城市寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)分析

武余波， 何 杰

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司;公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

引江濟(jì)淮工程是一項(xiàng)以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運(yùn)為主，結(jié)合灌溉補(bǔ)水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境為主要任務(wù)的大型跨流域調(diào)水工程。工程范圍涵蓋安徽省12市和河南省2市，涉及面積約7.06萬km2，工程估算總投資912.71億元，總工期72個月。

引江濟(jì)淮工程在肥西城內(nèi)利用派河原有河道進(jìn)行改擴(kuò)建，原翡翠路橋的橋位處河道寬60 m，老橋?yàn)?40+70+40)m連續(xù)梁橋，橋面寬32 m。引江濟(jì)淮航道需要滿足凈寬110 m、凈空10 m的Ⅱ級航道通航要求，需拆除原位復(fù)建。

考慮原有道路交通組織及河道開挖與橋梁施工工作面交叉、工期緊。橋梁需滿足雙向八車道及兩側(cè)人非車道要求，橋面寬度需56.6 m，橋面較寬。橋位人口密集，環(huán)境及生態(tài)、橋梁景觀等要求高。

綜合技術(shù)、工期、經(jīng)濟(jì)、美觀等綜合比選，翡翠路橋采用寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋橋型，如圖1所示。

圖1 翡翠路橋總體效果

1 系桿拱橋設(shè)計(jì)

1.1 橋型選取

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)力水平提高，拱橋的發(fā)展無論是從跨越能力、結(jié)構(gòu)形式的組合以及各種新型材料的應(yīng)用等方面都有了充分的發(fā)展[1]。

作為集拱與梁優(yōu)點(diǎn)于一身的拱梁組合體系的下承式系桿拱橋，充分發(fā)揮了梁受彎、拱受壓的組合作用。通過張拉系桿索抵消拱肋水平力，使橋墩無須承受水平力；該橋型建筑高度小，在滿足通航要求前提下，可最大限度降低橋面標(biāo)高，縮短橋梁長度，節(jié)約工程造價，并且彌補(bǔ)了拱橋?qū)Φ鼗蟾吆推胀蛄好烙^性的不足，成為航道上的首選橋型。

新建主橋采用135 m簡支鋼箱系桿拱橋，全寬56.6 m，整幅設(shè)置，雙向八車道，兩側(cè)人非車道處采用7.5 m大懸臂結(jié)構(gòu)。主梁由三片箱形鋼主縱梁與橫梁及混凝土橋面板組成，主縱梁箱截面尺寸為1.8 m×2.92 m(中)/2.50 m(邊)。主拱采用3片鋼箱截面，豎直布置，主拱失高32.75 m，矢跨比1/4，主拱箱截面尺寸為1.8 m×2.5 m，拱軸線為二次拋物線，下部主墩采用矩形墩，承臺接群樁基礎(chǔ)，如圖2所示。

圖2 主橋總體布置(單位：cm)

1.2 結(jié)構(gòu)選取

簡支系桿拱橋?qū)儆跓o推力的拱橋，外部為靜定結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為超次靜定結(jié)構(gòu)，按照系桿的受力特點(diǎn)，可分為[2]：

(1)柔性系桿剛性拱。柔性系桿主要用來平衡拱腳水平推力的拉桿，并擱置在吊桿兩側(cè)的橫梁上(矢跨比f/1=1/4～1/5)。采用高強(qiáng)度低松弛鋼絲索外加防護(hù)的構(gòu)造，鋼絲索的兩端錨固在拱腳與固端橫梁固結(jié)點(diǎn)處的端表面上。該類拱橋的傳力途徑是：行車道板——橫梁——吊桿——拱肋及柔性系桿——支座——下部結(jié)構(gòu)。

(2)剛性系桿剛性拱。剛性系桿一般設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面或工字形截面的加勁縱梁(矢跨比f/1=1/5～1/6.5)。它與端橫梁及中橫梁固結(jié)，構(gòu)成平面穩(wěn)定的框架，在與拱肋及橫撐固結(jié)后，形成空間穩(wěn)定體系。此處的剛性系桿為拉彎桿件，并對中橫梁具有縱橫向的彈性約束作用。

由于該橋在河道開挖前施工，有效施工工期19個月，其中跨越一個汛期，不允許滿堂支架施工。

綜合考慮結(jié)構(gòu)受力，施工工期及施工方案，本橋采用柔性系桿剛性拱設(shè)計(jì)，系桿采用鋼箱系桿配合系桿索，拱肋采用鋼箱拱，如圖3所示。

圖3 主橋橫斷面布置(單位：cm)

橋面系采用組合橋面系，該橋面系利用工業(yè)化拼裝技術(shù)，橋面板及鋼梁均采用工廠內(nèi)成型，現(xiàn)場拼裝，大幅節(jié)約了工期，減少了河道開挖與橋梁施工工作面交叉時間。且組合橋面系建筑高度小，在滿足通航要求前提下，可最大限度縮短橋梁長度，節(jié)約工程造價，避免了高填方路基，降低了對道路兩側(cè)居民的干擾。

