5 mm之內(nèi)。橫桿焊接完成后，將拱肋軸線中心以及0.77 m邊線放樣至橫桿上。詳見圖10。

圖10 立桿放樣示意圖

（4）拱肋預(yù)埋段中的點(diǎn)位設(shè)置：拱肋上、下平面位置畫出中心線，并在兩個(gè)開口的位置標(biāo)出上、下中線點(diǎn)。下平面中心位置，采用已經(jīng)布置在橫桿上的設(shè)計(jì)拱肋中心線進(jìn)行對中，利用全站儀對前后兩個(gè)端口所標(biāo)出的上、下中線點(diǎn)位置，進(jìn)行觀測。高程測量，采用水準(zhǔn)儀直接測量出兩個(gè)端口下緣標(biāo)高。

（5）拱肋預(yù)埋段調(diào)整：后端支架橫桿上布置強(qiáng)制對準(zhǔn)裝置詳見圖11，即預(yù)先在后端支架橫桿上放樣拱肋預(yù)埋段下口高程及X軸線，安裝過程中強(qiáng)制對準(zhǔn)。隨后只調(diào)整Y軸及上口高程即可。詳見圖12、圖13。

圖11 底口強(qiáng)制對準(zhǔn)裝置

圖12 后端左右調(diào)整裝置

圖13 前端上下及左右調(diào)整裝置

3 拱腳施工的關(guān)鍵技術(shù)控制

（1）考慮施工的關(guān)聯(lián)性，方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合各道前后工序，避免因?yàn)橹蛔⒅鼐植慷斐珊蟮拦ば螂y以實(shí)施或者損失。拱腳現(xiàn)澆段施工時(shí)應(yīng)特別注意對預(yù)應(yīng)力張拉及中橫梁吊裝過程的施工措施的綜合考慮，如抗傾覆墩的設(shè)計(jì)及施工應(yīng)在拱腳現(xiàn)澆段施工時(shí)就一并實(shí)施。

（2）施工中為了保證結(jié)構(gòu)受力均勻，必須保持對稱施工，嚴(yán)禁單側(cè)加載[4]。

（3）拱肋預(yù)埋段支撐架在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮諸如支架本身的承載力、澆筑施工時(shí)支撐架的穩(wěn)定性、支撐架與相關(guān)施工是否有干涉、預(yù)埋段的調(diào)整是否方便、調(diào)整完畢后預(yù)埋段的固結(jié)措施及施工的便利性等。

（4）嚴(yán)格控制拱肋預(yù)埋段的安裝精度及施工質(zhì)量。拱肋預(yù)埋段的施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)主橋施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，拱腳處的預(yù)埋拱肋安裝是拱腳施工的第一步，只有安裝到位，滿足要求，才能進(jìn)行下一步的工序。

（5）條件允許的情況下，適當(dāng)增加拱肋預(yù)埋段定位支架的強(qiáng)度及剛度，防止因混凝土澆筑不當(dāng)，造成支架變形。

4 結(jié)語

本文通過吳淞江橋系桿拱橋拱腳施工技術(shù)的總結(jié)，具體闡述了拱腳施工中現(xiàn)澆支架的設(shè)計(jì)施工、拱腳預(yù)埋段定位支架的設(shè)計(jì)施工等關(guān)鍵工藝技術(shù)環(huán)節(jié)。從實(shí)際運(yùn)用結(jié)果看，相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工完全滿足結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和安全的控制，取得了良好的效果。下承式拱橋在公路、鐵路及市政橋梁工程中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。吳淞江橋拱腳施工技術(shù)的順利運(yùn)用，為同類橋梁的施工提供了一些借鑒。

[1]JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]．

[2]王思龍.下承式系桿拱橋先拱后梁施工技術(shù)[J].交通科技，2013（5）：38-39.

[3]邵旭東,程翔云,李立峰.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京:人民交通出版社,2007.

[4]袁小兵.下承式預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋的安裝施工要點(diǎn)[J].城市道橋與防洪,2010（2）：78-81.