鋼箱系桿拱橋先拱后梁法施工控制

李永君

（上海市政工程設計研究總院（集團）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規劃浦明路上，跨越川楊河。橋西側為川楊河至黃浦江的入口處，東側為川楊河導流船閘，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線直接進入世博園區專用通道上的關鍵橋梁節點，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 結構特點

主橋為提籃式鋼箱系桿拱橋，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°，拱軸線在斜平面內為二次拋物線。拱頂橫撐采用扁箱板式結構，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，規格為37股，每個拱肋4根，恒載下永久系桿水平力合計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。

主墩為矩形截面實體鋼筋混凝土結構，采用C40混凝土。樁基礎選用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→兩側拱肋安裝→下層臨時系桿安裝（未張拉）→拱肋大節段安裝→下層臨時系桿張拉、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個拱腳段）分5個大節段在工廠加工，在現場水中支架上拼裝。邊拱肋節段（S1）的水平投影長度約30.7 m，全橋共4個。

中間拱肋大節段（S2）的水平投影長度78.6 m，重量約650 t，為復雜空間結構，安裝采用兩臺浮吊（分別為600 t和500 t）協同作業，一次成功安裝就位。中間拱肋大節段端部安裝臨時鋼橫梁，限制安裝過程中的變形。同時安裝有順橋向的上層和下層臨時系桿，拱肋中段吊裝就位后，通過千斤頂使其精確就位，同時通過張拉臨時系桿調整拱肋的線型和內力，使整個拱肋線型圓順，實現了拱肋高精度合龍，之后焊接環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個節段，標準節段長度12 m，從兩岸向中間依次安裝。通過駁船將主梁運至橋位，采用卷揚機提升主梁，達到指定位置后進行主梁環縫焊接。隨著主梁節段的增加，拱腳水平力逐漸加大，每安裝一個主梁節段，張拉一次下層臨時系桿。主梁合龍后，安裝并分級張拉永久系桿，同時分級拆除下層臨時系桿。

4 施工控制要點

施工控制以線型控制為主，應力控制為輔。線型控制保證成橋時橋梁線型與設計線型一致，應力控制保證橋梁應力狀態與計算結果吻合，并在施工過程中應力幅度始終處于容許的安全范圍內。

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、下層臨時系桿控制拱肋線型。為使拱肋節段安裝精度滿足焊接要求，將S2拱肋大節段在工廠內的測量坐標值進行坐標轉換，實現與橋位現場S1拱肋端口的虛擬預拼裝，以保證拱肋安裝、焊接順利完成。

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

（2）主梁線型控制

為確保主梁線型滿足設計要求，測量監控每個主梁節段上6個測量控制點。根據測定的主梁控制點坐標，通過調整吊桿張拉端錨頭螺母長度控制主梁標高。在主梁吊裝過程中，每一梁段吊裝完成后均進行測量。圖7為主梁節段編號。

圖7 主梁節段編號（單位：mm）

（3）合龍段的跟蹤監測

由于風向、風力、溫度等環境參數的變化會引起橋梁結構的變形，合龍段主梁的長度參數處于動態變化之中，因此必須通過跟蹤測量掌握已安裝梁段隨外界環境參數的變化規律，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）臨時系桿張拉控制

臨時系桿分為上層和下層兩種。上層臨時系桿用于S2拱肋大節段運輸、吊裝和拱肋合龍焊接前調整線型。下層臨時系桿根據主梁安裝的進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，因此每吊裝一個梁段均進行一次臨時系桿的張拉。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系桿的替換

永久系桿用于運營階段平衡拱腳推力，下層臨時系桿用于主梁安裝階段平衡拱腳推力。主梁安裝結束以后全橋實現合龍貫通，之后完成永久系桿的穿索，對稱、分批實現永久系桿與下層臨時系桿的替換。

（6）吊桿力監測和調整

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

5 施工控制計算

采用橋梁專用軟件進行理論成橋狀態和施工過程中的分析計算。按照施工流程及基本參數，首先確定合理的成橋狀態，然后采用正裝計算方法確定各施工狀態下的結構受力和變形等控制數據，作為施工控制的理論軌跡。

5.1 計算模型

采用空間有限元模型進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。自重荷載根據容重按單元安裝時間分階段施加。二期恒載包括橋面鋪裝、欄桿、燈柱、過河管線等。圖9為施工控制計算模型。

圖9 施工控制計算模型

在施工過程中，橋梁結構上會增減某些臨時施工荷載。對于其中影響較大者，根據施工單位提供的數據及現場調查分析，將這些荷載進行量化模擬，反映在施工控制的實時計算中，以便對施工控制數據進行及時修正。

5.2 控制性計算結果

（1）S2拱肋大節段吊裝

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

圖10 拱肋大節段吊裝時臨時系桿力（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130 mm，為安裝NB3梁段時。通過吊桿的預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拱肋單步位移。

圖11 水中段主梁吊裝時拱肋單步位移(單位：mm)

7 結語

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。由于拱肋采用大節段預制吊裝，減少了拱肋空中焊接作業量，節省了施工周期。

耀龍路橋作為上海市第一座設計施工總承包的橋梁，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.預應力混凝土系桿拱橋的設計與施工[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[J].中國市政工程，2005(5):15-17.