1.3 施工流程

系桿拱橋常用施工方法有“先梁后拱”和“先拱后梁”，“先拱后梁”的施工方法也叫無支架施工方法，即先整孔吊裝鋼制拱肋，再利用鋼拱肋吊掛吊桿和橫梁，然后現(xiàn)澆橋面板連接段和橋面系結(jié)構(gòu)。該施工工藝適用于航運(yùn)繁忙地段，成本較高且施工復(fù)雜，某些情況下還需要采用臨時拉索抵抗拱肋施工過程中的拱腳水平力[3]。

“先梁后拱”的施工方法則與其相反，是先施工縱橫梁和橋面系結(jié)構(gòu)，再在橋上搭設(shè)支架現(xiàn)場拼接拱肋，待拱肋達(dá)到強(qiáng)度后安裝并張拉吊桿。該施工工藝經(jīng)濟(jì)且易于控制，在不影響航運(yùn)的情況下，是比較合適的施工方案。

本橋采用先梁后拱的施工方案，支架采用鋼管樁少支點(diǎn)支架(支撐體系在充分利用老橋結(jié)構(gòu)承臺、樁基基礎(chǔ)上，輔以擴(kuò)大基礎(chǔ))。該方案施工安全、節(jié)約成本、設(shè)備簡單、速度快且工業(yè)化程度高，主要施工流程如圖4所示。

圖4 主橋施工流程圖

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 橋面板接縫澆筑

主橋橋面板為鋼筋混凝土板，分塊預(yù)制，橋面板主要采用兩種尺寸：758 cm×310 cm×26 cm(邊板)、575 cm×310 cm×26 cm(中板)，板間通過現(xiàn)澆濕接縫連接，懸臂部分橋面板橫向整體預(yù)制，拱肋之間橋面板橫向分三塊預(yù)制，縱向分塊，預(yù)制板采用C50混凝土，現(xiàn)澆濕接縫采用C55補(bǔ)償收縮混凝土。

兩個邊系梁中間橋面板橫橋向形成一個整體，中系梁位置橋面板截面承受較大的負(fù)彎矩作用，易導(dǎo)致橋面板混凝土開裂，因此，在橋面板接縫澆筑順序上需考慮結(jié)構(gòu)受力要求。

此外，由于主梁為鋼混組合截面，混凝土收縮徐變將使橋面板產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致橋面板開裂，降低結(jié)構(gòu)耐久性[4]。為降低混凝土收縮徐變效應(yīng)，預(yù)制板安裝前存放6個月。而在橋面板接縫澆筑順序上需減小濕接縫混凝土收縮徐變影響，如圖5所示。

圖5 橋面板布置(單位：cm)

綜上考慮，橋面板接縫混凝土的澆筑順序?yàn)椋?/p>

(1)中板與邊板縱向隔行交錯澆筑橫接縫；

(2)澆筑兩邊拱肋頂面縱接縫；

(3)澆筑中拱肋縱接縫，最后澆筑橋面兩端橫梁段混凝土，且各個階段之間保證14 d齡期差。

2.2 系桿索張拉

系桿拱橋張拉系桿，相當(dāng)于縱橋向施加壓力。不僅可以平衡拱肋水平推力，同時可以對鋼混組合梁的橋面板施加壓力，本橋采用先施工橋面板后張拉系桿工藝[5]。

建立結(jié)構(gòu)分析空間模型，如圖6所示，對比橋面板形成整體前與形成整體后張拉系桿的跨中橋面板應(yīng)力情況，結(jié)果見表1。

圖6 結(jié)構(gòu)分析空間模型

表1 張拉系桿時跨中橋面板應(yīng)力情況

2.3 懸臂預(yù)壓

本橋人非車道采用大懸臂鋼橫梁結(jié)構(gòu)(懸臂7.5 m)。為改善懸臂部分橋面板受力，懸臂鋼梁架設(shè)完成后橋面板形成整體前，在大懸臂鋼橫梁端部施加15 t局部壓重；待大懸臂現(xiàn)澆接縫橋面板接縫連接并養(yǎng)護(hù)7 d且達(dá)到90%強(qiáng)度后拆除壓重，此時，懸臂為鋼混組合結(jié)構(gòu)。隨著局部壓重的拆除，懸臂處的組合結(jié)構(gòu)施加一個向上的預(yù)壓力，有效減少使用過程中大懸臂向下?lián)锨冃蝃4]。

3 結(jié)束語

城市寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋建筑高度小，工程造價低，施工速度快，景觀效果佳，對地基承載力要求低，成為航道上的首選橋型。目前該橋已順利通車運(yùn)行，且運(yùn)行狀態(tài)良好。

本文針對城市寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋分析了設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)選取、施工流程設(shè)計(jì)以及施工過程中系桿張拉、橋面板澆筑、懸臂預(yù)壓等關(guān)鍵技術(shù)，可供類似橋梁設(shè)計(jì)與施工時參考。