大跨度下承式鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋的施工

宋勝錄

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

下承式系桿鋼結(jié)構(gòu)拱橋相對(duì)于其他類(lèi)型拱橋，具有無(wú)推力或小推力結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)[1]，在設(shè)計(jì)時(shí)可以設(shè)置為單跨簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，從而大大提高了結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。在一定跨徑范圍內(nèi)其與自錨式懸索橋、斜拉橋、大跨連續(xù)梁橋等橋型相比，能夠節(jié)省主橋規(guī)模、相應(yīng)減少主橋工程造價(jià)[2-3]，特別是針對(duì)跨徑200 m左右的橋型具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。拱橋造型優(yōu)美，具有很好的橋梁美學(xué)價(jià)值，特別適合城市橋梁和跨線、跨河橋梁。

本文結(jié)合上海市浦星公路跨大治河橋主橋拱橋的施工過(guò)程，結(jié)合該橋的建造特點(diǎn)，有針對(duì)性地對(duì)下承式系桿鋼結(jié)構(gòu)拱橋的施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

1 工程概況

浦星公路跨大治河橋地處上海市東南部，跨越上海市“一環(huán)十射”規(guī)劃干線航道大治河線航道，為黃浦江進(jìn)入大治河線航道的第1座上跨橋梁（圖1）。浦星公路跨大治河橋主橋?yàn)榭鐝?30 m的下承式系桿拱橋，主橋面寬43.4 m。主拱為鋼箱提籃式拱肋，拱肋截面采用2.5 m×3.6 m矩形截面，拱軸線為二次拋物線，拱矢高約46 m，拱肋內(nèi)傾角度12°。系梁為鋼-混凝土組合梁，截面采用2.6 m×3.0 m閉口鋼箱梁。整個(gè)拱肋設(shè)置6道風(fēng)撐，風(fēng)撐截面為矩形截面。整個(gè)拱橋鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量約8 000 t。

圖1 主橋效果圖

2 施工方案概述

上海市浦星公路跨大治河橋?yàn)槿附酉鲁惺戒摻Y(jié)構(gòu)拱橋，該橋的特定條件為：部分主跨位于航道尚未開(kāi)挖的岸上，部分主跨位于水中但可充分利用老橋基礎(chǔ)作為臨時(shí)支撐。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及該橋的結(jié)構(gòu)形式較適合采用“先梁后拱”法施工，從而可降低主橋造價(jià)，與其他施工方法相比也降低了施工難度與風(fēng)險(xiǎn)。

本橋鋼結(jié)構(gòu)主要節(jié)段具體吊裝安裝方法為：拱腳、系梁、橫梁及拱肋采用600 t浮吊進(jìn)行安裝，懸臂梁采用160 t浮吊進(jìn)行吊裝安裝，預(yù)制橋面板（超高性能混凝土板）采用2臺(tái)130 t汽車(chē)吊進(jìn)行安裝。

3 臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)體系

針對(duì)本橋施工采用“先梁后拱”法進(jìn)行施工，重點(diǎn)需要考慮臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，其直接關(guān)系到主橋鋼結(jié)構(gòu)施工的安全和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)方案比選和技術(shù)研究，臨時(shí)支撐方案設(shè)計(jì)如下（圖2）：

圖2 臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝示意

1）整個(gè)臨時(shí)支撐基礎(chǔ)采用利用老橋基礎(chǔ)、φ609 mm鋼管樁基礎(chǔ)、岸上土體注漿加固＋路基箱＋型鋼獨(dú)立基礎(chǔ)等3種基礎(chǔ)形式。

2）臨時(shí)支撐鋼結(jié)構(gòu)支撐采用φ609 mm鋼管和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)格構(gòu)柱這2種結(jié)構(gòu)形式。

4 “先梁后拱”法鋼結(jié)構(gòu)拱橋主要施工要點(diǎn)

本橋采用“先梁后拱”的施工方法，施工工藝流程為：系梁支架基礎(chǔ)施工→系梁支架搭設(shè)→拱腳支座安裝→鋼拱腳安裝及端橫梁安裝焊接→系梁吊裝安裝及橫梁安裝焊接→搭設(shè)拱肋支架→安裝拱肋、垂直吊桿及橫撐→拱肋落架及拆除部分拱肋支架→吊桿初張拉→系梁支架落架→拆除鋼結(jié)構(gòu)支架→預(yù)制混凝土橋面板安裝→吊桿二次調(diào)索張拉→預(yù)制橋面板濕接縫施工及養(yǎng)護(hù)→橋面附屬工程施工及鋼結(jié)構(gòu)涂裝。

4.1 鋼結(jié)構(gòu)加工及運(yùn)輸

主橋拱肋、系梁、橫梁、風(fēng)撐、小縱梁，人行道挑梁等主體結(jié)構(gòu)采用Q345qD和Q370qD鋼材，材料技術(shù)條件應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。鋼結(jié)構(gòu)制造前應(yīng)對(duì)鋼板進(jìn)行抽檢和復(fù)驗(yàn)。鋼結(jié)構(gòu)拱肋及系梁等大型構(gòu)件加工采用短線截面匹配加工的方法并結(jié)合三維激光掃描虛擬預(yù)拼裝的方法來(lái)控制鋼結(jié)構(gòu)的加工精度。

綜合考慮臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)布置、水上運(yùn)輸能力（水閘通行限制等）、現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備等各個(gè)方面，針對(duì)系梁及拱肋進(jìn)行相應(yīng)的階段劃分并進(jìn)行工廠加工，其中拱肋共劃分為14段，系梁共劃分為12段，包括拱梁結(jié)合段（拱腳）、橫梁、橫撐等共有95個(gè)節(jié)段。

拱腳、系梁、拱肋等大型構(gòu)件均采用水運(yùn)方式運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)南北側(cè)均有構(gòu)件水運(yùn)至岸邊，再通過(guò)600 t浮吊卸貨倒運(yùn)至安裝位置。鋼拱肋分段水平放置運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)時(shí)，水平吊裝至地面翻身，臨時(shí)擱置固定并安裝吊索然后再吊裝至設(shè)計(jì)位置（禁止在運(yùn)輸船上吊裝翻身，防止船側(cè)翻）。橫梁、懸臂梁及次縱梁等小型構(gòu)件均采用平板車(chē)陸路運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

4.2 拱橋鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工

拱腳、端橫梁、橫梁、系梁、拱肋、橫撐均采用600 t浮吊在大治河水上進(jìn)行吊裝施工。中橫梁、小縱梁和懸挑段等小型構(gòu)件采用160 t浮吊進(jìn)行吊裝施工，部分岸上小縱梁采用25 t汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝施工。吊裝順序如圖3所示。

圖3 拱橋鋼結(jié)構(gòu)吊裝順序

鋼系梁、鋼拱肋吊裝就位采用碼板定位，碼板分別設(shè)置于拱肋4個(gè)角。上翼緣碼板每塊采用6根M24螺栓連接，下翼緣采用焊接。拱肋吊裝就位浮吊松鉤前，需確保碼板焊接與螺栓連接已完成，且同時(shí)確保鋼系梁、鋼拱肋腹板（靠上翼緣側(cè)）焊接總高度達(dá)到1/3。系梁及拱肋箱形截面節(jié)段連接焊接順序：先焊隔（腹）板對(duì)接焊縫或T形角焊縫（先焊上部1/3，再焊以下2/3），主要受拉焊縫，再焊橋面板的連接對(duì)接焊縫，最后焊橋底板的連接對(duì)接焊縫。對(duì)接焊縫應(yīng)2個(gè)焊工對(duì)稱(chēng)同方向同速進(jìn)行焊接。現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫的焊接，縱向焊縫從跨中向兩端，橫向焊縫從中間向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊，以減少焊接變形和焊縫約束應(yīng)力。

4.3 預(yù)制橋面板施工

主橋采用預(yù)制橋面板鋪設(shè)，混凝土強(qiáng)度為C50，橋面板采用A、B、C這3種類(lèi)型。具體型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 預(yù)制橋面板統(tǒng)計(jì)

主橋橋面板安裝采用130 t汽車(chē)吊單機(jī)吊裝。運(yùn)輸車(chē)輛從兩側(cè)引道上橋，分左右幅?？?，支腿?？恐鳂蜾摍M梁和主縱梁，運(yùn)輸通道鋪設(shè)路基箱板或鋼板，支腿下鋪設(shè)路基箱板。橋面板采用對(duì)稱(chēng)式安裝，即南側(cè)、北側(cè)同時(shí)進(jìn)行，全斷面一次安裝就位。橋面板安裝就位后及時(shí)進(jìn)行板間預(yù)留鋼筋的焊接，將橋面板連接成整體，橋面板四周與鋼梁鉚釘之間用定位筋進(jìn)行相對(duì)位置固定，將橋面板、鋼梁連接、固定成一體，防止橋面板安裝過(guò)程中的發(fā)生偏移。

4.4 吊桿張拉施工

吊桿順橋向間距7.8 m，每個(gè)吊點(diǎn)為單吊桿。全橋共2×27根吊桿，中間吊桿采用37股φl(shuí)5.2 mm環(huán)氧鋼絞線，端吊桿和次端吊桿采用43股φl(shuí)5.2 mm環(huán)氧鋼絞線。吊桿索體基材采用力學(xué)及物理性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的1×7型低松弛鋼絞線，每股公稱(chēng)面積139 mm2，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1 860 MPa，彈性模量1.95×105MPa。吊桿應(yīng)采用成品環(huán)氧鋼絞線吊桿。吊桿錨具構(gòu)造要滿足調(diào)整索力及系桿更換的需要。拉索錨具組件表面鍍鋅處理，錨具叉耳表面采用熱鍍鋅處理。吊桿錨固、張拉端均采用一整套密閉的防水系統(tǒng)，避免雨水進(jìn)入索套管。吊桿的張拉端設(shè)在系梁內(nèi)部，在系梁體內(nèi)采用張拉桿進(jìn)行吊桿張拉。吊桿安裝采用拱肋運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行安裝然后與拱肋一起進(jìn)行吊裝安裝，采用該方法減少了后續(xù)吊桿高空危險(xiǎn)作業(yè)的工況。

吊桿施加預(yù)應(yīng)力是系桿拱進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵工序，不同的張拉順序?qū)φ麄€(gè)拱橋的受力影響很大。吊桿采用分級(jí)、分批對(duì)稱(chēng)張拉：共采用4對(duì)（8只）400 t穿心千斤頂，張拉順序?yàn)閺?/4跨分別至跨中和拱腳進(jìn)行對(duì)稱(chēng)張拉。

通過(guò)成橋吊桿索力實(shí)測(cè)值和最終設(shè)計(jì)索力值比較，全橋吊桿受力控制均勻，各個(gè)吊桿實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)目標(biāo)值吻合較好，實(shí)測(cè)值與目標(biāo)值的誤差均在規(guī)范誤差以內(nèi)（圖4）。

圖4 成橋后索力與設(shè)計(jì)比較

5 結(jié)語(yǔ)

上海浦星公路跨大治河橋的施工充分利用原有地形情況及原有橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及后續(xù)的河道疏浚的特點(diǎn)，并充分利用水上大節(jié)段吊裝能力，體現(xiàn)了下承式系桿拱橋在該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的優(yōu)越性，在本橋的建設(shè)過(guò)程中取得了一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。